3.4 Изделий из самотвердеющей массы на основе фосфатных связующих

Для службы в условиях воздействия высоких температур и механических нагрузок важным вопросом является анализ процессов, приводящих к изменению структуры образцов, поскольку они определяют кинетику деформирования КМ на ФС, в том числе изделий из самотвердеющей массы на основе фосфатных связующих.

Анализ экспериментальных и литературных данных позволяют сделать вывод, что процесс деформации фосфатных композиций при воздействии высоких температур и нагрузки связан с физико-химическими процессами, происходящими при их нагреве, и, как следствие, изменениями его структуры. Механизм деформирования алюмофосфатных композиций при ползучести обусловлен изменениями в структуре матрицы, цементирующей зерна наполнителя в керамических массах, в том числе изделий из самотвердеющей массы на основе фосфатных связующих.

Процессы твердения и структурообразования алюмофосфатных материалов с использованием метода ДТА и рентгенофазового анализа достаточно изучены, но противоречивы. Данных о структурных изменениях при ползучести фосфатных материалов нет.

Учитывая вышеизложенное, целью исследований явилось изучение структурных изменений на основе изучения физико-химических процессов при твердении фосфатных вяжущих систем типа Al₂O₃-H₃PO₄ и композиций на их основе в зависимости от состава исходных компонентов, а также изучение структуры композиций после испытания их на деформацию при ползучести.

Термические превращения в композициях исследовали с помощью дериватографа Q-1500D системы Паулик Эрдей. В зависимости от температурного интервала исследований использовали кварцевые, корундовые или платиновые тигли, а эталоном служил прокаленный -Al₂O₃. Кварцевые тигли использовали при нагреве до 1000⁰С пастообразных масс, которые выше 600⁰С имели такую когезионную прочность и адгезионное сцепление с поверхностью тиглей, что их не удавалось механически удалять из тиглей; в кислотах и растворителях они не растворялись. Поэтому кварцевые и корундовые тигли при анализе пастообразных масс были одноразовыми. При температурах 10001200⁰С первоначально пастообразные композиции выделяют много фосфора и его низкокислородные соединения, активно взаимодействующие с платиной, образуя газообразные соединения, т.е. платиновые тигли иногда и термопары, разрушаются. Вследствие этого возникает необходимость использования сравнительно дешевых корундовых и кварцевых тиглей. Скорость подъема температуры в печи дериватографа: 2,5; 5,0; 7,5; 10; 15 град/мин; t=500, 1000, 1500⁰С; ТГ=100, 200, 500 мг; ДТГ=250, 500 мкВ.

Рис. 3.7 График ДТА изделия обожженного при 1400

Рентгеноструктурный анализ проводили с помощью дифрактометра ДРОН-4-07 в Cu-Ka (λ=0,154060 нм) излучении с графитовым монохроматором на дифрагированном пучке при напряжении 45 кВ и токе 40 мА. Съёмку дифрактограмм осуществляли с шагом 0,02° и временем выдержи 5 сек для каждого шага. Идентификацию фаз проводили с использованием порошковой базы данных PDF-2. По данным Ю. М. Бутта и В. В. Тимашева, наиболее высокой реакционной способностью в период протекания твердофазовых реакций (400-1250°С) характеризуются монтмориллонит, затем галлуазит, биотит, каоинит, а наименьший – пирофиллит, мусковит и вермикулит. При дальнейшем повышении температуры реакционная способность этих глинистых минералов выравнивается.

Данные испытания показывают изменение состава в процессе нагрева. Установлено, что при температурах 300°С идет взаимодействие Mg с фосфорной кислотой при котором образуются магний фосфаты.

Рис. 3.8 Рентгенограммы Al₂O₃ (1) и композиции Al₂O₃-H₃PO₄ после термообработки при 300 (2), 900 (3) и 1400⁰С (4). Обозначения пиков: • –Al₂O₃;  – AlPO₄; – другие фосфаты;◊ –-SiO₂