AUGSTTEMPERATŪRAS PORAINA KERAMIKA NO LATVIJAS MINERĀLAJĀM

IZEJVIELĀM

Māris RUNDĀNS, Ingunda ŠPERBERGA, Gaida SEDMALE

Rīgas Tehniskā Univeristāte

Latvijas Universitātes 72. Zinātniskā Konference Zemes un vides zinātnes. Ģeoloģija.

Rīga - 2014

Ievads

•Visplašāk pielietotā metode ir augsttemperatūras cietfāžu sintēze no dažādiem magnija, alumīnija un silīcija oksīdus saturošiem izejmateriāliem • Latvijā lietderīgāk būtu izmantot šeit vairāk izplatītākās dabas minerālās izejvielas – mālu un smiltis, kas ļautu aizstāt daļu no sintētiskajām izejvielām, vienlaikus samazinot nepieciešamās sintēzes temperatūras;

• Sistēmā MgO-Al2O3-SiO2 esošajām fāzēm piemīt zems termiskās izplešanās lineārais koeficients (TILK), augsta mehāniskā, ķīmiskā un termiskā izturība, labas dielektriskās īpašības. • Kordierīta keramika ar tās zemo TILK (α = 1.8 – 4.0·10-6 K-1) droši iztur asas temperatūras maiņas un ir visnotaļ ugunturīgs materiāls. • Dabiskas izcelsmes magnija alumosilikāti (kordierīts un sapfirīns) ir reti sastopami minerāli, tādēļ šādas kristāliskās fāzes saturošus materiālus jāiegūst sintētiskā veidā.

Materiāli un metodes

• Izejvielas:

– Nīcgales (kvartāra) māls

– Bāles smiltis

– Al(OH)3

– MgCO3

• Kompozīcijas:

• Paraugu sintēze:

• Mufeļkrāsnī, 1200 – 1300 °C, 6 °C/min, tTmax = 3 stundas

• Paraugu analīze:

• RFA (Rigaku Ultima, CuKα starojums, 2θ = 5 – 50, 4°/min)

• Spiedes stiprība (ToniTechnick/ToniTroll Compressive Test Plant)

• Ūdens uzsūce/tilpummasa (ar hidrostatisko svēršanu)

• SEM (Hitachi Tabletop SEM T3000)

SiO2, m% Al2O3, m% CaO, m% MgO, m% FexOy+TiO2,

m%

Na2O+K2O,

m%

51.0 16.5 6.8 2.4 6.3 5.0

№ Māls, m% Smiltis, m% MgCO3, m% Al(OH)3 m%

M = 0 0 44.1 21.5 34.4

M = 18% 18.0 32.7 19.0 30.3

M = 33% 33.0 22.7 17.0 27.3

M = 0 %

M = 18 %

M = 33 %

Tmax = 1300°C Tmax = 1250°C Tmax = 1200°C

RFA 1200°C sintezētiem paraugiem

- kordierīts - kvarcs - špinelis - anortīts - kristobalīts - sapfirīns

M = 0 %

M = 18 %

M = 33 %

RFA 1250°C sintezētiem paraugiem

- kordierīts - kvarcs - špinelis - anortīts - kristobalīts - sapfirīns

M = 0 %

M = 18 %

M = 33 %

RFA 1300°C sintezētiem paraugiem

- kordierīts - kvarcs - špinelis - anortīts - kristobalīts - sapfirīns

M = 0 %

M = 18 %

M = 33 %

M = 0 %

M = 18 %

M = 33 %

Tmax = 1300°C Tmax = 1250°C Tmax = 1200°C

4.77 2.23

7.99 110.39

58.80 1.02

96.71 <5

29.17 1.46

48.14 20.52

0.92 2.46

1.53 390.18

1.16 2.38

1.95 399.35

1.11 2.55

1.79 117.09

- ūdens uzsūce, %

- tilpuma masa, g/cm3

- šķietamā porainība, %

- spiedes stiprība, MPa

1.11 2.35

1.89 153.64

10.39 2.06

16.79 148.45

25.23 1.70

37.94 42.64

Poru struktūras salīdzinājums

M = 18 %

M = 33 %

Tmax = 1300°C Tmax = 1250°C

Secinājumi

• No Latvijas minerālajām izejvielām ir iespējams iegūt gan blīvu, gan porainu kordierīta keramisko materiālu;

• Izmantojot 1/3 nepieciešamo izejvielu aizstāšanu ar Kvartāra mālu iespējams iegūt augsti porainu, praktiski, kristāliski tīru kordierīta šūnveida keramiku;

• Iegūstamā materiāla poru struktūra ir atkarīga ne vien no sastāva, bet arī no maksimālās apdedzināšanas temperatūras.

Paldies par uzmanību!