Завантажити повну версію статті (в PDF форматі)

O. V. Savvova, H. K. Voronov, O. I. Fesenko, V. D. Tymofieiev, and О. І. Pylypenko
Influence of the Nano- and Submicron Structure of Magnesium–Aluminosilicate Glasses on the Crack Resistance of High-Strength Glass-Ceramics
0667–0681 (2022)

PACS numbers: 61.43.Fs, 64.70.ph, 64.75.Lm, 68.37.Hk, 81.05.Je, 81.05.Pj, 81.40.Np

Проаналізовано основні напрями розробки склокерамічних матеріялів технічного призначення, які відрізняються комплексом високих фізико-хемічних, технологічних та експлуатаційних властивостей, пониженою вартістю та можуть бути одержані із застосуванням енерго- та ресурсоощадних технологій. Проведено детальну аналізу стану розробок кордієритових склокерамічних матеріялів і принципів проєктування їх дав змогу встановити можливість розробки на їхній основі високоміцних матеріялів, які характеризуються формуванням дисипативної наноструктури в процесі направленої кристалізації. Оптимізовано склад магнійалюмосилікатного скла шляхом введення комбінованого каталізатора кристалізації (ZrO₂, TiO₂, Sb₂O₅, ZnO, CeO₂, P₂O₅) для забезпечення перебігу нуклеації й утворення кристалічних фаз в області нижчих температур і формування ситалізованої структури склокерамічних матеріялів за механізмом фазового розподілу. Встановлено, що забезпечення фазового розділення (800–850°С) за спинодальним механізмом для дослідного магнійалюмосилікатного скла у передкристалізаційному періоді є важливим етапом формування твердих розчинів зі структурою високотемпературного кварцу у низькотемпературній області (850–900°С) за в’язкости у 10^8,8 Па·с, кристалізації шпінелі (900–1000°С), α-кордієриту (980–1050°С) та перекристалізації α-кордієриту до муліту за 1050–1100°С. Визначено основні умови формування самоорганізованої ситалізованої нано- та субмікронної структури склокристалічних матеріялів на основі муліту: вміст фазоутворювальних оксидів — Σ(МgO, Al₂O₃, SiO₂) — 87,0 мас.%; тип і вміст каталізаторів кристалізації Σ(TiO₂, ZrO₂, СеО₂, P₂O₅) — 8,0 мас.%, а модифікувальних добавок Σ(SrO, CaO, B₂O₃) — 5,0 мас.%; низькотемпературна синтеза та тристадійне термічне оброблення (вариво — 1550°С, 6 год.; I стадія — 800°С, 2 год.; II стадія — 900°С, 2 год.; III стадія — 1100°С, 1 год.). Встановлено, що забезпечення високого показника тріщиностійкости (K_1C = 6,5 МПа·м^1/2), модуля Юнґа (Е = 350 ГПа) і низької ваги (ρ = 2800 кг/м³), спрощення технології за рахунок пониження температури та тривалости синтези дають змогу йому успішно конкурувати з дорогими керамічними аналогами.

Keywords: склокерамічні матеріяли, магнійалюмосилікатні стекла, фазове розділення, кордієрит, муліт.