Модификация кварцевой керамики нанесением золь-гель композиции системы MgO–Al2O3–ZrO2–SiO2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе синтезированы композиционные золь-гель материалы системы MgO-Al2O3-ZrO2-SiO2 и исследованы процессы их термической эволюции и кристаллизации. Нанесение на поверхность кварцевой керамики золь-гель композиций системы MgO-Al2O3-ZrO2-SiO2 приводит к значительному повышению механической прочности материала. Процессы термической эволюции золь-гель композиции были исследованы методами ИК-спектроскопии, рентгенофазового, электронно-микроскопического и энергодисперсионного анализа. Показано, что формирование оксидной композиционной структуры материалов начинается на стадии сырых гелей. Обработка кварцевой керамики композиционными золями с последующей сушкой и термообработкой до 1200°С приводит к модификации поверхностных слоев материала, что позволяет повысить механическую прочность материала более чем на 20%. Модифицирующие золь-гель композиции при сушке и последующей термообработке формируют поликристаллические структуры, связанные с частицами кварцевой керамики и состоящие из различных оксидных кристаллов.

Об авторах

С. К Евстропьев

Университет ИТМО;НПО Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова;Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
197101, St. Petersburg, Russia; 192171, St. Petersburg, Russia; 190013, St. Petersburg, Russia

В. М Волынкин

НПО Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
192171, St. Petersburg, Russia

А. С Саратовский

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет);Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
190013, St. Petersburg, Russia; 199034, St. Petersburg, Russia

Д. П Данилович

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
190013, St. Petersburg, Russia

В. В Демидов

НПО Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
192171, St. Petersburg, Russia

К. В Дукельский

Университет ИТМО;НПО Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
197101, St. Petersburg, Russia; 192171, St. Petersburg, Russia

Д. В. Булыга

Университет ИТМО;НПО Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
197101, St. Petersburg, Russia; 192171, St. Petersburg, Russia

С. О Сысолятин

НПО Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова

Автор, ответственный за переписку.
Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
192171, St. Petersburg, Russia

