Разработка и получение термостойких композиционных материалов различного функционального назначения на основе твердых фосфатных и силикатных связующих : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель К. Н. Лапко

Abstract

Объект исследования – термостойкие функциональные материалы на основе твердых силикатных и фосфатных связующих. Цель исследования – разработка составов и методик получения таких материалов для создания структур различного функционального назначения. Идея проекта состоит в исследовании совместимости в широком диапазоне температур основных и функциональных наполнителей с твердыми силикатными и твердыми фосфатными связующими и разработке методик получения композиционных материалов (КМ) с необходимыми свойствами. Результаты НИР: – Получены и исследованы термостойкие композиционные материалы на основе твердых натриевого и калиевого силикатных связующих; подобрано оптимальное соотношение компонентов (твердое связующее – наполнитель – вода); в качестве наполнителей использованы оксиды Al2O3, TiO2, ZrO2, MgO, Fe2O3; показано, что наиболее эффективным наполнителем является Al2O3; экспериментально установлено, что прочность на сжатие композитов с основой натриевого твердого силикатного связующего в два раза превышает прочность на сжатие материалов с основой калиевого твердого силикатного связующего; исследованы термические и фазовые превращения композитов в интервале температур 20 – 1000 °С; определены прочностные характеристики (прочность при сжатии, "дельта" сж) термообработанных материалов; показано, что термообработка полученных композитов до 1000 °С приводит к последовательному увеличению прочности на сжатие в три раза и достигает значений, превышающих 150 МПа; – Получены и исследованы термостойкие силикатные материалы с добавкой муллита и волластонита; установлено, что их введение позволяет получать композиты с высокими значениями прочности на сжатие при невысоких температурах спекания образцов; разработаны термостойкие КМ на основе натриевого твердого силикатного связующего, модифицированные силицидом циркония; исследованы термическая устойчивость, прочностные характеристики и фазовые превращения полученных композитов при температурах обработки до 1000 °С; получены нейтронопоглощающие КМ с высоким содержанием бора (более 60 масс. %) и температурами эксплуатации до 1000 °С; – Получены и исследованы термостойкие теплоизолирующие материалы (ТТМ) на основе твердых силикатного и фосфатного связующих; в качестве наполнителей для этих КМ использованы вспученные вермикулит и перлит; подобрано оптимальное соотношение основных компонентов изучаемых смесей; показано, что наиболее эффективным наполнителем для теплоизолирующих КМ является смесь вспученного вермикулита и перлита; значения коэффициентов теплопроводности полученных ТТМ составляют 0,08 – 0,10 Вт/(м·К) при плотности материала ~0,40 г/см3; проведен термический анализ, изучены фазовые и термические превращения термостойких теплоизолирующих композиционных материалов на основе твердых связующих в интервале 20 – 1000 ºС; показано, что разработанные теплоизолирующие материалы устойчивы при температурах эксплуатации до 1000 ºС; изучены механические свойства полученных ТТМ, значения "дельта" сж для материалов варьируются в интервале 0,8 – 2,0 МПа; установлено, что микроволновое излучение позволяет получать термостойкие материалы, обладающие необходимыми прочностными свойствами при значительном сокращении энергозатрат и времени обработки образцов. Область применения. Разработанные в рамках задания термостойкие композиты обладают необходимыми эксплуатационными свойствами, что позволяет в дальнейшем создавать на их основе материалы различного функционального назначения с рабочими температурами до 1000 °С. Полученные новые композиционные материалы могут быть эффективно применены в строительстве, металлургии, атомной энергетике и аэрокосмической технике.