Формирование мембранного слоя с карбидом кремния на алюмосиликатной подложке

Представлены результаты исследования особенностей формирования на крупнопористой подложке SiC-содержащего слоя из предварительно обработанных в бисерной мельнице продуктов размола фарфорового боя с антрацитом (10 мас.%). Показано, что легирование алюмосиликатного порошка углеродом приводит к образованию в спеченном материале карбида кремния кубической и гексогональной модификации (муассанит). Основным источником кремния для образования SiC при спекании легированного порошка Al₂O₃−SiO₂ является кварц. Процесс образования SiC при температурах 850−950 °С становится возможным благодаря формированию структурных дефектов на поверхности и в объеме механоактивированных частиц фарфора; частичному переходу в более активное, аморфное состояние хрупкого SiO₂ (всегда присутствующего в виде зерен в структуре размалываемых алюмосиликатных частиц) при легировании углеродом. Процесс изготовления многослойных образцов-трубок включал в себя прессование и спекание крупнопористой алюмосиликатной подложки при температуре 1200−1250 °С с последовательным нанесением и термообработкой промежуточного и мембранного слоев. Установлено, что при 950 °С формирование мембранного слоя из механически активированного порошка Al₂O₃−SiO₂–С с размером частиц менее 1 мкм сопровождается образованием SiC в количестве 36 %. Определены структурные и фильтрующие характеристики полученных трехслойных трубчатых образцов с SiC-содержащим мембранным слоем: размер пор 0,4−0,5 мкм; производительность по воде 0,012 м³ /м²  ∙ с; степень задерживания частиц размером менее 0,5 мкм, в том числе микроорганизмов, − 100 %. Экспериментально показано, что при фильтрации трехслойные образцы характеризуются практически постоянным фильтроциклом.

алюмосиликатная керамика, карбид кремния, мембранный слой, крупнопористая подложка, характеристики

1. Мембранные инженерные системы. Микро- и ультрафильтрация [Электронный ресурс]. − Режим доступа: https://me-system.ru/tehnologii /ultrafiltratsiya. − Дата доступа: 25.01.2020.

2. Полимерная технология пористой SiC-керамики с использованием измельченных SiO2-волокон / Е. П. Симоненко [и др.] // Журн. неорган. химии. − 2018. −Т. 63, №5. – С. 539–549. https://doi.org/10.7868/S0044457X18050021

3. Microstructure and Mechanical Properties of Silicon Carbide Sintered with Yttrium-Aluminum Garnet and Silica / Y. Kim [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. − 1999. − Vol. 82, №2. – P. 441–449. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.1999.tb20082.x

4. Зо Е Мо У. Пористая и высокопористая керамика из оксида алюминия и карбида кремния: дис. … д-ра техн. наук : 05.17.11 / Зо Е Мо У; Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева. – М., 2019. – 253 л.

5. Кхин Маунг Сое. Композиционная керамика на основе карбида кремния с эвтектическими добавками в системах Al2O3–TiO2–MnO, Al2O3–MnO–SiO2, MgO–SiO2, Al2O3(MgO)–MgO-SiO2: дис. … канд. техн. наук : 05.17.11 / Кхин Маунг Сое; Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева. – М., 2019. – 110 л.

6. Investigation of features of phase formation in powders forming the Al2O3–SiO2, Al2O3–SiO2 systems at a sintering process [Electronic resourse] / Y.Y. Piatsiushyk [et al.] // Euro PM 2017, Congress & Exhibition, 1–5 Оctober, Milan, Italy. − Mode of access: https://www.epma.com/publications/euro-pm-proceedings/product/ep17-3685391 − Date of access: 15.05.2020.

7. Регулирование открытой пористости и прочности варьированием зернового состава керамики на основе элекроплавленого корунда с фарфоровой связкой / А.В. Беляков [и др.] // Новые огнеупоры. − 2016. − №2. − С. 34−37.

8. Белов, С.В. Пористые проницаемые материалы: справочник / С.В. Белов. – М.: Металлургия, 1987. – 335 с.

9. Королев, Ю.М. Рентгенографические критерии в установлении подобия фазового состава природных и искусственных углеродистых веществ / Ю.М. Королев, Ю.Л. Моисеев, В.Т. Попов // Накопление и преобразование органического вещества современных и ископаемых осадков: сб. науч. ст. – М.: Наука, 1990. – С. 140–145.

10. Preparation of high-porous SiC ceramics from polymeric composites based on diatomite powder / E.P. Simonenko [et al.] // J. Mater. Sci. – 2015. – Vol. 50, №2. – Р. 733–744. https://doi.org/10.1007/s10853-014-8633-1

11. Пористая алюмосиликатная керамика / С.М. Азаров [и др.]. – Минск: Ковчег, 2009. − 258 с.