При проведении СВС-синтеза в системе Al-SiO­₂-C образующийся материал имеет высокую пористость и малую механическую прочность, что в некоторых случаях приводит к растрескиванию образцов.

Для предотвращения растрескивания, возможно пойти двумя путями, первый – увеличение прочности за счет образования жидкой фаза, которая благоприятствует спеканию частиц материала и заполняет поры и второй путь это замедление процесса СВС, благодаря чему снижается скорость газообразования при выгорании углерода (сажи) при этом давление внутри пор не превышает предел прочности и не происходит растрескивание образцов. В наибольшей степени таким условиям удовлетворяют глинистые минеральные добавки на основе тугоплавких глин.

Для проведения исследований была выбрана добавка бентонита. Скорость СВС-синтеза измерялась по времени прохождения волны процессов по образцу, от момента начала реакций до их завершения. Установлено что время прохождения волны процессов возрастает с увеличением содержания добавки бентонита. Растрескивания образцов при прохождении СВС в системе с добавкой бентонита не происходит. Для оценки конечного эффекта от бентонитовой добавки были произведены измерения плотности и пористости образцов, содержащих бентонит, и эти показатели сравнивались с соответствующими для образцов, не содержащих бентонита. Так установлено что, кажущаяся плотность возрастает с 973 до 1250 кг/м³, что свидетельствует об уплотнении образцов из-за образования жидкой фазы и заполнения пор, о чем говорит и снижение истинной пористости с 58,4 до 53,9 %. Истинная плотность увеличивается от 2430 до 2740 кг/м³, это объясняется образованием при высоких температурах муллита, плотность которого 3150 кг/м³/4/.

Ввиду того, что аморфный кремнезем производиться в специальных условиях с применением различных реагентов путем химического синтеза, была предпринята попытка замены его на более дешевый молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 500 см²/г.

Молотый кварцевый песок вводился в количестве соответствующем рецептуре состава. Технология изготовления образцов и последующих стадий полностью повторяет ту, что применялась при изготовлении образцов с использованием аморфного кремнезема.

Замечены следующие особенности при проведении СВС-синтеза в данной системе с применением кварцевого песка: скорость процесса выше по сравнению с аналогичной в случае применения аморфного кремнезема и составляет 1-1,5 см/с; образцы растрескиваются из-за более интенсивного течения процесса, которое выражается в повышенной яркости свечения в волне синтеза. Фазовый состав представлен корундом, карбидом кремния и муллитом.

Таким образом, проведенные исследования показали, что добавка бентонита оказывает благоприятное воздействие на синтезируемый методом СВС материал и изделия на его основе.

Использование материалов синтезированных в результате проведения СВС-процесса в системе Al-SiO₂-C для производства различных изделий технической и функциональной керамики весьма перспективно.

Так было проведено исследование применения синтезированного материала для производства огнеупорной керамики.

Материал синтезированный в результате прохождения СВС-процесса измельчался до полного прохождения через сито 05 в ступке. Прессование опытных образцов осуществлялось при давлении 40‑50 МПа с применением в качестве связки раствора ПВС. Спекание осуществлялось в электрической печи при температуре 1200-1300_­­­⁰С в течении 1-2 часов.

В результате получены изделия имеющие водопоглощение 13-16%, кажущаяся плотность 2100-2300 кг/м³. Механическая прочность на сжатие составила 60-70 МПа, термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) в интервале температур 50‑800⁰С стабилен и составляет (4,9-5,5)∙10^-6 К^-1. Открытая пористость 30-40 % , образцы обладают проницаемой пористостью.

В результате проведенных исследований выявлена высокая эффективность применения СВС-синтеза при получении композиционных материалов на основе корунда и карбида кремния. Синтезированные материалы могут применяться для производства высокотемпературной фильтрующей керамики, теплоизоляционных изделий, а так же иных изделий функциональной и технической керамики.

Литература

1. Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких неорганических соедине­ний. // Доклады АН СССР, 1972. 204, № 2, С. 366-369.

2.А.Г.Мержанов. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез// в сб. Физическая химия. Современные проблемы. М.:Химия,1983.

3. Карбидкремниевые материалы М.:, Металлургия, 1987.

4. Балкевич В.Л. Техническая керамика: Учеб. пособие для втузов.-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1984.-256с.