Влияние предкристаллизационного фазового разделения алюмосиликатных стекол на свойства прозрачной стеклокерамики

4. Касиков А. Г. Применение и перспективы использования экстракционных процессов в отечественной технологии медно-никелевого сырья // Хим. технология. 2002. № 4. С. 29-36.

5. Касиков А. Г., Кшуманева Е. С. Гидрохлоридная переработка остатков синтеза карбонилирования никеля с применением жидкостной экстракции // Материалы I научно-практической конференции «Новые подходы в химической технологии и практика применения процессов экстракции и сорбции». СПб. 2009 С. 90-92.

6. Способ переработки бедных медно-никелевых руд Печенгского месторождения / А. И. Косяков и др. // Цветные металлы. 1996. № 3. С. 17-19.

7. Дьякова Л. В., Касиков А. Г., Громов П. Б. Экстракционная переработка многокомпонентных сульфатных растворов с помощью органических смесей на основе ди-2-этилгексилфосфорной кислоты // Новые процессы в металлургии цветных, редких и благородных металлов: сб. тр. Апатиты, 2001. C. 21-27.

8. Пат. 2348714 Рос. Федерация, МПК С 22 В 15/00, 7/02, 3/04 (2006.01). Способ извлечения меди из сульфатсодержащей пыли медного производства / Касиков А. Г., Арешина Н. С., Багрова Е. Г.; Ин-т химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кол. науч. центра РАН. № 2007121965/02; заявл. 13.06.2007; опубл. 10.03.2009, Бюл. № 7.

9. Копкова Е. К., Громов П. Б., Щелокова Е. А. Гидрохлоридная экстракционная технология переработки медно-никелевого конвертерного шлака // Цветная металлургия. 2009. № 2. C. 37-43.

10. Копкова Е. К., Громов П. Б., Щелокова Е. А. Гидрометаллургическая сернокислотная переработка конвертерного шлака с применением метода жидкостной экстракции // Химическая технология. 2009. № 7. С. 407-413.

11. Копкова Е. К., Громов П. Б., Щелокова Е. А. Сольвометаллургическая переработка медно -никелевого конвертерного шлака // Химическая технология. 2010. № 5. С. 272-281.

12. Регенерация серной кислоты из маточников медеплавильного цеха комбината «Североникель» / Л. И. Склокин и др. // Цветные металлы. 1996. № 8. С. 17-19.

13. Склокин Л. И., Тюремнов А. В., Калинников В. Т. Регенерация серной кислоты из производственных растворов // Хим. технология. 2002. № 8. С. 25-31.

14. Regeneration of sulfuric acid from electrolyte waste of the copper-smelting plant using solvent extraction P. B. Gromov et al. // Hydrometallurgy. 2018. Vol. 175. P. 187-192.

15. Пат. 2630988 Рос. Федерация МПК С 01 В 17/90, С 22 В 15/00, 23/00, 3/26 (2006.1). Способ переработки сернокислого раствора, содержащего примесные элементы / Касиков А. Г., Петрова А. М., Багрова Е. Г.; Ин-т химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кол. науч. центра РАН. № 2016150231; заявл. 20.12.2016; опубл. 15.09.2017, Бюл. № 26.

16. Комплексная переработка промывной серной кислоты медно-никелевого производства экстракционным способом / А. Г. Касиков и др. // Хим. технология. 2004. № 6. С. 25-31.

17. Разработка экстракторов повышенной производительности и внедрение их в кобальтовом производстве комбината «Североникель» / А. Г. Касиков и др. // Сб. тезисов докладов XIII Российской конф. по экстракции. М., 2004. Т. 2. С. 148-149.

18. Касиков А. Г., Дьякова Л. В., Хомченко О. А. Освоение экстракционной технологии нового кобальтового производства в АО «Кольская ГМК» // Цветные металлы. 2018. № 1. С. 14-19.

