Effect of Illite Clay Additive on Sintering, Phase Composition and Properties of Mullite-ZrO2 Ceramics / Illītu mālu piedevas ietekme uz mullīta-ZrO2 keramikas saķepšanu, fāžu sastāvu un īpašībām.

Abstract

Abstract This study focuses on the influence of illite clay on changes of ZrO2 modifications after sintering and consolidation of mullite-ZrO2 ceramics with or without Y2O3 additive. It was found that mullite-ZrO2 ceramics both with 4.5 % Y2O3 additive or without it in presence of illite clay tend to have increased densification and compression strength after sintering. Presence of illite clay also promotes change of ZrO2 monoclinic phase to tetragonal phase and the presence of Y2O3 promotes change to ZrO2 cubic phase. Mullīts ir viena no svarīgākajām augsttemperatūras kristāliskajām fāzēm. Mullīta veidošanās keramikā, tajā skaitā arī keramikā, kas satur ZrO2, nodrošina tai augstas mehāniskās, ķīmiskās un termiskās īpašības, arī pie paaugstinātām temperatūrām. Lai gan mullīta fāze sāk veidoties jau ~ 1000 °C temperatūrā, blīvu mullīta keramikas materiālu parasti iegūst viena cikla saķepināšanas procesā pie paaugstinātas temperatūras (≥ 1400 °C). Lai veicinātu šīs keramikas saķepšanu un saķepšanas temperatūras pazemināšanu, pielieto piedevas vai arī aktīvus pulverus, piemēram, γ-Al2O3 nanopulveri, kvarca smiltis, u.c. Dotajā darbā ir pētīta illīta nanopulvera ietekme uz mullīta-ZrO2 keramikas (ar Y2O3 piedevu un bez tās) sablīvēšanos saķepšanas procesā, iegūtā keramikas materiāla kristālisko fāžu sastāvu un īpašībām. Darbā ir pielietoti divu veidu pulveru maisījumi, kas sastāv no γ-Al2O3, SiO2, ZrO2 (monoklīns), ar Y2O3 piedevu vai bez tās. Katrai maisījumu grupai pievienots illīts 5 %, 10 % vai 15 % (masas daļas). Izejas pulveru morfoloģijas izpētei pielietots elektronmikroskops Hitachi-TM3000 un diferenciāli termiskai analīzes iekārta Setaram, Setsys Evolution 1750. Paraugi formēti disku un cilindru veidā. Saķepināšana veikta divās maksimālajās temperatūrās - 1400 °C vai 1500 °C. Keramikas fāžu sastāvs noteikts pielietojot Rentgena staru difraktometriju (D8 Advance Bruker). Raksturīgās keramikas īpašības (relatīvais blīvums, sarukums) noteiktas izmantojot EN, spiedes izturība noteikta pielietojot iekārtu Toni-Technic. Ir iegūti rezultāti, kas parāda, ka saķepināto keramikas paraugu sablīvēšanās (relatīvais blīvums un sarukums) pakāpe pieaug ar illīta mālu piedevu līdz 10%. Pie lielākas piedevas (15 %) ir vērojama iekšējo poru veidošanās tendece. Savukārt Y2O3 piedeva, it sevišķi illītu mālu klātienē veicina sablīvēšanos saķepināšanas procesā, it seviķi pie 1500 ºC. Ir jāatzīmē arī, ka mālu klātiene veicina ZrO2 monoklīnās modifikācijas transformāciju tetragonālā, bet vienlaicīga mālu un Y2O3 piedevu klātiene savukārt ZrO2 monoklīno modifikāciju tranformē kubiskā modifikācijā.