Жаростойкие фосфатные ячеистые материалы переменной плотности

Ч.Г. Пак, В.А. Абызов, В.М. Батрашов

Разработаны ячеистые фосфатные материалы переменной плотности с использованием алюмосиликатных микросфер. Твердение материала обеспечивается за счет самораспространяющейся экзотермической реакции.

Создание огнеупорных материалов, обладающих высокими физико-механическими и теплотехническими характеристиками, устойчивых к воздействию высоких температур и агрессивных сред, является одной из важнейших задач материаловедения.

При решении данной проблемы необходимо использовать современные технологии получения огнеупорных материалов. Одним из перспективных способов получения термостойких высокоогнеупорных материалов является самораспростра- няющийся высокотемпературный синтез. Процесс протекает с сильноэкзотермическим взаимодействием элементов в режиме горения при температуре до 2500...4000 °С, обеспечивая получение плотных огнеупорных материалов [1].

В работе [2] было установлено, что экзотермическая реакция между порошком алюминия и фосфатным связующим, сопровождающаяся значительным газо- и тепловыделением, обеспечивает формирование ячеистой фосфатной композиции. При этом максимальная температура реакции достигает 210.. .260 °С, что является достаточным для твердения материала. Конечные продукты синтеза - высокотемпературные фосфатные соединения с преобладанием А1Р04. Показано, что основным способом управления процессами структурообра- зования и свойствами такого материала является регулирование активности связующего путем изменения концентрации ортофосфорной кислоты и ее частичной нейтрализации, например соединениями алюминия и хрома [3, 4]. Если в данную композицию ввести огнеупорные порошки (кислые огнеупорные оксиды и их смеси, наполнители алюмосиликатного, глиноземистого и хромглино- земистого состава), то формируется ячеистый жаростойкий материал (газобетон) со средней плотностью 400... 1000 кг/м3 и температурой применения до 1400... 1600 °С [3-5]. Такой газобетон широко используется для изоляции стекловаренных печей и тепловых агрегатов в промышленности строительных материалов.

В настоящей работе была поставлена цель разработать ячеистые жаростойкие материалы переменной плотности, твердеющие в режиме еамо- распространяющегося экзотермического синтеза, применяя различные порошки алюминия. В качестве наполнителей использовали: тонкомолотый шамот с удельной поверхностью 4000 см2/г Сухо- ложского завода, отработанный алюмохромовый катализатор ИМ-2201 ОАО «Каучук» (г. Стерли- тамак) по ТУ 2123-093-16810126-2004, алюмоси- ликатные микросферы с насыпной плотностью 420 кг/м3, полученные фракционированием золы Рефтинской ГРЭС (Свердловская обл.). Связующее - алюмохромфосфатное производства ЗАО «ФК» г. Буй (Костромская обл.). В качестве алюминиевого порошка использовали алюминиевую пудру ПАП-1 по ГОСТ 5494, модифицированную алюминиевую пудру ПОС-15 и алюминиевый порошок ПА-4. Изделия формовали в три слоя с различными дозировками дисперсного алюминия. Наполнителями для нижнего и среднего слоя газобетона являлись шамот и отработанный катализатор ИМ-2201, для верхнего слоя - алюмосиликат- ные микросферы.

а)б)

Влияние вида алюминиевого порошка на структуру ячеистого жаростойкого фосфатного материала: а - алюминиевая пудра ПАП-1, модифицированная алюминиевая пудра ПОС-15; 6 - алюминиевый порошок ПА-4

Вне зависимости от вида дисперсного алюминия, у полученных материалов четко видны 3 зоны (см. рисунок): более плотный фосфатный газобетон со средней плотностью 800...1200 кг/м3, промежуточная структура и фосфатный газобетон на алюмосиликатных микросферах со средней плотностью 300.. .400 кг/м3.

Таким образом, использование алюмосиликатных микросфер помимо традиционных наполнителей позволяет получить фосфатный газобетон переменной плотности в режиме самораспростра- няющегося экзотермического синтеза, что существенно расширяет его области применения.

Список литературы

Мержанов, А. Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких соединений / А. Г. Мержанов // Вестник АН СССР. - 1976. -М 10. - С. 76-84.

Абызов, А.Н. Получение теплоизоляционных жаростойких фосфатных материалов методом самораспространяющегося синтеза / А.Н. Абызов // Жаростойкие материалы и бетоны: сб. науч. тр. — Челябинск: УралНИИстромпроект, 1978. - С. 50-53.

Абызов, А.Н. Получение поризованных жаростойких фосфатных материалов методом самораспространяющегося экзотермического синтеза / А.Н. Абызов // Тез. докл. Всесоюз. совещ. «Высокотемпературная химия силикатов и оксидов». -Л.: Наука, 1988. - С. 399-401.

Пак, Ч.Г. Разработка и исследование жаростойкого алюмохромфосфатного газобетона: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Ч.Г. Пак. - М.: НИИЖБ, 1987. -21 с.

Абызов, В.А. Ячеистые жаростойкие материалы на основе промышленных отходов /

А. Абызов // Строительство и образование: сб. науч. тр. - Екатеринбург: УГТУ, 2001. - Вып. 4. - 123-124.