Сведения об авторе Касиков Александр Георгиевич

кандидат химических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева

ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия

kasikov@chemy.kolasc.net.ru

Kasikov Alexandr Georgievich

PhD (Chemistry), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Kasikov@chemy.kolasc.net.ru

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.48-53 УДК 666.112.6

ВЛИЯНИЕ ПРЕДКРИСТАЛЛИЗАЦИОННОГО ФАЗОВОГО РАЗДЕЛЕНИЯ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ НА СВОЙСТВА ПРОЗРАЧНОЙ СТЕКЛОКЕРАМИКИ

Н. Б. Князян

Институт общей и неорганической химии им. М. Г. Манвеляна НАН РА, г. Ереван, Армения Аннотация

Исследованы диаграммы плавкости псевдобинарных систем 2MgO-2AhO3-5SiO2 —

2(MgOAhO3)5B2O3 и CaOMgO2SiO2 — 3AhO3-2SiO2 с метастабильной областью расслаивания.

Исследованы процессы кристаллизации стекол для получения прозрачных кордиеритовых и

мелилитовых ситаллов. Выявлено, что процесс кристаллизации кордиеритовых стекол, содержащих B2O3, проходит ступенчато и последовательность выделения фаз и фазовых переходов для всех стекол одинакова. Сложный процесс фазовых переходов характеризуется образованием стабильных и метастабильных фаз, отличающихся разными значениями ТКЛР и микротвердости. Сложность получения прозрачных ситаллов с предкристаллизационной термообработкой магниевоалюмосиликатных стекол связывается с флуктуационным механизмом зарождения зародышей. Процесс ситаллизации стекол системы MgOCaO2SiO2 — AhO3 — SiO2, содержащих в качестве катализатора кристаллизации P2O5, CaF2, отличается выделением соединений Ca2Al(AlSiO7) и Ca2Mg(Si2O7) со сдвоенными тетраэдрами, образующих непрерывный ряд твердых растворов, возрастанием коэффициента термического расширения и микротвердости ситаллов. Показано, что изменением содержания KPO3 в стекле возможно менять оптическую плотность, значения ТКЛР и Hv ситаллов без изменения состава основных кристаллических фаз. Выявлено, что прозрачные ситаллы с высокими техническими параметрами следует синтезировать на основе стекол с метастабильной ликвацией. Ключевые слова:

стекло, температура ликвидуса, метастабильная ликвация, кристаллизация, ситалл, кордиерит, мелилит.

EFFECT OF THE PRECRYSTALLIZATION PHASE SEPARATION OF ALUMINOSILICATE GLASSES ON THE PROPERTIES OF TRANSPARENT GLASS CERAMICS

N. B. Knyazyan

M. G. Manvelyan Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS RA, Yerevan, Armenia Abstract

The fusibility diagrams of the pseudobinary systems 2MgO-2AhO3-5SiO2 — 2(MgOAhO3)5B2O3 and CaOMgO2SiO2 — 3AhO3-2SiO2 with a metastable delamination of bundling рфму иуут studied. The processes of crystallization of the glasses for the production of transparent cordierite and mellitic glass ceramics have been studied. It was found that the process of crystallization of cordierite glasses containing B2O3 passes stepwise, and the sequence of phase separation and phase transitions for all glasses is the same. The complex process of phase transitions is characterized by the formation of stable and metastable phases, differing by different values of TCLE and micro hardness. The complexity of obtaining transparent glass ceramics with pre-crystallization heat treatment of magnesium-aluminum-silicate glasses is associated with the fluctuation mechanism of nucleation of origins. The process of glass saturation of MgOCaO2SiO2 — AhO3-SiO2 systems containing P2O5, CaF2 as a catalyst for crystallization is characterized by the separation of Ca2Al(AlSiO7) and Ca2Mg (Si2O7) compounds with twin tetrahedrals forming a continuous series of solid solutions, an increase in the coefficient of thermal expansion and micro hardness of the glass ceramics. It was shown that by changing the KPO3 content in the glass it is possible to change the optical density, values of TCLE and Hv of the glass ceramics without changing the composition of the main crystalline phases. It has been revealed that transparent glass ceramics with high technical parameters should be synthesized on the basis of glasses with metastable segregation. Keywords:

glass, liquidus temperature, metastable phase separation , crystallization, glass-ceramics, cordierite, melilite.

