Представлены результаты синтеза муллитокремнеземистой керамики с улучшенными электрофизическими характеристиками на основе природного каолинитового сырья, добытого в Оренбургской области. Основное внимание уделено исследованию влияния термической обработки и степени дисперсности исходного материала на формирование фазового состава. Для анализа использованы методы дифференциально-термического анализа, моделирования тепловых процессов при обжиге, а также рентгенофазовый анализ для идентификации фаз. Показано, что выбор оптимального температурного режима и предварительная механическая (измельчение) и химическая (щавелевая кислота) активация позволяют добиться стабилизации муллитовой фазы и снижения созревания остаточного кремнезема. Это обеспечивает низкие значения диэлектрических потерь в широком частотном диапазоне, а также повышенную термостойкость и теплоизоляционные свойства материала. Полученные образцы не только удовлетворяют, но и превышают требования ГОСТ 20419–83 по ключевым параметрам, таким как теплопроводность и диэлектрические потери, что подтверждает их перспективность для использования в электроизоляционных конструкциях и тепловых барьерах в энергетике и машиностроении.
Анна Геннадьевна Четверикова – доктор физико-математических наук, доцент, декан физического факультета, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия
Валерий Николаевич Макаров – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики и методики преподавания физики, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия
Александр Равильевич Садыков – аспирант кафедры прикладной математики, ассистент кафедры физики и методики преподавания физики, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия
Ольга Николаевна Каныгина – доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры химии, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия
Марина Михайловна Филяк – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры промышленной электроники и информационно-измерительной техники, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия
Андрей Аркадьевич Смороков – старший преподаватель отделения ядерно-топливного цикла, Томский политехнический университет, Томск, Россия
Александр Дмитриевич Трофимов – ведущий аналитик, ГК «Термо Техно», Москва, Россия
1. Zhang B., Ma J., Ye J., et. al. Ultra-low cost porous mullite ceramics with excellent dielectric properties and low thermal conductivity fabricated from kaolin for radome applications // Ceramics International. 2019. V. 45, No. 15. P. 18865 – 18870. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.06.120
2. Ковалев А. И., Вайнштейн Д. Л., Коновалов Е. П. и др. Термобарьерные и антифрикционные свойства трибокерамик на поверхности режущего инструмента с (TiAlCrSiY)N/(TiAlCr)N покрытием при высокоскоростном сухом резании // Металлург. 2024. № 7. С. 53 – 60. DOI: 10.52351/00260827_2024_7_53. URL: https://www.elibrary.ru/BNCAER
3. Максимов В. Г., Варрик Н. М. Синтез исходного порошка для получения муллитовой керамики, модифицированной диоксидом циркония // Огнеупоры и техническая керамика. 2021. № 5–6. С. 3 – 11. URL: https://www.elibrary.ru/KRVYRB
4. Щербакова Г. И., Сахаровская Г. Б. Основные достижения в синтезе керамообразующих элементо-органических олигомеров // Химическая промышленность сегодня. 2015. № 12. С. 40 – 55. URL: https://www.elibrary.ru/VKTFMR
5. Сулейманов Х., Гременок В. Ф., Станчик А. В. и др. Антиотражающее покрытие на основе муллита для кремниевых солнечных элементов // Журнал прикладной спектроскопии. 2024. Т. 91, № 6. С. 905 – 909. URL: https://www.elibrary.ru/RGIYIO
6. Понарядов А. В., Устюгов В. А., Котова Е. Л. Математический подход к изучению процесса синтеза муллита // Вестник института геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. 2022. № 11(335). С. 43 – 46. DOI: 10.19110/geov.2022.11.6. URL: https://www.elibrary.ru/HJYHBX
7. Котова О. Б., Устюгов В. А., Сан Ш. и др. Получение муллита: фазовые трансформации каолинита, термодинамика процесса // Записки Горного института. 2022. Т. 254. С. 129 – 135. DOI: 10.31897/PMI.2022.43. URL: https://www.elibrary.ru/HVUABB.
8. Biswal B., Mishra D. K., Das S. N., et al. Structural, micro-structural, optical and dielectric behavior of mullite ceramics // Ceramics International. 2021. V. 47, No. 22. P. 32252 – 32263. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.08.120
9. Четверикова А. Г., Макаров В. Н., Каныгина О. Н. и др. Коррекция структурной формулы каолинита Оренбургской области спектроскопическими методами // Конденсированные среды и межфазные границы. 2023. Т. 25, № 2. С. 277 – 291. DOI: 10.17308/kcmf.2023.25/11108. URL: https://www.elibrary.ru/ SOLDIM
10. Smorokov A. A., Kantaev A. S., Bryankin D. V., et al. A novel low-energy approach to leucoxene concentrate desiliconization by ammonium bifluoride solutions // Chemical Technology and Biotechnology. 2023. V. 98, Is. 3. P. 726 – 733. URL: https://doi.org/10.1002/jctb.7277
11. ГОСТ 7076–99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. М., 2000. 13 с. (Разработан научно-исследовательским институтом строительной физики (НИИСФ) Российской Федерации. Введен Госстроем России).
