Получение и исследование термостойких композитов на основе твердых магний-фосфатных и кальций-фосфатных связующих

  • Наталья Сергеевна Апанасевич Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Константин Николаевич Лапко Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Николаевич Кудлаш Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-6794-7424
  • Алексей Анатольевич Сокол Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Юрий Дмитриевич Клявлин Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Константин Викторович Вишневский Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Разработаны и исследованы термостойкие композиционные материалы на основе твердых магний-фосфатных, кальций-фосфатных, а также смешанных кальций-магний-фосфатных связующих, изучены термические и фазовые превращения, определены прочностные характеристики композитов в диапазоне температур 20–1000 °С. Показано, что полученные фосфатные композиты обладают высокими прочностными свойствами (прочность при сжатии достигает 120–130 МПа) и имеют высокую термическую стабильность в интервале температур до 1000 °С. Малая потеря массы исследованных композитов (не более 10 %) и отсутствие значительных термоэффектов свидетельствуют о перспективности их использования в качестве термостойкой матрицы для получения функциональных композиционных материалов.

Биографии авторов

Наталья Сергеевна Апанасевич, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории химии конденсированных сред

Константин Николаевич Лапко, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук, доцент; ведущий научный сотрудник лаборатории химии конденсированных сред научно-исследовательского института физико-химических проблем БГУ, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории неорганической и общей химии кафедры неорганической химии химического факультета Белорусского государственного университета

Александр Николаевич Кудлаш, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

старший преподаватель кафедры общей химии и методики преподавания химии химического факультета

Алексей Анатольевич Сокол, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории неорганической и общей химии кафедры неорганической химии химического факультета

Юрий Дмитриевич Клявлин, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студент химического факультета. Научный руководитель – К. Н. Лапко

Константин Викторович Вишневский, Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук, доцент; директор Республиканского научно-практического центра нефтехимических технологий и производств