Создание приборов нового поколения, устойчивых материалов для конструкционной оптики и медицины способствовало широкому применению прозрачных стеклокерамических материалов, отличающихся высокой дисперсностью наноразмерных кристаллов, малым рассеянием света и высокой термической и химической стойкостью [1].

Преимущественная часть технических ситаллов синтезируется на основе стекол алюмосиликатных систем Ме20(Ме0) — AI2O3 — Si02, в состав которых можно ввести другие компоненты для модификации состава и управления фазовых превращений, получения ситалла с необходимой структурой и свойствами. Для получения однородной мелкокристаллической структуры ситалла необходимо в стекле создать высокую концентрацию по объему равномерно распределенных кристаллических зародышей — (1012-1015) / см3. Очевидно, что предкристаллизационное метастабильное фазовое разделение переохлажденного расплава (стекла) с образованием границ раздела фаз инициирует образование зародышей. Метастабильная ликвация стекла является особым состоянием неравновесной системы с разделенными стеклообразными фазами (капельная и матричная), их составы близки кристаллическим фазам или эвтектике, в полях кристаллизации которых происходит ликвация. Равномерность распределения зародышей, их количество и размеры в стекле зависят от скорости охлаждения расплава и скорости диффузии ионов. При низких температурах высокая вязкость расплава

и недостаточно интенсивное перемещение ионов приводят к уменьшению размеров ликвационных областей и увеличению их количества [2].

Исследованы последовательность и характер кристаллизации стекол систем (MgO• Al2Oз) — B2Oз — SiO2 и MgO• CaO•2SiO2 — Al2Oз — SiO2, составы которых находились в области метастабильной ликвации по разрезам 2М§0 ^203^02 — 2(М§аДШз)5В20з и М§аСаО^Ю2 — 3ЛШз^Ю2 и их влияние на свойства синтезированных ситаллов.

Синтез стекол производился в платиновом тигле в электрической печи в атмосфере воздуха при температурах на ~ 200-250 0С выше температуры ликвидуса систем в течение 60 мин из химически чистых реактивов MgCOз, CaCOз, Al(OH)з, HзBOз и SiO2. В качестве плавней в состав стекол вводили MgF2, Сар2 и KPOз ~ 5,0 % сверх 100 %. Расплав выливался на холодную стальную плиту. Область метастабильной ликвации определялась по значению температур образования опалесценции. При вязкости стекол порядка 107 Пас появлением опалесценции и разделение фаз происходят при ~ 30-минутной выдержке.

Исследованные псевдотройные системы отличаются тем, что в бинарных системах CaO — SiO2 и MgO — SiO2 существуют широкие температурные области двух жидких фаз (выше ~ 1700 °С), которые переходят в метастабильную область при переохлаждении жидкости. Несмотря на широкие области метастабильной ликвации в указанных бинарных системах, псевдотройные исследованные системы отличаются относительно широкой областью стеклообразования при скоростях охлаждения расплава до ~ 10 Кс-1 (прозрачные стекла образуются при содержании до 55 мол. % MgO•Al2Oз и 40 мол. % 3ЛЬОз^Ю2).

На рисунке 1 представлены зависимости температуры ликвидуса (Т) псевдотройных систем (МёО^ДЬОз) — B2Oз — SiO2 и MgO•CaO•2SiO2 — Al2Oз — SiO2 и температуры метастабильной ликвации (Тшк) стекол от состава с постоянным содержанием MgO•Al2Oз 28,6 мол. % и по разрезу CaO•MgO•2SiO2 — 3ДЬОз^Ю2.

