CC BY
37
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 259 1975
НОВАЯ КЕРАМИКА ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕХНИКИ
П. Г. УСОВ, 3. С. КОНОВАЛОВА, В. И. ВЕРЕЩАГИН
^Представлена научным семинаром неорганических кафедр)
Развитие радиотехники и электроники постоянно повышает опрос на керамические материалы со специальными свойствами. Отечественная и мировая практика 'имеет богатый опыт в использовании природного непластичного сырья — талька для производства высокочастотной керамики стеатитового и форстеритового состава (Л^ЭЮз и А^БЮ^.
Кроме метасиликата магния (стеатитовая керамика), для практических целей пригоден и диопсид. Диопсид легко синтезируется из различных продуктов, не имеет полиморфных модификаций, имеет коэффициент термического расширения, близко сочетающийся с коэффициентом термического расширения стеклофазы барий-алюмосиликат-ного состава. Применение диопсида в качестве кристаллической фазы в керамике имеет свои преимущества: исключено старение, керамика является термостойкой.
Нами в практической работе исследована система клиноэнстатит— диопсид. Синтезировались минералы ряда клиноэнстатит— диопсид со следующими мольными отношениями окислов -кальция и магния:
1. 0: 1 Л^вЮз—клиноэнстатит,
2. 0,1 : 0,9 СасыМёо^Юз,
3. 0,2 : 0,8 СаоМёолЫОь
4: 0,3 : 0,7 Са0#Що,7БЮг,
5. 0,4 : 0,6 СаолЩояЪЮг,
I
6. 0,5 : 0,5 Сао^М^о^Юз — диопсид,
7. 1:1 СаМё812Об.
В ¡качестве исходных материалов для синтеза данных составов использовались как чистые химические реактивы 8102, 4М.%СОз • •М§(0Н)2-6Н20, СаСОз, так и природные продукты: тальк, тремолит. Компонентные составы для синтеза минералов приведены в табл. 1, 2.
Для синтеза клиноэнстатита (1) и следующего за ним минерала (2) использовался флотированный тальк Алгуйского месторождения следующего химического состава:
5Ю2—64,16%; А^О — 30,23%; СаО — 0,22%;
А1203 —0,35%; ¥е2Ог — 0,04%; пп-п —4,68%.
Таблица I
Компонентный состав смесей для синтеза минералов из химических реактивов
Минералы БЮа СаО Л^О БЮ2 СаС03 \MgCO;. 810, СаС03 ме-о эю2 СаО А^СОз
1 А^БЮз 60 — 40,0 41,6 — 58,4 60 _ 40 41,6 _ . 58,4
2 Сао^о^Юз 59,1 5,5 35,4 41,3 6,7 52,0 56,53 9,47 34,0 42,54 3,96 53,5
3 Сао.гМдо.вЗЮз 58,2 10,8 31,0 41,75 13,65 45,6 53,5 17,7 28,8 43,5 8,0 48,5
4 СаолМео^Юз 57,1 16,1 26,8 40,2 20,3 39,8 51,0 28,5 23,5 44,18 12,32 43,5
5 Са0>4А^0,в5К)з 56,49 21,1 22,45 40,1 26,5 33,4 48,3 32,3 19,4 45,2 16,8 38,0
6 СалвМго^Юв 55,6 25,8 18,6 39,4 33,0 27,6 46,15 38,5 . 15,35 46,15 21,5 32,35
Таблица 2
Компонентный состав шихт для минералов клиноэнстатит — диопсид на основе природных минералов
Минералы Тальк Тремолит СаСОа 4М£С03Х хмг(0н)2.бн20 * Кремнезем
1 МвБЮз — — — — —
2 СаоиМ^Юз 76,5 — 7,8 15,7 _
3 СасаМдсвБЮз — 81,9 1,4 16,7 —
4 Сао.зМ^о^Юз — 81,8 9,68 8,52 —
5 Саом^о^Юз — 82,07 17,93 — —
6 СасьбА^о^Юз — 63,8 26,6 — 9,6
7 Я-СасбМдо^Юз 48,7 __ 37,5 — 13,8
Для синтеза диопсида (6) и остальных минералов основным компонентом шихты использовали тремолит также Алгуй'ского месторождения следующего химического состава:
Б Юг— 61,32%; А^О — 25,5%; СаО — 10,64%;
АЦОз —1,17%; Ре203 — 0,18%; адш — 1,72%.
Кроме того, 'получен диопсид (7) и на основе талька Алгуйского месторождения.
Синтез минералов проводился как в твердой фазе, так и путем расплавления фриттованной шихты с последующей медленной кристаллизацией расплава. Обжиг сбрикетированной 'после помола шихты (сито № 0060) проводил'ся в электропечи с оилитовыми нагревателями при конечных температурах от 1300 до 1400° С. 'Предварительно обожженные брикеты плавились в корундовых тиглях в криптошовой печи при конечных температурах 1420—1600° С. Охлаждение расплава ¡протекало по 'мере охлаждения печи й течение суток. {
Многократно проведенные опыты показывают, что из 'всех минералов (при различных условиях) легче синтезируется диопсид. Синтез минералов на основе чистых реактивов протекает трудно, с побочными продуктами, не дает однозначных результатов, требует большой тщательности проведения исследований в отношении дозировки ¡шихты, измельчения, перемешивания и режима обжига. Следует также отметить, что на основе природных материалов — талыка и тремолита синтез минералов осуществляется легче как в твердой фазе, так ;и кристаллизацией расплава. Фазовый состав минералов определяли рентгеновским и петрографическим анализами. Анализ рентгенограмм показал, что для минералов 2—4 составов фиксируются еще побочные продукты (й — 4,05—4,08А° — кри'стобалит), а 'максимумы 'сильно размыты ввиду несовершенной внутренней структуры новообразований.
Кристаллизацией расплава удается получить .минералы с совершенными кристаллами. Рентгенограммы синтезированного нами диопсид а (из различных продуктов) констатируют полную аналогию со справочными данными.
'Поскольку КТР определяет термическую стойкость керамических изделий и существенно изменяется с температурой, поэтому нами и были определены значения коэффициентов термического расширения минералов ряда клиноэнстатит—диопсид (табл. 3) в температурном интервале 20—900° С. Измерения по определению КТР проводились на кварцевом вертикальном дилатометре. Из полученных значений КТР наиболее -близким значением к КТР отеклофазы барий ал юм ос и лика т-ного состава обладает минерал (6) диопсид,
г
Таблица 3
Таблица значений КТР для минералов клиноэнстатит — диопсид на основе природных минералов
«■ю-7°с в интервале
Состав минерала 50-500° 40-800°
1 MgSi03 105 125
2 Cao,iMgo,9Si03 81 89
3 Cao,2Mgo,8Si03 72 76
4 Ca0)3Mg0,7SiO* 62 68
5 Ca0,4Mg0)6SiO3 58 60
6 Ca0,5Mg0,5SiO3 60 76
7 !2-.Cao,5Mgo,5Si03 61 76
Итак, учитывая, что синтез этого минерала легко осуществляется по сравнению с остальными минералами, согласованность КТР его со стеклофазой, а также отсутствие полиморфных превращений, диопсид может быть рекомендован как кристаллическая фаза керамики. Применение диопсида позволяет получить новую высокочастотную керамику с повышенной термостойкостью, с хорошими электрическими и ме-х ани ч еок и м и сво йств а ми.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. Эй тел ь. Физическая химия силикатов. М., ИЛ, 1962.
2. В. И, Михеев. Рентгенометрический определитель минералов. Госиздат, 1957.
