Модификация кварцевой керамики нанесением золь-гель композиции системы MgO–Al2O3–ZrO2–SiO2
- Авторы: Евстропьев С.К1,2,3, Волынкин В.М2, Саратовский А.С3,4, Данилович Д.П3, Демидов В.В2, Дукельский К.В1,2, Булыга Д.В.1,2, Сысолятин С.О2
-
Учреждения:
- Университет ИТМО
- НПО Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова
- Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
- Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН
- Выпуск: № 2 (2023)
- Страницы: 200-208
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4618/article/view/247278
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044461823020081
- EDN: https://elibrary.ru/PBGVPB
- ID: 247278
Цитировать
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.
Ключевые слова
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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
![](/img/style/loading.gif)