10 15 20

2(]УДО'А1,03)5В,0„ мол.%

а

б

Рис. 1. Диаграммы плавкости псевдобинарных систем: а — 2М§0 ^203^02 — 2(MgOAl2Oз)5B2Oз; б — СаО^О^Ю2 — 3ДЮз^Ю2 с метастабильной областью расслаивания

Прежде всего, следует обратить внимание на то, что на линии температуры ликвидуса в обеих системах отсутствует выраженная выпуклость, характерная для ликвирующих систем с несмешивающимися расплавами, но проявляются метастабильные области расслаивания в подсолидусных областях систем, свидетельством которых является ^-форма кривых ликвидуса. Метастабильное вязкотекучее состояние сохраняется до низких температур, и, как видно из рис. 1, а и б, области сосуществования двух аморфных фаз расширяются от области, богатой тугоплавким компонентом системы, в область эвтектического состава. Формы бинодальных кривых ликвации систем практически идентичны до низких температур, а повышенные значения вязкости расплавов способствуют расширению границ прозрачных щелочноземельных стекол до 40 мол. % Л1203 и В2Оз. Асимметричность купола ликвации в системе 2MgO•2Al2O3•5SiO2 — 2(MgO•Al2O3)5B2O3, по-видимому, свидетельствует о неодинаковой температурной зависимости взаимной растворимости сосуществующих фаз, хотя купол метастабильной ликвации системы SiO2 — В203 характеризуется высокой симметричностью, указывающей на отсутствие вторичного расслаивания основных стеклообразующих оксидов [3 ].

Изучение микроструктуры закаленных стекол (д < 10 К/с) в областях метастабильной ликвации систем и химический анализ различных участков образцов с помощью электронного микроспектрального анализа показали, что каплеобразная фаза с размерами капель 30-40 нм равномерно распределена в матричной фазе стекла, а концентрации элементов в различных точках двухфазного стекла значительно отличаютсяв (ат. %): Si — 2,62, В — 1,81, М — 1,24.

Соединение 2MgO2Al2O35SiO2 (кордиерит) расположено в области стеклообразования бинарной системы MgO•Al2O3 — SiO2, плавящееся инконгруэнтно с образованием муллита и расплава, что осложняет получение стекла стехиометрического состава 2MgO2Al2O35SiO2 ввиду протекания перитектической реакции и с вероятностью образования муллита. В структуре кордиерита три атома алюминия находятся в октаэдрической

координации, а четвертый замещает один атом кремния в кольцевой структуре, образуя AlSi3O8-гpуппы. Исследование свойств бороалюминатных и бороалюмосиликатных стекол, содержащих щелочноземельный катион, показывает, что, помимо алюминатных комплексов [AЮ4/2]2"Mg2+, в структуре стекол могут образоваться боратные [BO4/2]2-Mg2+-гpуппы, где связь между Ме2+ и бором имеет высокую прочность и вместе с алюминатными группами может образовать единый алюмоборосиликатный пространственный каркас.

Для получения стеклокристаллических материалов с определенными свойствами исходные стекла были подвергнуты тепловой обработке при температуре стеклования, определенной методом дифференциально -термического анализа (ДТА), в интервале температур 750-600 0С в течение 60 мин. Выявлено, что процесс кристаллизации кордиеритовых стекол, содержащих B2O3, проходит ступенчато и последовательность выделения фаз и фазовых переходов для всех стекол одинакова [4, 5]. Для стекол, содержащих 2MgO2Al2Oз5B2Oз до 10,5 мол. %, первичной кристаллической фазой является д-кордиерит (MgOAl2O33SiO2) со структурой высокотемпературного кварца, и с повышением температуры концентрация SiO2 в твердом растворе увеличивается. Увеличение содержания алюмомагниевой составляющей в остаточной стеклофазе инициирует выделение шпинели MgOAl2O4 и сапфирина 4MgO5Al2Oз2SiO2. До 1100 0С соотношение количества образующихся фаз практически сохраняется, а выше 1100 0С интенсивность выделения а-кордиерита резко увеличивается, и в продуктах кристаллизации стекла при 1200 ^ количество метастабильной фазы д-кордиерита и а-кордиерита соизмеримо. Следует отметить, что предкристаллизационная термообработка при 650-700 0С существенно уменьшает количество выделившегося твердого раствора при кристаллизации по сравнению с нетермообработанными стеклами. При ситаллизации стекол, расположенных в указанной области системы, монотонное изменение зависимостей свойств от состава связано со встраиванием бора в алюмокислородную сетку в виде комплексов [BO4/2]2-Mg2+ (в ограниченных пределах ввиду высокой силы поля Mg2+) [6]. При предкристаллизационной термообработке этих стекол трудности получения прозрачных ситаллов связываются с флуктуационным механизмом зарождения зародышей, отличающихся размерами и разной скоростью роста кристаллов. В продуктах кристаллизации стекол, содержащих до 20 мол. % B2O3 и расположенных в области метастабильной ликвации системы, появляется новая X-фаза, интенсивное выделение которой происходит выше 900 0С. Учитывая положение состава стекла на диаграмме плавкости изученной системы, можно предположить образование нового твердого раствора, содержащего боратные комплексы при изоморфном замещении 2Si4+ ^2Б3+ + Mg2+. Согласно [7], такой гетеровалентный изоморфизм в структуре д-кордиерита может вызвать сжатие решетки параллельно с-оси, расширение ее в перпендикулярном направлении и увеличение температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) кристалла. Дополнительное введение в стеклообразующую систему MgF2 способствует снижению температуры ликвидуса системы, а изменению структурного положения четырехкоординированного бора и образованию концевых связей в структуре стекла способствуют координационные переходы бора.

