Пінокераміка
Пінокера́міка (англ. ceramic foam) — спечений матеріал на мінеральній основі з піноподібною структурою. Пінокерамічні матеріали отримують змішуванням керамічної шихти з водою та стійкою піною із закріпленням структури, що утворилася, сушінням та випалюванням[1].
Отримання[ред. | ред. код]
Структура матеріалу складається з бульбашок повітря (або іншого газу), оточених тонкими оболонками, що утворюють своєрідний каркас. Пінокераміка зазвичай створюється на основі високодисперсних мінеральних порошків (наприклад, Al2O3, MgO, ZrO2) та рідких пін.
Такі піни є колоїдними системами з рідинною поверхнею розділу. Їх попередньо створюють, використовуючи смолосапоніновий, клеєканіфольний, алюмосульфонафтеновий або інший піноутворювач[1]. Дисперсійним середовищем є рідина, а дисперсною фазою газ у вигляді бульбашок, відокремлених один від одного плівками рідини. На відміну від інших дисперсних систем, у пінах середовище також стає дисперсною фазою. Розміри бульбашок і співвідношення фаз у піні можуть змінюватися у широких межах.
Піни, як дисперсні системи зі значно розвиненою міжфазною поверхнею є термодинамічно нестійкими. Для підвищення їх стійкості а, отже, зміцнення плівкового каркаса застосовуються спеціальні добавки — стабілізатори, так як чисті рідини достатньо стійких пін не утворюють. Стабілізуючий вплив на піну роблять багато органічних поверхнево-активних сполук та деякі інші речовини. Введення в піну високодисперсного мінерального порошку, що змочується рідкою фазою, призводить (при перемішуванні) до утворення трифазної піни — піномаси. При цьому тверді частинки розподіляються у плівках, і бульбашки виявляються оточеними двофазними оболонками.
При сушінні піномаси рідка фаза випаровується й утворюється двофазна «тверда» піна. Слабкий зв'язок між мінеральними частинками в утвореному ними пінно-ніздрюватому каркасі обумовлює низьку механічну міцність висушеної піномаси. Для її зміцнення застосовується звичайний випал, при якому відбувається розкладання (піроліз) органічних складових — стабілізаторів рідкої піни та спікання матеріалу зі збереженням його структури, успадкованої від вихідної піни. Тому розміри бульбашок і співвідношення між газовою і твердою фазами у пінокераміці (отже, питома вага її та інші властивості) можуть змінюватися у широких межах. Вони залежать від складу рідкої піни, хіміко-мінералогічної природи і питомої поверхні порошку, від його кількості у трифазній піномасі, а також від умов її приготування. Отже, для пінокераміки, що виготовляється з одного і того ж мінерального порошку, потрібні властивості досягаються зміною співвідношення фаз (тверда, рідка, газоподібна) у піномасі, тобто регулюванням її фазового складу.
Властивості[ред. | ред. код]
Властивості пінокераміки за інших рівних умов залежать від будови каркаса, тобто від кількості та розмірів бульбашок, від характеру розподілу їх в матеріалі, а також від співвідношення розмірів бульбашок і товщини оболонки навколо них. Чим тонша оболонка у порівнянні з розміром бульбашок, тим вищими є теплофізичні властивості пінокераміки, чим міцнішою є оболонка, тим вищими є механічні властивості.
Матеріали цього класу можуть вироблятися навіть із 94…96%-ним газовим наповненням за об'ємом та із жаротривкістю до 1700 °C[2]. Середня густина пінокераміки залежить від пористості, наприклад у пінокераміки на основі Al2O3 з пористістю 30 % вона дорівнює 1200 кг/м³, а з пористістю 85 % — 600 кг/м³[3].
Границя міцності при розтягуванні для пінокераміки на основі Al2O3 (пінокорунду ПК-1) при об'ємній масі 0,8 г/см³ становить 3,7 МПа, границя міцності на згин того ж піноматеріалу 14,8 МПа. Теплопровідність пінокераміки знижується зі збільшенням її пористості. З підвищенням температури пінооксидів теплопровідність їх зменшується, так як при нагріванні спадає теплопровідність спечених оксидів.
Використання[ред. | ред. код]
Пінокераміка має низьку теплопровідність та високу жаротривкість, завдяки чому застосовується переважно як теплоізоляційний матеріал чи матеріал теплового захисту в металургії.
Високопористі вогнетривкі матеріали застосовують у гарячих фільтрах, газорозподільниках та каталізаторах у високотемпературних технологічних процесах.
Якщо розмір окремо взятої пори менший за 100 нм, то таку кераміку називають нанопористою. Її застосовують у капілярних насосах, фільтрах, амортизаторах тощо[4].
Див. також[ред. | ред. код]
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ а б Піноматеріали [Архівовано 19 листопада 2016 у Wayback Machine.] // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
- ↑ Novel Ceramic Foam Is Safe And Effective Insulation. Science Daily[en]. 18 травня 2001. Архів оригіналу за 24 жовтня 2018. Процитовано 11 листопада 2011.
- ↑ Пенокерамика // Большая советская энциклопедия : в 30 т. / главн. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : «Советская энциклопедия», 1969—1978. (рос.)
- ↑ Мотиль Р. Я. Кераміка [Архівовано 18 серпня 2016 у Wayback Machine.] // Енциклопедія сучасної України / ред. кол.: І. М. Дзюба [та ін.] ; НАН України, НТШ. — К. : Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2001–2023. — ISBN 966-02-2074-X..
Джерела[ред. | ред. код]
- Китайцев В. А. Технология теплоизоляционных материалов. Учебник для вузов. — М.: Издательство литературы по строительству, 1970. — 384 с.
- Будников П. П., Полубояринов Д. Н. (ред.) Химическая технология керамики и огнеупоров: Учебник для студентов химико-технологических специальностей вузов. — М.: Издательство литературы по строительству, 1972. — 553 с.
- Горлов Ю. П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий: Учебник для вузов по специальности «Пр-во строит. Изделий и конструкций». — М.: Высшая школа, 1989. — 284 с. — ISBN 6-06-000155-5