vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2022-24-3-138-146vestniktgasu-1225Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSСинтез алюмомагнезиальной керамики MgAl2O3 в среде термической плазмыSynthesis of aluminum-magnesian ceramics MgAl2O3 in thermal plasma environmentШеховцовВ. В.ShekhovtsovV. V.

Шеховцов Валентин Валерьевич - кандидат технических наук, кафедра прикладной механики и материаловедения.

634003, Томск, пл. Соляная, 2.

Valentin V. Shekhovtsov - PhD, Assistant Lecturer, Tomsk State University of Architecture and Building.

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk.

shehovcov2010@yandex.ruСкрипниковаН. К.SkripnikovaN. K.

Скрипникова Нелли Карповна - доктор технических наук, профессор, кафедра прикладной механики и материаловедения.

634003, Томск, пл. Соляная, 2.

Nelli K. Skripnikova - DSc, Professor, Tomsk State University of Architecture and Building.

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk.

nks2003@mail.ruУлмасовА. Б.UlmasovA. B.

Улмасов Ахрорбек Боходиржон – магистрант.

634003, Томск, пл. Соляная, 2.

Akhrorbek B. Ulmasov - Graduate Student, Tomsk State University of Architecture and Building.

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk.

akhrorbek001@mail.ruТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian Federation202220062022243138146Copyright © Шеховцов В.В., Скрипникова Н.К., Улмасов А.Б., 20222022Шеховцов В.В., Скрипникова Н.К., Улмасов А.Б.Shekhovtsov V.V., Skripnikova N.K., Ulmasov A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1225

Поиск новых методов синтеза керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели MgAl2O3  на сегодняшний день является актуальной задачей для огнеупорной, металлургической и оптической промышленности.

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по получению алюмомагнезиальной шпинели MgAl2O3  в среде термической плазмы. Синтез образцов производился из природных материалов (магнезит MgCO3  и бёмит γ-AlO(OH)) в стехиометрическом соотношении Al2O3/MgO = 2,53.

Установлено, что оптимальным режимом синтеза керамического образца является: сила тока 100 А, напряжение 90 В, расход плазмообразующего газа 1 г/с, время плавления 30 с. При таких параметрах формируется полусферическая капля расплава, что говорит о полном плавлении исходных компонентов. Плотность закристаллизованного образца соответствует 3,5 г/см3. Синтезированная керамическая матрица характеризуется   высокой   концентрацией   стехиометрической   фазы   MgAl2O4.   При   этом   для 2θ = 29,4° и 30,8° присутствует расщепление рефлекса, которое относится к нестехиометрической шпинели (Mg, Al) Al2O4 переменного состава. Морфология керамической матрицы представлена призматическими зернами 30‒60 мкм, соединенными волокнами диаметром 1‒3 мкм.

A search for new methods for the synthesis of magnesium-aluminum ceramics is currently an urgent task for the refractory, metallurgical, and optical industries. The paper presents the experimental results of the magnesium-aluminum spinel MgAl2O3  synthesis in the thermal plasma. The samples are synthesized from natural materials such as magnesite MgCO3 and boehmite γ-AlO(OH) in the stoichiometric ratio Al2O3/MgO = 2.53. It is shown that the optimum conditions for the ceramic sample synthesis include 100 A current strength, 90 V voltage, 1 g/s gas rate, 30 s melting time. In these conditions, the formation of a hemispherical melt drop is observed, which confirms a complete melting of the initial components. The density of the crystallized sample is 3.5 g/cm3. The synthesized ceramic matrix is characterized by a high concentration of the stoichiometric phase MgAl2O4. At the same time, for 2θ = 29.4° and 30.8°, the reflection splits, thereby indicating to the nonstoichiometric spinel (Mg, Al)Al2O4  of variable composition. The ceramic matrix morphology represents prismatic grains 30–60 µm in size connected by fibers with a diameter of 1–3 µm.