Рентгенофазовым анализом (РФА) продуктов кристаллизации стекол системы MgO•CaO•2SiO2 — Al2Oз — SiO2 выявлено, что в основном выделяется силикат из группы мелилига: геленит Ca2Al(AlSiO7) и акерманит Ca2Mg(Si2O7) со сдвоенными тетраэдрами, образующие непрерывный ряд твердых растворов, в структуре которых щелочные металлы могут замещать щелочноземельные, а алюминий — кремний. Начальная стадия процесса кристаллизации стекла проявляется в области 905-925 ^ слабым экзотермическим эффектом на кривой ДТА, что, по данным РФА, связано с выделением волластонита p-CaSЮ3. Интенсивный экзоэффект и максимальная кристаллизация стекла при 1005 ^ соответствуют выделению твердых растворов вышеуказанных тройных силикатов. Температурный интервал между первичной и основной кристаллическими фазами составляет ~ 95-100 что говорит в пользу двухступенчатой термообработки стекол для получения высококачественного ситалла. Спонтанной кристаллизации стекол противодействует введение Al2O3 до 8,0 12,0 мол. %, что снижает также температуру ликвидуса системы, а увеличение соотношения (MgO + CaO) / Al2O3 > 1 смещает максимальную скорость кристаллизации стекол в высокотемпературную область и способствует длительному времени нахождения стекла в опасной температурной зоне кристаллизации. Предкристаллизационная термообработка увеличивает число центров кристаллизации в стекле, значительно снижает температуру выделения основной кристаллической фазы — твердый раствор мелилита — и способствует получению тонкодисперсной структуры ситалла [8]. Длительная низкотемпературная обработка (изначально выделяется P-CaSiOз) инициирует образование форстерита, ухудшающего качество ситалла ввиду образования микротрещин. При анализе влияния состава стекла и кристаллической фазы на свойства ситалла в большинстве случаев считается, что значения свойств аддитивны и зависят от свойств фаз, составляющих ситалл. Что касается твердости, то считается, что в области низких температур стекла и ситаллы являются хрупкими материалами, для которых отсутствует пластическая деформация в зоне разрушения.

На рисунке 2 представлены зависимости ТКЛР и микротвердости (Иу) стекол и ситаллов, полученных при двухступенчатой термической обработке исходных стекол. Как видно из приведенных зависимостей (рис. 2, а), совместное введение 3Al2O3•2SiO2 и KPO3 и увеличение их концентрации приводят к уменьшению микротвердости как стекол, так и ситаллов. В целом и стекла, и ситаллы на их основе отличаются относительно высокими значениями микротвердости (Иу = 600-675 кг/мм2), что характерно для материалов алюмосиликатных систем, содержащих щелочноземельные катионы и отличающихся более высокой степенью связности трехмерного каркаса. Недостатком многих ситаллов на основе алюмосиликатных систем для стоматологии

являются повышенные значения их микротвердости, приводящие к преждевременному изнашиванию зуба-антагониста. Введение KPO3 дало возможность не только регулировать процесс направленной кристаллизации, но и снизить значения микротвердости разработанных ситаллов на 50 кгс/мм2 и более.

