6295504691

ności cieplnej będą zawierać drugi składnik, wnoszący dodatkowe walory tworzywa: bardzo wysoką temperaturę topnienia i odporność na korozję żużlową. W pierwszym etapie badania tego rodzaju kompozytów wprowadzano w skład masy substancje nie reagujące w wysokich temperaturach z dwuglinianem Ca: cyrkonian wapniowy CaZrOj oraz spinel MgAl₂0₄ [6, 7]. W dalszych seriach eksperymentów skupiono się na składniku, który nie jest współtrwały z .CaAUOr-MgO (klinkierze magnezjo-wym). Wzajemne oddziaływania tych dwóch substancji podczas ogrzewania [8] stały się podstawą nowych rozwiązań technologicznych.

2. Rozszerzalność cieplna kompozytów o bimodalnym składzie granulometrycznym

W projektowaniu kompozytów na bazie CaAUO? zakłada się specjalny dobór składu granulometrycznego masy. Musi on zapewnić utworzenie się w wypalonym tworzywie ciągłej przestrzennie osnowy dwuglinianu, która będzie otaczać nie stykające się z sobą grubsze ziarna składnika o wyższej ogniotrwałości. Krzywa rozkładu wielkości ziaren takiej masy będzie się charakteryzować dwiema wartościami modalnymi: kulminacją w zakresie frakcji pyłowej CA₂ oraz w zakresie „wyciętej” frakcji ziarnistej. Bimodalna konfiguracja składu granulometrycznego powoduje, że dwuglinian narzuca niejako swój walor małej rozszerzalności całej kształtce; wyraża się to niewielką zmianą jej zewnętrznych wymiarów podczas ogrzewania, mimo znacznej zawartości w tworzywie składnika o wysokiej wartości a.

Efekty tego typu udokumentowano w serii badawczej, której przedmiotem były kompozyty CaAI₄07/MgAI₂0₄ (=CA₂/MA). Spinel magnezowo-glinowy jest związkiem wysokoogniotrwałym (temperatura topnienia 2135°C), o wartości a porównywalnej z rozszerzalnością A1₂Oj, dostępnym na rynku w postaci półproduktu spiekanego lub topionego. Rysunek 2 przedstawia diagram fazowy Ca-AI₄0₇-MgAl₂0₄-Ca₂AI₂Si0₇, który ukazuje współtrwałość (kompatybilność) obu składników kompozytu i bardzo wysoką temperaturę powstawania w ich mieszaninie fazy ciekłej - 1700°C; natomiast ewentualne zanieczyszczenie krzemionką prowadzi do utworzenia się gelenitu 2Ca0 AI₂0j'Si0₂ i eutektycznej cieczy w 1514°C. W składzie próbek omawianej serii badawczej [7] zastosowano handlowy spinel topiony o zawartości >97% MgAl₂0₄ w postaci frakcji 0,09-0,5 mm oraz syntezowany w laboratorium w końcowej temperaturze 1500°C dwuglinian wapniowy w postaci frakcji <0,06 mm. Z mieszanin obu składników przygotowano próbki o średnicy około 7 mm i wysokości około 20 mm, spiekane po sprasowaniu w 1500°C. Średnie współczynniki rozszerzalności cieplnej a próbek w zakresie od 20° do

Rys. 2. Układ CaALA (= CA₂) - MgAl₂0₄ (spinel = MA) - Ca₂AI₄Si07 (gelenit = C₂AS), wg M.R. Rao, 1968

% obj. MA

Rys. 3. Krzywe ukazujące średnie współczynniki rozszerzalności cieplnej a próbek kompozytów MA/CA₂ w trzech zakresach temperatury: od 20°C do 200, 500 i 900°C (linie ciągłe łamane), w porównaniu z zależnością liniową od składu objętościowego (linie proste kropkowane - wg reguły mieszania)

Ceramika - Materiały Ogniotrwałe nr 3/2000