Список литературы

  1. Pivinskii Yu. E., Tsarev V. F., Tereshchenko Z. E., Koneva L. S. The slip casting rate for quartz ceramics // Refractories. 1973. V. 14. P. 509-512. https://doi.org/10.1007/BF01284421
  2. Xu H., Liu J., Guo A., Du H., Hou Z. Porous silica ceramics with relatively high strength and novel bi-modal pore structure prepared by a tba-based gel-casting method // Ceram.Int. 2011. V. 38. N 2. P. 1725-1729. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.09.013
  3. Dehghani P., Soleimani F. Effect of cristobalite content on physical, dielectric constant, and bending strength of fused silica ceramics formed by slip casting method // Advanced Ceram. Progr. 2021. V. 7. N 22. P. 16-22. https://doi.org/10.30501/ACP.2021.286931.1060
  4. Wan Wei, Huang Chun-e, Yang Jian, Zheng Jinzhen, Qiu Tai. Effect of sintering temperature on the properties of fused silica ceramics prepared by gel casting //j. Electron. Mater. 2014. V. 43. P. 2566-2569. https://doi.org/10.1007/s11664-014-3112-7
  5. Casasola R., Ma Rincón J., Romero M. Glass-ceramic glazes for ceramic tiles: A Review //j. Mater. Sci. 2012. V. 47. P. 553-582. https://doi.org/10.1007/s10853-011-5981-y
  6. Kaya G., Karasu B. ZrO2-CaO-MgO-SiO2 (ZrCMS) system glass-ceramic glazes suitable for porcelain tiles // Proceeding of Austceram & The 3rd Int. Conf. of Advanced Materials Processing. 2004. P. 301-302.
  7. Ferrari A. M., Barbieri L., Leonelli C., Manfredeni T., Siligardi C., Corradi A. B. Feasibility of using cordierite glass-ceramics as tile glazes. //j. Am. Ceram. Soc. 1997. V. 80. N 7. P. 1757-1766. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1997.tb03049.x
  8. Bondioli F., Taurino R., Ferrari A. M. Functionalization of ceramic tile surface by sol-gel //j. Colloid Interf. Sci. 2009. V. 334. N 2. P. 195-201. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.02.054
  9. Pasiut K., Partyka J., Lesniak M. Jelen P., Olejniczak Z. Raw glass-ceramics glazes from SiO2-Al2O3-CaO-MgO-Na2O-K2O system modified by ZrO2 addition - Changes of structure, microstructure and surface properties // Open Ceram. 2021. V. 8. 100188. https://doi.org/10.1016/j.oceram.2021.100188
  10. Евстропьев С. К., Волынкин В. М., Шашкин А. В., Гатчин Ю. А., Дукельский К. В., Коробейников А. Г., Поляков В. И. Влияние одностадийной обработки кварцевой керамики гелеобразующими растворами на прочностные характеристики // Науч.-техн. вестн. информационных технологий, механики, оптики. 2014. № 5. C. 46-51.
  11. Liu B., Gao M., Liu X., Zhao X., Zhang J., Yi X. Thermal stable nanoporous ZrO2/SiO2 HYBRID aerogels for thermal insulation // ACS Appl. Nano Mater. 2019. V. 2. N 11. P. 7299-7310. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b01791
  12. Gorelova A. V., Evstropiev S. K., Efremov A. M., Konovalov A. V., Petrovskii G. T., Semenov A. D., Shashkin V. S. Inorganic sol-gel synthesis of monolithic silica glasses with the use of aerosils // Glass Phys. Chem. 1999. V. 25. N 3. P. 274-280.
  13. Adachi T., Sakka S. The Role of N,N-dimethylformamide, A DCCA, in the formation of silica gel monoliths by sol-gel method //j. Non-Cryst. Solids. 1988. V. 99. N 1. P. 118-128. https://doi.org/10.1016/0022-3093(88)90464-4.
  14. Bortkevich A. V., Dymshits O. S., Zhilin A. A., Polushkin A. Yu., Tsenter M. Ya., Shashkin A. V., Golubkov V. V., Bʹen V.-B., Li K.-K., Pak E.-B. Study of phase transformation in titanium-containing magnesium-aliminum silicate glasses and glass-ceramics for diffuse reflectors //j. Opt. Technol. 2002. V. 69. N 8. P. 558-594. https://doi.org/10.1364/JOT.69.000588
  15. Zandonà A., Moustrous M., Véron C. G. E., Canizarès A., Allix M. Glass-forming ability and ZrO2 saturation limits in the magnesium aluminosilicate system // Ceram.Int. Elsevier, 2021. hal-03478059f. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.051
  16. Petrović R., Janaćkocić D., Zec, S., Drmanić S. Ž., Kostić-Gvozdenović L. J. Crystallization behavior of alkoxy-derived cordierite gels //j. Sol-Gel Sci. Technol. 2003. V. 28. N 1. P. 111-118. https://doi.org/10.1023/1025649406466
  17. Tsai M.-T. Synthesis of nanocrystalline enstatite fiber via alkoxide sol-gel process //j. Am. Ceram. Soc. 2005. V. 88. N 7. P. 1770-1772. https://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00359.x
  18. Pagliari L., Dapiaggi M., Pavese A., Francescon F. A Kinetic study of the quartz-crystobalite phase transition //j. Eur. Ceram. Soc. 2013. V. 33. N 15. P. 3403-3410. https://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2013.06.014
  19. Lange P. Evidence for disorder-induced vibration mode coupling in thin amorphous sio2 films //j. Appl. Phys. 1989. V. 66. 201. https://dx.doi.org/10.1063/1.344472
  20. Borrajo J. P., Liste S., Serra J., González P., Chiussi S., León B., Pérez-Amor M., Ylänen H. O., Hupa M. Influence of the network modifier content on the bioactivity of silicate glasses // Key Eng. Mater. 2004. V. 254-256. P. 23-26. https://doi.org/10.4028/www/scientific.net/KEM.254-256.23
  21. Damayanti N. P. Preparation of superhydrophobic pet fabric from Al2O3-SiO2 hybrid: Geometrical approach to create high contact angle surface from low contact angle materials //j. Sol-Gel Technol. 2010. V. 56. P. 47-52. https://doi.org/10.1007/s10971-010-2271-0
  22. Ficheux M., Burov E., Aquilanti G., Trcera N., Montouillout V., Cormier L. Structural evolution of high zirconia aluminosilicate glasses //j. Non-Cryst. Solids. 2020. V. 539. 120050. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.120050
  23. Castro Y., Aparicio M., Moreno R., Durán A. Silica-zirconia sol-gel coating obtained by different synthesis routes //j. Sol-Gel Sci. Technol. 2005. V. 34. P. 1-9. https://doi.org/10.1007/s10971-005-3213-0
  24. Pivinskii Yu. E., Dyakin P. V., Kolobov A. Yu. Research in the area of preparing materials based on fused quartz HCBs. Part 8. Effect of alkali additions on ceramic sintering and cristobalitization in nonisothermal heating regime // Refract. Industr. Ceram. 2016. V. 57. P. 27-32. https://doi.org/10.1007/s11148-016-9921-x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».