« ю\ с Ну, кг/мм5

Рис. 2 . Зависимости ТКЛР (а) и микротвердости (б) стекол и ситаллов от состава.

Предварительная термообработка 600-750 0С 1 ч, вторая термообработка при 1000-1200 ^ 3 ч

Термическое расширение стеклокристаллических материалов рассматривается как аддитивная величина, значение которой складывается из термического расширения составляющих фаз: кристаллических, образующихся при кристаллизации исходного стекла, и остаточной стеклофазы. Изучение ТКЛР одностадийно закристаллизованных стекол в течение 3 ч при максимумах экзотермических эффектов на кривых ДТА показало, что по мере увеличения содержания KPO3 ТКЛР стекол и закристаллизованных стекол увеличиваются практически линейно (рис. 2, а). Близость разницы величин ТКЛР (Да) и ДНу стекол и закристаллизованных стекол эквимолекулярных составов до 4,0 мол. % KPO3, по-видимому, обусловлена идентичностью структурных единиц кристаллической и стеклообразной (связующей) фаз, что обеспечивает их хорошее сцепление и повышенные значения микротвердости. Высокие значения микротвердости ситаллов при содержании в исходном стекле KPO3 > 4,0 мол. % связываются с увеличением эффективности катализатора кристаллизации и количества кристаллической фазы при тех же условиях термообработки стекла. Отличительной особенностью ситаллизации стекла состава 2MgO2Al2O35 SiO2 является выделение метастабильной фазы — структуры высокотемпературного кварца (д-кордиерит) из стехиометрического состава, что является причиной усложнения технологии кордиеритовых ситаллов. Для изменения состава кристаллических фаз и температурного интервала их устойчивости в системе SiO2 частично замещен на B2O3. Как видно из кривых рис. 2, а, введение B2O3 взамен SiO2 приводит к увеличению ТКЛР стекол, и совместное присутствие Al2O3 и B2O3 в стеклах вызывает на кривых эффект алюмоборной аномалии. Значения ТКЛР ситаллов с повышением содержания в их составе B2O3 увеличиваются, но по отношению к ТКЛР исходных стекол они значительно низки. Исходный ситалл состава кордиерита 2MgO2AЪOз5SЮ2 (без стекловидной фазы) имеет низкий коэффициент расширения ~ 9,5•10"71/0C [9]. Ситаллы, содержащие B2O3, имеют сравнительно высокие значения ТКЛР, что связано с высоким содержанием шпинели и сапфирина в стеклокристаллическом материале как основных фаз.

Заключение

На основе анализа процесса кристаллизации стекол кордиеритового состава, содержащего B2Oз, можно констатировать сложный процесс фазовых переходов с образованием стабильных и метастабильных фаз, отличающихся разными значениями ТКЛР. Результаты исследования дают возможность синтезировать ситаллы с определенными теплофизическими параметрами путем прекращения дальнейшей кристаллизации стекла на стадии образования определенного количества и соотношения необходимых кристаллических фаз. Исследование процесса ситаллизации стекол системы MgO•CaO•2SiO2 — Al2Oз — SiO2, содержащих в качестве катализатора кристаллизации P2O5, CaF2, а также Al2Oз показало, что выделение основных кристаллических фаз Ca2Al(AlSiO7) и Ca2Mg(Si2O7) со сдвоенными тетраэдрами, образующих непрерывный ряд твердых растворов, способствует возрастанию коэффициента термического расширения и микротвердости ситаллов. Показано, что изменением содержания KPO3 в стекле возможно менять оптическую плотность, значения ТКЛР и Ну ситаллов без изменения состава основных кристаллических фаз. Выявлено, что прозрачные ситаллы с высокими техническими параметрами следует синтезировать на основе стекол с метастабильной ликвацией.

