Влияние рентгеноаморфных фаз керамогранитного черепка на прочностные свойства изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова

Влияние рентгеноаморфных фаз керамогранитного черепка на прочностные свойства изделий

А.В. Верченко

г. Новочеркасск, 2015

В последнее время в гражданском строительстве наблюдается увеличение спроса на изделия тонкой и архитектурно-строительной керамики [1]. В условиях конкурентной борьбы на рынке строительных материалов необходимо, чтобы свойства отечественных материалов комплексно удовлетворяли предъявляемым к ним высоким эксплуатационным требованиям [2].

Фазовый состав керамики играет исключительно важную роль в формировании эксплуатационных свойств получаемых керамических изделий [3-5]. Выявление фундаментальных зависимостей свойств керамических изделий от их фазового состава, а также умение управлять этими свойствами является одной из актуальнейших задач научных исследований в настоящее время. В керамическом граните весьма важную роль в его прочности, наряду с кристаллическими играют и рентгеноаморфные фазы - непрореагировавший метакаолинит и стекло, образовавшееся из расплава при охлаждении. Их роль неодинакова, противоречива и мало изучена [6-9].

В данной работе приведены исследования зависимости механической прочности на изгиб и истинной плотности образцов керамического гранита (таблица 1), полученного из различных шихтовых составов разработанных автором [10], от его фазового состава, установленного методами рентгенофазового и петрографического анализа (таблица 2).

Анализ прочности и плотности исследуемых образцов, в зависимости от влияния на них кристаллических и индивидуально каждой из рентгеноаморфных фаз позволили установить следующие закономерности.

В составе керамогранита 0, на основе огнеупорной глины ДН-2 и щелочного каолина, с использованием в качестве плавня полевого шпата, формируется черепок с высокой плотностью 2,53 г/см³ и высокой прочностью на изгиб 51,90 МПа. Это обусловлено образованием в структуре образца повышенной суммы кристаллических фаз 21,0% и стеклофазы 55,0% с относительно невысоким содержанием псевдокристаллического аморфизированного метакаолинита 24,0%.

Таблица 1. Механическая прочность на изгиб и истинная плотность образцов

Таблица 2. Фазовый состав образцов

Образец керамогранита 2, в составе шихты которого глинистая часть не менялась по сравнению с базовым образцом, а был лишь заменен полевой шпат на цеолитовый туф, по структуре и свойствам в общем аналогичен базовому. Однако в его структуре повышенное количество стеклофазы 66,0% и наименьшее количество 14,5 % метакаолинита обусловило наибольшую прочность на изгиб 68,97 МПа и наивысшую истинную прочность черепка 2,58 г/см³. Повышение механической прочности и истинной плотности обданного образца свидетельствует об эффективности применения цеолитового туфа в качестве керамического плавня.

На этом примере зависимости плотности структуры и прочности керамогранита от содержания кристаллических фаз и от соотношения рентгеноаморфного стекла и оставшегося свободным псевдокристалического аморфизированного метакаолинита убедительно подтверждается значение стеклофазы, образовавшейся из жидкой фазы и выполняющей роль связи всех фаз в единый композит, в повышении прочности керамики. При этом, чем меньше в структуре керамики метакаолинита, тем выше её прочность, как это имеет место в твёрдом фарфоре.

Эта закономерность влияния различных фаз и особенно рентгеноаморфных на структуру и прочность керамогранита справедлива и при анализе образцов 9 и 9.3, полученных из других составов шихт. В этих составах количество глинистого вещества в шихте было увеличено на 30%, за счет уменьшения содержания керамического плавня, в роли которого в образце 9 выступает цеолитовый туф, а в образце 9.3 цеолитовый туф совместно с габбро-диабазом (при соотношении цеолита к габбро-диабазу 10:15).

В этих образцах структура керамогранита существенно изменилась по сравнению с образцом 0. Сумма кристаллических фаз резко снизилась до 12,5-13,0%, количество стеклофазы увеличилось до 57,5 и 64,0%, а количество метакаолинита составило 30,0% и 23,0% соответственно. Изменению фаз закономерно соответствует и изменение свойств: уменьшение количества кристаллических фаз, а также повышение содержания метакаолинита в образце 9 до 30,0% обусловило снижение плотности керамогранита до 2,45 г/см³ и снижению его механической прочности до 50,2 МПа. Снижения количества кристаллических фаз и практически равном содержании метакаолинита в образце 9.3 привело к снижению истинной плотности образца до 2,49 г/см³, однако за счет увеличения содержания стеклофазы до 64,0% механическая прочность на изгиб даже увеличилась в сравнении с образцом 0.

