Разработка и совершенствование методов получения функциональных термостойких композиционных материалов (ФТКМ) на основе фосфатных связующих : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научные руководители А. И. Лесникович, К. Н. Лапко

Abstract

Объект исследования – композиционные материалы на основе фосфатных связующих, модифицированных функциональными наполнителями. Цель исследования – разработка и создание основ получения и совершенствования новых функциональных материалов путем целенаправленного модифицирования фосфатных композиций для придания им большего ресурса работы при высоких температурах и обеспечения защиты от теплового и ионизирующего излучения. Метод или методология: Исследование возможностей модифицирования термостойких фосфатных матриц специальными функциональными наполнителями – вермикулитом, аморфным и поликристаллическим бором, карбидом кремния – для изготовления материалов специального назначения и придания им необходимых эксплуатационных свойств. Результаты работы: Получены термостойкие, огнезащитные материалы на основе фосфатных связующих, вермикулита и отходов Белорусского металлургического завода, Минской теплоэлектростанции № 4, а также природных минералов: волластонита и каолинита. Показано, что использование вышеперечисленных компонентов дает возможность получения термостойких, огнезащитных плит с плотностью 0,3–0,4 г/см3 и максимальной рабочей температурой 1300 °С. Особенно эффективным при изготовлении таких плит является использование СВЧ-обработка, которая обеспечивает значительную экономию энергозатрат и времени. Разработаны термостойкие фосфатные композиции с функциональными (нейтронопоглощающими) наполнителями: аморфным и поликристаллическим бором. Получены экспериментальные образцы с содержанием вышеуказанных наполнителей до 90 %. Проведен термический анализ (до 1200 °С) полученных составов и изучены их фазовые превращения. Экспериментально показано, что фосфатная матрица приводит к значительному увеличению устойчивости к окислению борсодержащих наполнителей. Исследована зависимость прочностных свойств (предел прочности при сжатии) борсодержащих материалов от температуры термообработки. Показано, что исследованные материалы сохраняют высокую прочность (σсж более 300 МПа) при их обработке до температуры 1000 °С. Полученные композиты прошли успешные испытания на возможность использования их в качестве нейтронопоглощающих материалов. Проведен термический анализ композиционных материалов с функциональным наполнителем – карбидом кремния – с разной степенью дисперсности (макро-, микро- и нано-). Подобраны оптимальные соотношения фосфатная композиция/функциональный наполнитель. Получены новые композиционные материалы и изучены их фазовые превращения в области температур 20–1000 ºС. Установлена стабильность функционального наполнителя в фосфатной матрице в указанном температурном интервале. Показано, что введение предложенного наполнителя приводит к увеличению прочностных характеристик на 20–30 %. Максимально достигнутые значения прочности на сжатие композитов составили 200 МПа. Область применения: Разработаны новые композиционные термостойкие материалы, обладающие улучшенные механическими свойствами. Создана серия экспериментальных образцов фосфатных композитов, содержащих вторичные продукты (отходы производств) и природные минералы, для использования в строительстве, металлургии и теплотехнике. Полученные экспериментальные образцы на основе фосфатных связующих и функциональных наполнителей (аморфный и поликристаллический бор, карбид кремния) перспективны для создания многофункциональных защитных материалов с рабочими температурами до 1000 °С для аэрокосмической техники и решения прикладных задач атомной энергетики.