керамикаалюмомагнезиальная шпинельтермическая плазмафизико-химические исследованияceramicsmagnesium-aluminum spinelthermal plasmaphysicochemical researchРабота выполнена при поддержке гранта Президента РФ МК-66.2022.4.ReferencesАлтыбаева Д.Т., Апышова А.Р., Шайимкулова М.А. Актуальные проблемы получения экологически чистых шпинелей // Вестник Ошского государственного университета. 2019. № 1. С. 222-224.Altybaeva D.T., Apyshova A.R., Shaimkulova M.A. Aktual'nye problemy polucheniya ekologicheski chistykh shpinelei [Actual problems of obtaining environmentally friendly spinel]. Vestnik Oshskogo gosudarstvennogo universiteta. 2019. No. 1. Pp. 222-224. (rus)Подболотов К.Б., Дятлова Е.М. Синтез керамических шпинельсодержащих композиционных материалов в режиме горения смесей магнезита и алюминия // Огнеупоры и техническая керамика. 2008. № 7. С.16-21.Podbolotov K.B., Dyatlova E.M. Sintez keramicheskikh shpinel'soderzhashchikh kompozitsionnykh materialov v rezhime goreniya smesei magnezita i alyuminiya [Synthesis of ceramic spinel-containing composite materials in the combustion mode of magnesite and aluminum mixture]. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. 2008. No. 7. Pp. 16-21. (rus)Ульянова А.В., Сенина М.О., Лемешев Д.О. Влияние способа введения добавки оксида галлия на получение плотной керамики на основе алюмомагниевой шпинели // Успехи в химии и химической технологии. 2020. № 5 (228). С. 94-96.Ulyanova A.V., Senina M.O., Lemeshev D.O. Vliyanie sposoba vvedeniya dobavki oksida galliya na poluchenie plotnoi keramiki na osnove alyumomagnievoi shpineli [Influence of the method of introducing gallium oxide additives on the production of dense ceramics based on aluminum-magnesium spinel]. Uspekhi v khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2020. No. 5 (228). Pp. 94-96. (rus)Hossain S.S., Roy P.K. Preparation of multi-layered (dense-porous) lightweight magnesium-aluminum spinel refractory // Ceram. Int. 2021. № 47 (9). P. 13216–13220. URL: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.01.076Hossain S.S., Roy P.K. Preparation of multi-layered (dense-porous) lightweight magnesium-aluminum spinel refractory. Ceramics International. 2021. V. 47. No. 9. Pp. 13216–13220. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.01.076Ko Y.-C. Influence of the characteristics of spinels on the slagresistance of Al2O3·MgO and Al2O3-Spinel castables // Journal of the American Ceramic Society. 2004. V. 83. № 9. P. 2333-2335.Ko Y.-C. Influence of the characteristics of spinels on the slag resistance of Al2O3·MgO and Al2O3-spinel castables. Journal of the American Ceramic Society. 2000. V. 83. No. 9.Левицкий В.И., Петрова З.И. Некоторые закономерности формирования проявлений благородной шпинели в Прибайкалье // Минералогия и генезис цветных камней Восточной Сибири. Новосибирск : Наука, 1983. С. 5-13.Levitsky V.I., Petrova Z.I. Nekotorye zakonomernosti formirovaniya proyavlenii blagorodnoi shpineli v Pribaikal'e [Some regularities in the formation of manifestations of noble spinel in the Baikal region]. Mineralogiya i genezis tsvetnykh kamnei Vostochnoi Sibiri. Novosibirsk: Nauka, 1983. Pp. 5-13. (rus)Морозова Л.В., Белоусова О.Л., Панова Т.И., Шорников Р.С., Шилова О.А. Золь-гель синтез нанокристаллической алюмомагниевой шпинели и получение на ее основе плотной, пористой и прозрачной керамики // Физика и химия стекла. 2012. № 6. С. 768-776.Morozova L.V., Belousova O.L., Panova T.I., Shornikov R.S., Shilova O.A. Zol'-gel' sintez nanokristallicheskoi alyumomagnievoi shpineli i poluchenie na ee osnove plotnoi, poristoi i prozrachnoi keramiki [Sol-gel synthesis of nanocrystalline aluminum-magnesium spinel and production of dense, porous and transparent ceramics]. Fizika i khimiya stekla. 2012. No. 6. Pp. 768-776. (rus)Радишевская Н.И., Назарова А.Ю., Львов О.В., Касацкий Н.Г., Саламатов В.Г., Сайков И.В., Ковалев Д.Ю. Синтез шпинели MgAl2O4 методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Неорганические материалы. 2020. № 2. С. 151-159.Radishevskaya N.I., Nazarova A.Yu., Lvov O.V., Kasatsky N.G., Salamatov V.G., Saikov I.V., Kovalev D.Yu. Sintez shpineli MgAl2O4 metodom samorasprostranyayushchegosya vysokotemperaturnogo sinteza [Synthesis of spinel MgAl2O4 using self-propagating high-temperature synthesis]. Neorganicheskie materialy. 2020. No. 2. Pp. 151-159. (rus)Vlasov V., Skripnikova N., Volokitin O., Shekhovtsov V., Volokitin G. Plasma technologies in construction industry // Key Engineering Materials. 2018. V. 781 KEM. P. 143-148.Vlasov V., Skripnikova N., Volokitin O., Shekhovtsov V., Volokitin G. Plasma technologies in construction industry. Key Engineering Materials. 2018. V. 781. Pp. 143-148.Волокитин О.Г., Шеховцов В.В. Перспективы использования низкотемпературной плазмы в строительстве и архитектуре // Физика и химия стекла. 2018. Т. 44. № 3. С. 324-327.Volokitin O.G., Shekhovtsov V.V. Perspektivy ispol'zovaniya nizkotemperaturnoy plazmy v stroitel'stve i arkhitekture [Prospects of low-temperature plasma in construction and architecture]. Fizika i khimiya stekla. 2018. V. 44. No. 3. Pp. 324-327. (rus)Волокитин О.Г., Шеховцов В.В. Процессы получения силикатных расплавов и материалов на их основе в низкотемпературной плазме // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. Т. 60. № 1. С. 144-148.Volokitin O. G., Shekhovtsov V. V. Protsessy polucheniya silikatnykh rasplavov i materialov na ikh osnove v nizkotemperaturnoi plazme [Silicate melt and material production in low-temperature plasma]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2017. V. 60. No. 1. Pp. 144-148. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.