Thermodynamic Analysis of the Reactions of Strontium Anorthite Formation during the Firing of Thermal Shock Resistance Ceramics Based on the Eutectic Glasses of the SrO–Al2O3–SiO2 Systems
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipro
Abstract
ENG: Thermal shock resistance ceramic materials must have a high degree of sintering to ensure the required mechanical strength, erosion resistance, and resistance to high-temperature oxidation. However, the search for effective ways to achieve a high degree of sintering of ceramic materials based on the SrO–Al2O3–SiO2 system at low temperatures requires a large amount of experimental research. The aim of this work is to analyze thermodynamically the reactions of strontium-anorthite phase formation at the points of triple eutectics of the SrO–Al2O3–SiO2 system under low-temperature firing conditions. The eutectic points were selected in the region of strontium anorthite crystallization and had a temperature not exceeding 14000C. It has been established that in the case of compliance with the stoichiometric ratio, the final product of the interaction of the components of eutectic glasses S-1 and S-2 with the charging components is the strontium anorthite phase. The most probable is the formation of strontium anorthite in the interaction of eutectic glass components with Al2O3∙2SiO2, which is a product of kaolinite dehydration (Al2O3∙2SiO2∙2H2O). It has been found that the compounds SrO∙SiO2 and 2SrO∙Al2O3∙SiO2 are most active in the interaction with the charging components in the direction of formation of the strontium anorthite phase than SiO2 tridymite. As a result, the sintering of strontium-anorthite compositions at a temperature of 9000C causes a significant increase in the content of the crystalline phase of strontium anorthite. The determined patterns allow making a reasonable choice of glass in the SrO–Al2O3–SiO2 system for the further manufacture of low-temperature strontium-anorthite ceramics.
UKR: Термостійкі керамічні матеріали для забезпечення необхідних показників механічної міцності, ерозійної стійкості і стійкості до високотемпературного окиснення повинні володіти високим ступенем спікання. Проте пошук ефективних шляхів досягнення високого ступеня спікання керамічних матеріалів на основі системи SrO-Al2O3-SiO2 при знижених температурах потребує великого об’єму експериментальних досліджень. Метою даної роботи є термодинамічний аналіз реакцій утворення стронцій-анортитової фази в точках потрійної евтектики системи SrO-Al2O3-SiO2 в умовах низькотемпературного випалу. Евтектичні точки були обрані на ділянці кристалізації стронцієвого анортиту і мали температуру, що не перевищувала 1400 оС. Встановлено, що у випадку дотримання стехіометричного співвідношення кінцевим продуктом взаємодії компонентів евтектичних стекол S-1 і S-2 з підшихтовними компонентами є стронцій-анортитова фаза. Найбільш імовірним є утворення стронцієвого анортиту при взаємодії компонентів евтектичних стекол з Al2O3∙2SiO2, який є продуктом дегідратації каолініту (Al2O3∙2SiO2∙2H2O). Встановлено, що сполуки SrO∙SiO2 та 2SrO∙Al2O3∙SiO2 у порівнянні з тридимітом SiO2 проявляють найбільшу активність при взаємодії з підшихтовними компонентами в напрямі утворення фази стронцієвого анортиту. Як результат, спікання композицій стронцій-анортитового складу при температурі 900 оС обумовлює суттєве збільшення вмісту кристалічної фази стронцієвого анортиту. Визначені закономірності дають змогу здійснити обґрунтований вибір скла в системі SrO-Al2O3-SiO2 для подальшого виготовлення низькотемпературної стронцій-анортитової кераміки.
UKR: Термостійкі керамічні матеріали для забезпечення необхідних показників механічної міцності, ерозійної стійкості і стійкості до високотемпературного окиснення повинні володіти високим ступенем спікання. Проте пошук ефективних шляхів досягнення високого ступеня спікання керамічних матеріалів на основі системи SrO-Al2O3-SiO2 при знижених температурах потребує великого об’єму експериментальних досліджень. Метою даної роботи є термодинамічний аналіз реакцій утворення стронцій-анортитової фази в точках потрійної евтектики системи SrO-Al2O3-SiO2 в умовах низькотемпературного випалу. Евтектичні точки були обрані на ділянці кристалізації стронцієвого анортиту і мали температуру, що не перевищувала 1400 оС. Встановлено, що у випадку дотримання стехіометричного співвідношення кінцевим продуктом взаємодії компонентів евтектичних стекол S-1 і S-2 з підшихтовними компонентами є стронцій-анортитова фаза. Найбільш імовірним є утворення стронцієвого анортиту при взаємодії компонентів евтектичних стекол з Al2O3∙2SiO2, який є продуктом дегідратації каолініту (Al2O3∙2SiO2∙2H2O). Встановлено, що сполуки SrO∙SiO2 та 2SrO∙Al2O3∙SiO2 у порівнянні з тридимітом SiO2 проявляють найбільшу активність при взаємодії з підшихтовними компонентами в напрямі утворення фази стронцієвого анортиту. Як результат, спікання композицій стронцій-анортитового складу при температурі 900 оС обумовлює суттєве збільшення вмісту кристалічної фази стронцієвого анортиту. Визначені закономірності дають змогу здійснити обґрунтований вибір скла в системі SrO-Al2O3-SiO2 для подальшого виготовлення низькотемпературної стронцій-анортитової кераміки.
Description
O. Zaichuk: ORCID 0000-0001-5209-7498; K. Sukhyy: ORCID 0000-0002-4585-8268; I. Sukha: ORCID 0000-0002-5579-2047
Keywords
strontium-anorthite ceramics, eutectic glass, SrO–Al2O3–SiO2 system, thermodynamic analysis, X-ray phase analysis, стронцій-анортитова кераміка, евтектичне скло, система SrO–Al2O3–SiO2, термодинамічний аналіз, рентгенофазовий аналіз
Citation
Zaichuk O. V., Sukhyy K. M., Amelina O. A., Hordeieiv Y. S., Filonenko D. V., Rudnieva L. L., Sukha I. V., Halushka S. A. Thermodynamic Analysis of the Reactions of Strontium Anorthite Formation during the Firing of Thermal Shock Resistance Ceramics Based on the Eutectic Glasses of the SrO–Al2O3–SiO2 Systems. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 2023. No. 6. P. 99–106. DOI: http://dx.doi.org/10.32434/0321-4095-2023-151-6-99-106.