Литература

1. Саркисов П. Дж. Последние достижения в области стеклокристаллических материалов // Труды Межд. конф.

"Наука и технология силикатных материалов". М.: ЦПО, 2003. Т.1. С. 54-71.

2. Кинетические закономерности зарождения кристаллов в объеме и на поверхности силикатных стекол /

В. Н. Филипович и др. // Неорганические материалы, 1999. Т. 35№ 8. С. 990-995.

3. Kim S. S., Sanders T. H. // Jr. Ceram. Int. 2000. 26 (7). P. 769-778.

4. Исследование процесса кристаллизации стекол системы MgO — AI2O3 — B2O3 — SiO2 для синтеза кордиеритовых ситаллов / Л. Е. Меликсетян и др. // Труды Кольского научного центра. 2015. № 5 (31). С. 112-116.

5. Меликсетян Л. Е., Кумкумаджян Е. В. , Князян Н. Б. Синтез кордиеритовых ситаллов на основе стекол системы MgO — AL2O3 — B2O3 — SIO2 // Вестник НПУА. «Химические и природоохранные технологии». 2016. № 2. С. 20-27.

6. Князян Н. Б. Неорганические оксифторидные стекла // Хим. ж. Армении. 2017. Т. 70, № 3-4. С. 40-67.

7. Mora N. D., Ziemath E. C., Zanotto E. D. Heterogeneous crystallization in cordierite // XVI Intern. Congress in Glass. Madrid. 1992. Vol. 5. P. 117-119.

8. Оганесян М. Р., Оганесян Р. М., Князян Н. Б. Разработка стоматологического ситалла на основе фосфорсодержащей алюмосиликатной системы // Вестник НПУА. «Химические и природоохранные технологии». 2017. № 2. С. 14-21.

9. Preparation and properties of transparent cordierite-based glass-ceramics with high crystallinity / Xiaojun Hao et al. // Ceramics International. 2015. Vol. 41, Issue 10, Part B. P. 14130-14136.

Сведения об авторе Князян Николай Бабкенович

доктор технических наук, профессор, Институт общей и неорганической химии НАН РА, г.Ереван, Армения knigo51@mail.ru, ionx@sci.am

Knyazyan Nikolay Babkenovich

Dr. Sc. (Engineering), Professor, Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of the Republic of Armenia, Yerevan, Armenia knigo51@mail.ru, ionx@sci.am.

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.53-58 УДК 661.66

ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РАЗРЯДА

В. Г. Кузнецов, Т. А. Курбанов, А. В. Прокофьев

Институт проблем машиноведения РАН, г. Санкт-Петербург, Россия Аннотация

Рассматривается возможность получения углеродных наноматериалов методом разложения углеводородов низкотемпературной плазмой вакуумно-дугового разряда. В качестве низкотемпературной плазмы используется разряд в вакууме, горящий в парах графитового катода. Показана возможность получения как композитных углеродных порошков, так и функциональных покрытий специального назначения. Исследованы свойства полученных углеродных материалов. Ключевые слова:

плазмохимия, углерод, композиты, покрытия, пироуглерод, сорбенты, вакуумная дуга, катодное пятно.

PLASMA-CHEMICAL SYNTHESIS OF FUNCTIONAL CARBON-COMPOSITE MATERIALS ON THE BASIS OF VACUUM-ARC DISCHARGE

V. G. Kuznetsov, T. A. Kurbanov, A. V. Prokofyev

Institute of Problems in Mechanical Engineering of the RAS, Saint Petersburg, Russia Abstract

We consider the possibility of obtaining carbon nanomaterials by decomposition of hydrocarbons in low-temperature plasma of vacuum arc discharge. As a low-temperature plasma discharge in vacuum is used, burning from graphite cathode. The possibility of obtaining carbon composite powders and functional coatings of special purpose, was shown. The properties of the obtained carbon materials were investigated. Keywords:

plasma-chemistry, carbon, composites, coatings, pyrolytic carbon, sorbents, vacuum arc, cathode spots.