Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

А. А. Сокорев, старший преподаватель, каф. литейных технологий и художественной обработки материалов, эл. почта: RCstuff@ya.ru
С. С. Мишуров, ведущий инженер, каф. обработки металлов давлением (ОМД), эл. почта: mishurovs@mail.ru
А. П. Долбачев, инженер кафедры ОМД

Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, Россия:

Е. А. Наумова, доцент

В результате проведенных исследований вскрыт механизм поэтапного спекания многокомпонентных композитов на примере промышленного отхода ИМ-2201 при термоциклировании, заключающийся в образовании тугоплавкой муллитовой конструкции в первом цикле процесса из непрерывной жидкой фазы легкоплавких включений и превращении ее в композитную конструкцию из муллита, корунда и оксида хрома (III) при более высоких температурах в последующих циклах. Поэтапное спекание сопровождается последовательным уменьшением усадки в каждом цикле и связано с последовательным удалением примесей и релаксацией дефектов структуры. Экспериментально установлен фракционный характер распределения размеров частиц компонентов, входящих в состав промышленного отхода ИМ-2201, содержащего 4 ярко выраженные фракции со средним размером частиц 18 мкм (Al₂O₃), 6 мкм (Cr₂O₃), 3 мкм (SiO₂) и 1,4 мкм (RO, R₂O). Количество фракций, их твердость и огнеупорность возрастают с увеличением размеров частиц. Это объясняется поэтапным механизмом спекания. Также применение огнеупорных глин с ультрадисперсными частицами, полученными в результате механохимической активации в составах огнеупорных растворов, способствует уплотнению структуры и улучшению физико-химических свойств. Результаты проведенных дилатометрических исследований позволяют говорить об эффективности использования предложенных промышленных отходов в целом ряде высокотемпературных процессов литейного производства. В данный момент проводятся активные испытания ИМ-2201 в качестве огнеупорного наполнителя керамических ЛВМ-форм наряду с регенерацией и повторным использованием традиционных наполнителей: корунда, дистен-силлиманитового концентрата, маршаллита.

Статья подготовлена в рамках Соглашения № 11.7172.2017/8.9 «Исследования в области синтеза конструкционных и функциональных материалов на основе алюминия и железа, функционально-градиентных покрытий нового поколения и создание новых подходов их диагностики».

1. Сокорев А. А., Мишуров С. С., Наумова Е. А., Летягин Н. В. Исследование гранулометрического состава промышленных отходов для литейного производства // Цветные металлы. 2018. № 12. С. 63–68.
2. Skripnyak V. V., Skripnyak V. A. Predicting the mechanical properties of ultra-high temperature ceramics // Letters on Materials. 2017. Vol. 7, Iss. 4. P. 407–411.
3. Nemat S., Ramezani A., Emami S. M. Possible use of waste serpentine from Abdasht chromite mines into the refractory and ceramic industries // Ceramics International. 2016. Vol. 42, Iss. 16. P. 18479–18483.
4. Chen J., Zhao H., Zheng H., Li Z., Zhang J. Effect of the calcium alumino-titanate particle size on the microstructure and properties of bauxite-SiC composite refractories // Journal of Ceramics international. 2018. Vol. 44, Iss. 6. P. 6564–6572.
5. Pialy P., Tessier-Doyen N., Njopwouo D., Bonnet J. P. Effects of densification and mullitization on the evolution of the elastic properties of a clay-based material during firing // Journal of the European Ceramic Society. 2009. Vol. 8, Iss. 9. P. 1579–1586.
6. Dana K., Sinhamahapatra S., Tripathi H. S., Ghosh A. Refractories of Alumina-Silica System // Journal of Transactions of the indian ceramic society. 2014. Vol. 73, Iss. 1. P. 1–13.
7. ГОСТ 28818–90. Материалы шлифовальные из электрокорунда. Технические условия. — Введ. 12.03.1991.
8. ГОСТ 2912–79. Хрома окись техническая. Технические условия. — Введ. 01.01.1980.
9. ГОСТ 21907–76. Циркония двуокись. Технические условия. — Введ. 01.01.1977.
10. ГОСТ 390–96. Изделия огнеупорные шамотные и полукислые общего назначения и массового производства. Технические условия. — Введ. 30.06.1997.
11. ТУ 38.103706–90. Катализаторы ИМ-2201, ИМ-2201М. Технические условия. — Введ. 09.07.2009.
12. Surzhikov A. P., Ghyngazov S. A., Frangulyan T. S., Vasil’ev I. P., Chernyavskii A. V. Investigation of sintering behavior of ZrO2 (Y) ceramic green body by means of non-isothermal dilatometry and thermokinetic analysis // Journal of thermal analysis and calorimetry. 2017. Vol. 128, Iss. 2. P. 787–794.
13. Antao S. M. Quartz: structural and thermodynamic analyses across the    transition with origin of negative thermal expansion (NTE) in  quartz and calcite // Acta Crystallographica Section B: Structural Science Crystal Engineering And Materials. 2016. Vol. 72, Iss. 2. P. 249–262.
14. Daigo I., Kiyohara S., Okada T., Okamoto D., Goto Y. Element-based optimization of waste ceramic materials and glasses recycling // Resources, Conservation and Recycling. 2018. Vol. 133. P. 375–384.
15. Пат. 2430067 РФ. Огнеупорный кладочный раствор / Матвеенко И. В., Сокорев А. А. ; заявл. 22.12.2009 ; опубл. 27.09.2011.
16. Сокорев А. А., Матвеенко И. В. О результатах измельчения огнеупорных глин до наноразмерного состава // Литейное производство. 2011. № 3. С. 11–13.
17. Ren X. M., Ma B. Y, Zhang Y. R. Effects of sintering temperature and V₂O₅ additive on the properties of SiC – Al₂O₃ ceramic foams // The Journal of Alloys and Compound. 2018. Vol. 732. P. 716–724.
18. Peretokina N. A., Doroganov V. A., Grudina V. A., Pogikyan A. N. Heat-insulating propertie of refractory materials made with the use of artificial ceramic binders // Russian Journal of Refractories and Industrial Ceramics. 2016. Vol. 57, Iss. 2. P. 189–191.
19. Teo P.-T., Seman A. A., Basu P., Sharif N. M. Recycling of Malaysia’s electric arc furnace (EAF) slag waste into heavy-duty green ceramic tile // Waste Management. 2014. Vol. 34. P. 2697–2708.
20. Tae S.-J., Adachi T., Morita K. Estimatio n of the environmental impact for recycling blast furnace slag with a hydrothermal reaction based on life cycle inventory // ISIJ International. 2017. Vol. 57. P. 189–192.
21. Elmaghraby, M. S., Ismail A. I. M. Utiliz ation of Some Egyptian Waste Kaolinitic Sand as Grog f or Bricks and Concrete // The Journal Silicon. 2016. Vol. 8, Iss. 2. P. 299–307.