Содержание к диссертации
ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ , 8
1.1. ЛЕЙКОКСЕНОВЫЙ КОНЦЕНТРАТ - ПЕРСПЕКТИВНОЕ ТИТАНОВОЕ СЫРЬЕ 9
1.1.1. Комплексная переработка титаносодержащих концентратов 9
1.1.2. Химический состав и минералогия леикоксенового концентрата Ярегского нефтетитанового месторождения 11
1.1.3. Карботермическое восстановление леикоксенового концентрата с получением тусина 14
1.2. Основные виды и свойства производственного карбида-кремния 16
1.2.1. Получение, химический состав и структура производственного карбида кремния 16
1.2.2. Основные свойства карбида кремния 18
1.2.3. Электропроводность карбидакремния 23
1.3. СВЧ-энергетика 25
1.3.1. Основные принципы микроволновых устройств и микроволнового нагрева 27
1.3.2. Деление материалов на классы по отношению к микроволновому излучению и их электродинамические свойства 29
Глава 2. СИНТЕЗ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ 32
2.1. Метод получения карбида кремния кислотным разложением тусина 32
2.1.1. Химические материалы и реактивы 32
2.1.2. Методика кислотного разложения тусина на карбид кремния и раствор титанилсульфата 32
2.2. Синтез радиопоглощающей керамики 33
2.2.1. Исходные вещества 33
2.2.2. Методика получения радиопоглощающей керамики 34
2.3. Методы исследований \ 36
2.3.1. Химический анализ 36
2.3.2. Рентгенофазовый анализ 36
2.3.3. Пористость, водопоглощение и плотность 36
2.3.4. Диэлектрический нагрев порошковых материалов в СВЧ-поле 37
2.3.5. Экспериментальное исследование электродинамических характеристик 38
2.3.6. Измерение электропроводности 41
2.3.7. Определение химической устойчивости 44
Глава 3. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, МИКРОСТРУКТУРА И ХИМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ТУСИНА 45
3.1. Фазовый состав и микроструктура тусина 45
3.2. Химическая стойкость тусина в минеральных кислотах 51
3.3. Химическая селекция компонентов тусина и получение раствора титаналсульфата и карбида кремния. 55
Глава 4. СИНТЕЗ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КАРБИДА КРЕМНИЯ, ЛЕИКОКСЕНОВОГО КОНЦЕНТРАТА И ТУ СИНА 62
Глава 5. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИКРОВОЛНОВОЙ КЕРАМИКИ СИСТЕМЫ SiC - ЛК . 78
5.1. Влияние формы, размера зерна на радиопоплощающие свойства производственного, технического карбидов кремния И ЛЕИКОКСЕНОВОГО концентрата 78
5.2. Диэлектрические характеристики керамических композитов на основе SiC и ЛК.. 84
5.3. Электропроводность композитной керамики системы SiC-ЛК 92
5.4. Химическая устойчивость радиопоглощающей керамики 94
5.5. Огнеупорные свойства композитной керамики на основе лейкоксенового концентрата, тусина и технического карбида кремния 96
ВЫВОДЫ 103
ЛИТЕРАТУРА 105
ПРИЛОЖЕНИЯ 118
Приложение 1 118
Приложение 2 119
Приложение 3 120
Введение к работе
Актуальность работы. Керамические материалы являются одними из наиболее перспективных материалов нового века. Обеспечение передовых позиций керамики связывается с использованием порошков разной дисперсности, синтезируемых химическими способами и позволяющих проводить модифицирование свойств с точным количественным учетом влияния искусственно вводимых добавок. Развитие и широкое применение микроволновой техники и микроволновой обработки в промышленности вызвало необходимость в создании нового вида керамических композиционных материалов, проявляющих радиопоглощающие или радиопрозрачные свойства. Сознательное управление процессами их синтеза должно основываться на всестороннем физико-химическом исследовании свойств индивидуальных компонентов, а также позволять проводить модифицирование свойств с точным количественным учетом влияния искусственно вводимых добавок.
Современная радиопоглощающая керамика используется в качестве нагревательных элементов для промышленных микроволновых печей, как поглотитель паразитного микроволнового излучения, как наполнитель для радиопоглощающих покрытий, как компонент для специальной посуды используемой в бытовых микроволновых печах, в ювелирной промышленности, в зубопротезной технологии и др.
