Международный журнал керамического машиностроения и науки опубликовал новую статью по производству новой кислотостойкой керамики с высокой устойчивостью к истиранию и изгибу.
Материал превосходит традиционные аналоги по прочности и химической стойкости
РЕЗУЛЬТАТЫ
Керамика демонстрирует превосходные характеристики в нескольких областях.
В тестах на кислотостойкость она показывает 92% устойчивости к кислотному воздействию, что значительно превышает показатель контрольного образца (68%).
Тест на абразивную износостойкость показывает, что инновационная керамика сохраняет более 98% своей массы после 2100 циклов трения, благодаря высокому содержанию SiO₂, Al₂O₃ и MgO, которые повышают механическую прочность и износостойкость.
Прочность на изгиб увеличилась до 42,0 ± 0,3 МПа по сравнению с 38,4 ± 0,2 МПа для контрольного образца благодаря упрочняющему эффекту оксидов, таких как CaO и MgO, которые улучшают общую микроструктурную связность.
ДЕТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КИСЛОТОСТОЙКОСТИ
Испытания проводились по модифицированной методике ASTM C650.
Образцы в виде порошка (фракция <850 микрон) обрабатывались агрессивной смесью: 7 мл концентрированной азотной кислоты (HNO₃) 13 мл концентрированной серной кислоты (H₂SO₄) 65 мл дистиллированной воды.
Затем — многоступенчатый процесс включал нагрев на песчаной бане, испарение кислот и повторное травление.
После обработки образцы промывались до полного удаления следов серной кислоты
Химический состав, обеспечивающий стойкость:
Основная масса керамики:
- SiO₂: 69,11% — формирует стабильную силикатную сетку
- Al₂O₃: 14,86% — обеспечивает химическую инертность
- CaO: 2,08% — способствует уплотнению структуры
- MgO: 1,45% — усиливает микроструктурную связность
Защитная глазурь:
- SiO₂: 48,19% + Al₂O₃: 18,11% — создают непроницаемый барьер
- CaO: 12,18% — повышает термическую стабильность
- BaO: 1,93% — усиливает сопротивление выщелачиванию
Механизм кислотной защиты:
- Стабильная силикатно-алюминиевая матрица — основной каркас материала устойчив к кислотному распаду
- Витрифицированная глазурь — образует плотный непроницаемый слой, предотвращающий проникновение кислот вглубь материала
- Минимальная пористость — исключает капиллярное впитывание агрессивных сред
- Оптимизированный состав промежуточного слоя (ангоб) — обеспечивает плавный переход между массой и глазурью
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА:
Технология производства вкратце выглядит так:
- Точное дозирование оксида алюминия (97% чистоты) и силиката циркония
- Прессование под давлением 400 бар в течение 15 секунд
- Контролируемый нагрев со скоростью 5°C/мин до 1380°C
- Многоступенчатый обжиг с предварительным прогревом до 1150°C
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ:
Лабораторная посуда для работы с концентрированными кислотами, футеровка промышленных реакторов, износостойкие элементы оборудования для химической промышленности и другое промышленное оборудование специального применения. На данный момент, это действительно востребованная продукция.
От редактора:
Насколько это интересно для промышленности? Судя по цифрам — очень.
Сочетание 92% кислотостойкости с исключительной механической прочностью открывает новые возможности для промышленности. Материал успешно прошел испытания в смеси азотной и серной кислот — одном из самых агрессивных сред. Особенно важно, что высокая стойкость достигается не за счет специальных покрытий, а «благодаря единой оптимизированной объемной структуре материала», — отмечают разработчики.
Отдельно хочу отметить — материал предназначен для сред, где действует одновременно и химическая агрессия, и механический износ (например, перемешивание абразивных коррозионных суспензий, работа запорной арматуры в кислотных потоках).
Разработка уже привлекла внимание промышленных компаний, рассматривающих возможность внедрения новой керамики в производственные процессы.
Мы тоже не стоим на месте и осваиваем химически стойкие огнеупоры. В ряде областей заканчиваются исследования и реальные образцы сейчас проходят испытания. Мы пошли немного другим путём, исходя из доступности и качества сырья. Но об этом расскажем как-нибудь позже.
Источник: International Journal of Ceramic Engineering & Science, 2025
*Подробности: DOI 10.1002/ces2.70030*