12. Садыков А. Р., Четверикова А. Г., Макаров?В. Н. Моделирование температурного поля муллито-кремнеземистого образца с учетом данных дифференциально-термического, гравиметрического анализов и усадки / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024685431: заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет». URL: https://www.elibrary.ru/KBQUKS
13. ГОСТ 22372–77. Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 100 до 5?106 Гц. М., 1978. 9 с. (Государственный комитет СССР по стандартам).
14. Gao X., Feng X., Zhang D., et. al. Synthesis of high?performance mullite ceramics based on associated rare?earth kaolin // International Journal of Applied Ceramic Technology. 2023. V. 20, No. 3. P. 1535 – 1546. DOI: 10.1111/ijac.14311
15. Ulfiati R., Dhaneswara D., Jaka F. F., et al. The effect of calcination temperature on metakaolin characteristic synthesized from badau belitung kaolin // Key Engineering Materials. 2020. V. 841. P. 312 – 316. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.841.312
16. Escalera E., Antti M. L., Od?n M. The effect of calcination temperature on metakaolin characteristic synthesized from badau belitung kaolin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2012. V. 31, No. 1. P. 012017. DOI: 10.1088/1757-899X/31/1/012017
17. Fricke H. H., Mattenklott M., Parlar H., et al. Method for the determination of quartz and cristobalite [Air Monitoring Methods, 2015] // The MAK?Collection for Occupational Health and Safety: Annual Thresholds and Classifications for the Workplace. 2002. V. 1, No. 1. P. 401 – 436. DOI: 10.1002/3527600418.am0sio2fste2015
18. Shackelford J. F., Doremus R. H. Ceramic and glass materials // Structure, Properties and Processing. 2008. P. 214.
19. Wondemagegnehu E. B., Addis T., Zereffa E. A., et al. Potential uses of local clay materials for the production of porcelain electrical insulators, Ethiopia // Clays and Clay Minerals. 2023. V. 71, No. 2. P. 207 – 228. DOI: 10.1007/s42860-023-00239-3
20. Яроцкая Е. Г., Федоров П. П. Муллит и его изоморфные замещения. Обзор // Конденсированные среды и межфазные границы. 2018. Т. 20, № 4. С. 537 – 544. URL: https://www.elibrary.ru/ YRRNHV
21. Montes J. M., de la Vi?a F. J., Agote ?., et al. Simulation of the electrical resistance sintering of Hardmetal powders // Metals and Materials International. 2021. V. 27. P. 352 – 364. URL: https://doi.org/10.1007/s12540-019-00409-w
22. Бабушкин В. И., Матвеев Г. М., Мчедлов-Петросян О. П. Термодинамика силикатов. 4-е изд. М.: Стройиздат, 1986. C. 406.
23. da Silva V. J., de Almeida E. P., Gon?alves W. P., et al. Mineralogical and dielectric properties of mullite and cordierite ceramics produced using wastes // Ceramics International. 2019. V. 45(4). P. 4692 – 4699. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.11.161
24. Halder K., Roy D., Das S. A comparative electrical study of nano-crystalline mullite with low dielectric loss due to incorporation of tungsten and molybdenum ion: their uses in electronic industries // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2015. V. 26. P. 5803 – 5811.DOI: 10.1007/s10854-015-3139-4
25. Gao X., Feng X., Zhang D., et al. Synthesis of high?performance mullite ceramics based on associated rare?earth kaolin // International Journal of Applied Ceramic Technology. 2023. V. 20, No. 3. P. 1535 – 1546. DOI: 10.1111/ijac.14311
26. Филяк М. М., Четверикова А. Г., Каныгина О. Н. Диэлектрические свойства тонкодисперсных каолинитовых масс различной степени влажности // Стекло и керамика. 2021. № 11. С. 43 – 50. URL: https://www.elibrary.ru/PFSVXA[Filyak M. M., Chetverikova A. G., Kanygina O. N. Dielectric properties of finely disperse kaolinite masses with different humidification // Glass Ceram. 2022. V. 78, No. 11–12. P. 458 – 463. DOI: 10.1007/s10717-022-00431-2. URL: https://www.elibrary.ru/HWMZNY]
27. Павлов В. Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики. М.: Стройиздат, 1977. Т. 270. С. 5.
28. ГОСТ 20419–83. Материалы керамические электротехнические. Классификация и технические требования. М., 1985. 38 с. (Разработан министерством электротехнической промышленности СССР. Введен постановлением государственного комитета по Стандартам).
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
700 руб
DOI: 10.14489/glc.2025.09.pp.037-047
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