Хотя за последние десять лет количество публикаций, посвященных использованию микроволновой обработки в различных областях химии, возросло в несколько раз, многие вопросы, касающиеся получения радиопоглощающей керамики остаются открытыми и требуют дальнейшего изучения.
В ИХТТ УрО РАН ранее велись работы по переработке лейкоксенового концентрата с получением продуктов, представляющих интерес для синтеза новой радиопоглощающей керамики в качестве составляющих компонентов, что позволяет расширить сырьевую базу и получить новый керамический материал полифункционального назначения.
Вышесказанное свидетельствует об актуальности исследования физико-химических свойств новых радиопоглощающих материалов на основе лейкоксенового концентрата (ЛК) и продуктов его переработки для возможности создания высокотемпературной микроволной керамики.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ИХТТ УрО РАН в рамках гранта Российского Фонда Фундаментальных исследований (РФФИ) № 03-01-32490 и ГНТП "Новые материалы" № 02.01.04.
Цели и задачи работы. Основной целью работы является создание полифункциональной керамики на основе продуктов переработки лейкоксенового концентрата и физико-химическое обоснование использования ее в качестве радиопоглощающей и огнеупорной. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд конкретных задач:
• изучить микроструктуру и фазовый состав тусина (смеси TiC].xNx и SiC), продукта карботермического восстановления лейкоксенового концентрата;
• исследовать химическую активность тусина в минеральных кислотах (НС1, HNO3 и H2S04) и разработать кислотный способ разложения с получением технического карбида кремния и раствора титанилсульфата;
• синтезировать керамические композиционные образцы на основе продуктов переработки лейкоксенового концентрата и изучить физико-химические свойства в зависимости от химического состава, формы и размера зерна исходных материалов, а также давления и других параметров;
• установить химическую устойчивость композитной керамики в минеральных кислотах (НС1, HN03 и H2S04) в зависимости от времени и температуры;
исследовать огнеупорные свойства керамических материалов на основе лейкоксенового концентрата, тусина и технического карбида кремния.
Научная новизна работы определяется следующими положениями:
Методами оптического, рентгенофазового, микроструктурного анализов и электронной микроскопии впервые изучены фазовый состав и микроструктура тусина. Установлено, что гетерогенная смесь карбонитрида титана и карбида кремния характеризуется тонким взаимопрорастанием, т.е. тесная смесь фаз характеризуется срастанием их кристаллических образований.
Разработана методика разложения тусина низкотемпературным кислотным способом с получением раствора титанилсульфата и технического карбида кремния в виде осадка.
Впервые создана радиопоглощающая керамика системы SiC-ЛК (карбид кремния - лейкоксеновый концентрат). Измерены основные электродинамические характеристики керамики в СВЧ-поле.
Практическая значимость работы. Полученные в работе экспериментальные данные могут служить основой для безотходной технологии промышленной переработки лейкоксенового концентрата. Впервые показана возможность получения из продуктов переработки лейкоксенового концентрата радиопоголощающих керамических материалов, которые могут быть использованы в качестве конструкционных нагревательных элементов для муфельных микроволновых печей, а также как поглотители паразитного микроволнового излучения или как наполнитель для радиопоглощающих покрытий. Проведено комплексное исследование физико-химических характеристик радиопоглощающих композитов и установлена возможность использования их в качестве конструкционного огнеупорного материала в огнеупорной промышленности.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на семинарах СО РАН - УрО РАН "Термодинамика и неорганические материалы" (Новосибирск, 2001г.), "Новые неорганические материалы и химическая термодинамика" (Екатеринбург, 2002г.), также на Всероссийских конференциях "Физико-химические проблемы создания керамики специального и общего назначения на основе синтетических и природных материалов" (Сыктывкар, 1997г.), "Химия твердого тела и функциональные материалы" (Екатеринбург, 2000г.), "Физико-химические проблемы создания новых конструкционных керамических материалов. Сырье, синтез, свойства." (Сыктывкар, 2001г.), "Керамика и композиционные материалы" (Сыктывкар, 2004г.), "Химия твердого тела и функциональные материалы" (Екатеринбург, 2004г.).
Публикации. По теме работы опубликованы 5 статей 8 тезисов докладов, получены 2 акта внедрения и патент РФ.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация содержит 120 страниц машинописного текста, 18 таблиц, 35 рисунков и библиографию из 149 наименований.
