Публикации автора

Охарактеризована муллитообразующая связка (МОС) в виде микрогетерогенной суспензии, полученная соосаждением гидратированных глинозема и кремнезема карбамидом из смеси растворов метасиликата натрия Na2SiO3 и нитрата/хлорида алюминия. Описана методика приготовления МОС. Установлено, что по фильтруемости оптимальным источником Al2O3 является Al(NO3)3. Преимущественный размер частиц суспензии укладывался в диапазон 10-100 нм. Термическим анализом установлены эндотермические эффекты, относящиеся к удалению остаточной влаги и разложению гидроксида алюминия до бёмита и далее до γ-Al2O3. Экзоэффекты при 916 оС и ~1200 оС отнесены к образованию Al-Si шпинельной фазы типа γ-Al2O3 и ее последующему переходу в муллит 3Al2O3·2SiO2. Дифрактограмма МОС свидетельствовала о формировании практически монофазного муллита после обжига (1200 оС). Показано, что на основе МОС возможно изготовление корундовых композиционных материалов и изделий огнеупорного назначения по керамической технологии. Выбор МОС в качестве связки представлял интерес для получения высокотемпературных композиционных материалов, содержащих муллит 3Al2O3·2SiO2 в результате термообработки. При этом муллит присутствовал в виде равномерно распределенной тонкодисперсной фазы, объединяющей зерна заполнителя в прочный монолит. Зерна на основе Al2O3 - плавленый корунд (КП), керамический глинозем (ГК) - являются неактивными, поэтому формировались композиты невысокой прочности. Для улучшения характеристик образцов была использована механоактивация наполнителя. В результате были получены композиты с высокими прочностными характеристиками в широких пределах содержания суспензии. Минимальная пористость материалов соответствовала количеству МОС в пределах 25-35 %. Композиты на основе КП имели более высокую прочность по сравнению с ГК. Очевидно, зерна оксида алюминия, полученного с применением плавления (КП), имели более плотную структуру; при механической обработке дефекты накапливались в приповерхностных слоях, в то время как основной объем сохранял упорядоченное состояние. Зерна ГК, по-видимому, накапливали дефекты не только вблизи поверхности, но и на значительной глубине, о чем свидетельствовали сниженные механические характеристики. С помощью дифференциальной дилатометрии показано, что основной процесс спекания, сопровождающийся усадкой, протекал в диапазоне температур 900-1400оС, причем максимальная скорость достигалась при ~1375oC. Термостойкость образцов составила не менее 8 термоциклов.

Получены гипсовые композиционные материалы, содержащие армирующие стеклянные (ровинг ARC 2400) и базальтовые (БНВ) волокна, которые предварительно нарезали на отрезки длиной 35-40 мм. Для затворения использовали воду с добавкой поливинилацетата для замедления схватывания затворитель. Проанализированы дифрактограмма и кривые термического анализа исходного гипса. Определены механические характеристики (прочность при сжатии и изгибе) фиброкомпозитов в зависимости от количества вводимых волокон. Установлена их оптимальная концентрация - 1 % для обоих видов волокон. Прочность при сжатии по сравнению с эталоном увеличивалась на 12-16 % у образцов со стекловолокном и на 51-75 % - с базальтовым волокном; прочности при изгибе - на 10-23 % и 7-28 % соответственно. Для оптимального содержания (1 об. %) волокон была изучена кинетика набора прочности. Отмечался существенно замедленный рост прочности композитов по сравнению с чистым гипсом. По-видимому, элементы волокон препятствовали быстрому срастанию кристалликов новообразований в виде двуводного гипса в единый прочный конгломерат. Кроме того, замедляющий эффект мог быть также вызван присутствием поверхностно-активной добавки ПВА. Для всех видов композитов наблюдалось типичный для гипсовых материалов временный спад прочности, связанный с растворением наименее прочных контактов срастания, который впоследствии сменялся значительным упрочнением материала. Интерес представлял тот факт, что на начальном этапе твердения прочности при сжатии (σсжг) и изгибе (σизг) имели близкие значения и лишь по мере приближения к максимумам их величины расходились. Соотношения между пределами прочности σсж/σизг для композитов были существенно ниже, чем для чистого гипса, за счет бо́льшего положительного влияния волокон на σизг.

Изучено частичное замещение крупного заполнителя (гранит) в цементном бетоне на гранулы пенополистирола (ППС) размерами от 1,4 до 4,0 мм в количестве 4-16 об. %. Определена удобоукладываемость бетонных масс (по осадке конуса) и прочность затвердевшего материала в зависимости от содержания ППС и сроков твердения. С увеличением содержания гранул от 0 до 16 об. % как осадка конуса, так и плотность материала снижалась. Ухудшение растекаемости бетонной массы, вероятно, связано с шероховатостью гранул ППС. Положительным результатом являлось снижение плотности затвердевшего материала (на ~10 %), что будет положительно влиять на его теплопроводность. Изучены механические характеристики (прочности при сжатии и изгибе) пенополистирольных бетонов (ППСБ). Установлено, что с увеличением доли замененного крупного заполнителя прочность на сжатие и изгиб уменьшались, при этом реакция на изгибающие нагрузки ухудшалась в большей степени. Следовательно, такой материал подходит для конструкций с пониженными требованиями к прочности (неконструкционного назначения), например, для бетонных стен в каркасных зданиях. В то же время ППСБ обладает такими преимуществами, как пониженная плотность и хорошие теплоизоляционные свойства.

Показано, что на основе геополимеров возможно получение связок в целях последующего применения для изготовления композиционных материалов по керамической технологии. Синтезированы две разновидности фосфатного связующего (каолинфосфатное КФС и каолиналюмофосфатное КАФС) на основе метакаолина, полученного термообработкой каолина, и ортофосфорной кислоты (ОФК). Использование алюмосиликатной фазы в составе связки представляло интерес для получения высокотемпературных композиционных материалов, содержащих муллит 3Al2O3·2SiO2 в результате термообработки в виде равномерно распределенной тонкодисперсной фазы, объединяющей зерна заполнителя в прочный монолит. При введении в связку дополнительного количества оксида алюминия возможно увеличение содержания муллита за счет связывания свободного кремнезема, образующегося в ходе термообработки метакаолина. Рентгенофазовый анализ связок, подвергнутых термообработке при 300 оС, показал высокую степень разрушения структуры исходного минерала в ходе его взаимодействия с ОФК. При этом образовывались фосфаты Al: ортофосфат AlPO4, триполифосфат AlH2P3O10, метафосфат Al(PO3)3, причем последний существовал в виде низкотемпературной (В) формы. Основной кремнийсодержащей фазой являлся силикофосфат SiP2O7. Образование различных фосфатов подтверждено наличием в ИК-спектре широкой неразрешенной полосы в области 1300-980 см-1, включающей в себя валентные колебания P-O-Р, P-O-Si, P-O, P-OH, P-O-Al. Определены прочность при сжатии и пористость форм связующего после термообработки в интервале 300-1200 оС. Заметное упрочнение и уплотнение образцов начиналось при температуре 300 оС, характерной для взаимодействия оксидов алюминия и кремния с ОФК. Выше 900 оС наблюдался существенный прирост прочности и уменьшение пористости, что, по-видимому, было связано с образованием муллита в этих условиях. КАФС имело лучшие показатели, что можно связано с кольматирующим действием образующегося алюмосиликатного геля.