Синтез алюмомагнезиальной керамики MgAl₂O₃ в среде термической плазмы

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.

1. Алтыбаева Д.Т., Апышова А.Р., Шайимкулова М.А. Актуальные проблемы получения экологически чистых шпинелей // Вестник Ошского государственного университета. 2019. № 1. С. 222-224.

2. 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.

3. 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.

4. 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.2021.01.076

5. Ko 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.