Исключительно важным выводом для этих образцов является следующее. Снижение суммы кристаллических фаз вполне объяснимо увеличением в шихтах 9 и 9.3 количества глины что обусловливает повышенным содержанием метакаолинита, лишь часть которого уменьшилась за счёт образования муллита, а большая часть осталась свободной. В образце 9.3 пониженное содержание 23,0% метакаолинита объясняется снижением вязкости образовавшейся жидкой фазы, в которой растворилась часть метакаолинита, что подтверждается увеличением количества стеклофазы. фаза керамогранит черепок прочность

В результате проведенного исследования установлена особенность формирования общей структуры керамического гранита путем обволакивания его частиц жидкой фазой, и превращении в единый композит повышенной прочности при охлаждении и затвердевании жидкой фазы. Выявлена закономерность влияния различных фаз и особенно рентгеноаморфных, на структуру и прочность керамогранита с различным составом шихт. Установлено, что прочность готовых изделий на изгиб повышается с увеличением количества кристаллической и стекловидной фаз. Причём, даже при значительном уменьшении суммы кристаллических фаз в структуре керамогранита, высокие показатели его прочности на изгиб обеспечиваются повышенным содержанием стеклофазы. Метакаолинит же, напротив, снижает прочность керамики вследствие своей аморфной, псевдокристаллической структуры.

Литература

1. Котляр В.Д., Лапунова К.А., Терёхина Ю.В. Перспективы производства фигурного керамического кирпича на основе опок // Инженерный вестник Дона, 2012, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/946

2. Набокова Я.С. Эффективные строительные материалы и способы возведения зданий // Инженерный вестник Дона, 2008, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2008/96

3. Рыщенко М.И., Федоренко Е.Ю., Чиркина М.А. Микроструктура и свойства низкотемпературного фарфора // Стекло и керамика. 2009. № 11. С. 26-29

4. Боркоев Б.М. Изучение структуры и свойств фарфора низкотемпературного обжига // Международный журнал экспериментального образования. 2012. № 6. С. 98- 100

5. Romagnoli, M., 2005. Optimizing stain resistance in tile. American Ceramic Society Bulletin, 4: 9301-9304.

6. Салахов А.М., Салахова Р.А. Керамика вокруг нас.- М.: РИФ «Стройматериалы». 2008.- 160 с.

7. Baucia Jr, J.A., L. Koshimizu, C. Giberton and M.R. Morelli, 2010. Estudo de fundentes alternativos para uso em formulaзхes de porcelanato. Cerвmica, 56: 262-272.

8. Позняк А.И., Левицкий И.А., Баранцева С.Е. Базальтовые и гранитоидные породы как компоненты керамических масс для плиток внутренней облицовки стен // Стекло и керамика. 2012. № 8. С. 17-22.

9. Gacki, F., 2011. Selected application properties of gres porcellanato tiles. Materialy ceramiczne (Ceramic materials), 2: 301-309.

10. Зубехин А.П., Верченко А.В., Галенко А.А.. Получение керамического гранита на основе цеолитсодержащих шихт // Строительные материалы. 2014. №4. С.52-54

References

1. Kotlyar V.D., Lapunova K.A., Terekhina Yu.V. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/946.

2. Nabokova Ya.S. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2008, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2008/96.

3. Ryshchenko M.I., Fedorenko E.Yu., Chirkina M.A. Steklo i keramika. 2009. № 11. pp. 26-29.

4. Borkoev B.M. Mezhdunarodnyy zhurnal eksperimental'nogo obrazovaniya. 2012. № 6. pp. 98- 100.

5. Romagnoli, M., 2005. American Ceramic Society Bulletin, 4: 9301-9304.

6. Salakhov A.M., Salakhova R.A. Keramika vokrug nas [Ceramics around us]- M.: RIF «Stroymaterialy», 2008. 160 p.

7. Baucia Jr, J.A., L. Koshimizu, C. Giberton and M.R. Morelli, 2010. Cerвmica, 56: 262-272.

8. Poznyak A.I., Levitskiy I.A., Barantseva S.E. Steklo i keramika. 2012. № 8. pp. 17-22.

9. Gacki, F., 2011. Materialy ceramiczne [Ceramic materials], 2: 301-309.

10. Zubekhin A.P., Verchenko A.V., Galenko A.A. Stroitel'nye materialy. 2014. №4. pp.52-54.

Аннотация

В статье рассматривается зависимость механической прочности на изгиб керамического гранита от содержания и вида фаз, слагающих его черепок. Установлено, что высокие прочностные характеристики изделий достигаются за счет повышенного содержания суммы кристаллических фаз и стеклофазы. Увеличение же количества метакаолинита в составе керамогранитного черепка, напротив, ведет к снижению его прочности.

Ключевые слова: керамический гранит, структура, кристаллическая фаза, рентгеноаморфная фаза, стеклофаза, прочность на изгиб

Размещено на Allbest.ru