Литература

  1. Trombetta R, Inzana JA, Schwarz EM, Kates SL, Awad HA. 3D printing of calcium phosphate ceramics for bone tissue engineering and drug delivery. Annals of Biomedical Engineering. 2017;45(1):23–44. DOI: 10.1007/s10439-016-1678-3.
  2. Othman Z, Mohren RJC, Cillero-Pastor B, Shen Z, Lacroix YSNW, Guttenplan APM, et al. Comparative proteomic analysis of human mesenchymal stromal cell behavior on calcium phosphate ceramics with different osteoinductive potential. Materials Today Bio. 2020;7:100066. DOI: 10.1016/j.mtbio.2020.100066.
  3. Yan Tao, Lai Zhenyu, Ren Chunrong, Wang Yuanyuan, Hu Zhichao, He Xin, et al. Study on solidification properties of chemically bonded phosphate ceramics for cesium radionuclides. Ceramics International. 2020;46(10 part A):14964–14971. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.03.025.
  4. Plyushch A, Macutkevic J, Svirskas S, Banys J, Plausinaitiene V, Bychanok Dz, et al. Silicon carbide/phosphate ceramics composite for electromagnetic shielding applications: whiskers vs particles. Applied Physics Letters. 2019;114(18):183105. DOI: 10.1063/1.5093421.
  5. Tingjie Chen, Zhenzeng Wu, Xiaodong Alice Wang, Wei Wang, Daobang Huang, Qihua Wei, et al. Hierarchical lamellar aluminophosphate materials with porosity as ecofriendly inorganic adhesive for wood-based boards. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2018;6(5):6273–6280. DOI: 10.1021/acssuschemeng.8b00078.
  6. Miguel VC, Fini DS, Pinto VS, Moreira MH, Pandolfelli VC, Luz AP. Crack-free caustic magnesia-bonded refractory castables. Ceramics International. 2021;47(12):17255–17261. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.03.036.
  7. Abyzov VA. Lightweight refractory concrete based on aluminum-magnesium-phosphate binder. Procedia Engineering. 2016;150:1440–1445. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.077.
  8. Luz AP, Lopes SJS, Gomes DT, Pandolfelli VC. High-alumina chemically bonded refractory castables containing liquid or powdered binders. Refractories WORLDFORUM. 2018;10(2):68–73.
  9. Brokesh AM, Gaharwar AK. Inorganic biomaterials for regenerative medicine. ACS Applied Materials & Interfaces. 2020;12(5):5319–5344. DOI: 10.1021/acsami.9b17801.
  10. Kingery WD. Fundamental study of phosphate bonding in refractories. I. Literature review. Journal of the American Ceramic Society. 1950;33(8):239–241. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1950.tb14171.x.
  11. Kingery WD. Fundamental study of phosphate bonding in refractories. IV. Mortars bonded with monoaluminum and monomagnesium phosphate. Journal of the American Ceramic Society. 1952;35(3):61–63. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1952.tb13069.x.
  12. Duderov GN, Ryzhikov VI. [On the use of aluminum phosphates as a binder for highly refractory coatings for metal]. Trudy Moskovskogo khimiko-tekhnologicheskogo instituta imeni D. I. Mendeleeva. 1957;24:190–198. Russian.
  13. Sudakas LG. Fosfatnye vyazhushchie sistemy [Phosphate binding systems]. Saint Petersburg: Kvintet; 2008. 260 p. Russian.
  14. Sychev MM. Neorganicheskie klei [Inorganic adhesives]. 2nd edition. Leningrad: Khimiya; 1986. 152 p. Russian.
  15. Kopeikin VA, Petrova AP, Rashkovan IL. Materialy na osnove metallofosfatov [Materials based on metal phosphates]. Moscow: Khimiya; 1976. 200 p. Russian.
  16. Kopeikin VA, Kliment’eva VS, Krasnyi BL. Ogneupornye rastvory na fosfatnykh svyazuyushchikh [Refractory solutions based on phosphate binders]. Moscow: Metallurgiya; 1986. 240 p. Russian.
  17. Petrova AP. Termostoikie klei [Thermoresistant adhesives]. Moscow: Khimiya; 1977. 200 p. Russian.
  18. Lapko KN, Vydumchik GN, Galeeva NI. The usage of phosphatic bonding agents for dry building mixture production. ALITinform: Cement. Concrete. Dry Mixtures. 2010;6:78–83. Russian.
  19. Lapko KN, Apanasevich NS, Shulga TN, Kudlash AN, Galeyeva NN. Dry building mixtures based on solid phosphate binders for thermostable functional composite materials. ALITinform: Cement. Concrete. Dry Mixtures. 2015;2–3:78–83. Russian.
  20. Apanasevich NS, Kudlash AN, Lapko KN. [Thermostable composites based on solid magnesium and calcium phosphate binders]. In: Babkin OE, Il’֦ina VV, Panteleev IB, Strokova VV, editors. Innovatsionnye materialy i tekhnologii v dizaine. VI Vserossiiskaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya s uchastiem molodykh uchenykh; 26–27 marta 2020 g.; Sankt-Peterburg, Rossiya [Innovative materials and technologies in design. 6th All-Russian scientific and practical conference with the participation of young scientists; 2020 March 26–27; Saint Petersburg, Russia]. Saint Petersburg: SPbGIKiT; 2020. p. 56–57. Russian.
  21. Wagh AS. Chemically bonded phosphate ceramics. [S. l.]: Elsevier; 2004. 304 p. DOI: 10.1016/B978-0-08-044505-2.X5000-5.
  22. Kanazawa T. Inorganic phosphate materials. Oxford: Elsevier Science & Technology; 1989. 306 p. Russian edition: Kanazava T. Neorganicheskie fosfatnye materialy. Shpak AP, Karbovskii VL, translators. Kyiv: Naukova dumka; 1998. 297 p.
  23. Budnikov PP, Khoroshavin LB. Ogneupornye betony na fosfatnykh svyazkakh [Refractory concretes with phosphate binders]. Moscow: Metallurgiya; 1971. 192 p. Russian.
  24. Apanasevich N, Sokol А, Lapko K, Kudlash A, Lomonosov V, Plyushch A, et al. Phosphate ceramics – carbon nanotubes composites: liquid aluminum phosphate vs solid magnesium phosphate binder. Ceramics International. 2015;41(9 part B):12147–12152. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.06.033.
  25. Apanasevich NS, Lapko KN, Kudlash AN, Sokol AA, Lomonosov VA, Lesnikovich AI, et al. [Thermostable composite nanomaterials based on solid magnesium phosphate binder]. Nano Studies. 2015;12:197–204. Russian.
  26. Shchegrov LN. Fosfaty dvukhvalentnykh metallov [Divalent metal phosphates]. Kyiv: Naukova dumka; 1987. 216 p. Russian.
  27. Khoroshavin LB, Perepelitsyn VA, Kononov VA. Magnezial’nye ogneupory [Magnesia refractories]. Moscow: Intermet inzhiniring; 2001. 576 p. Russian.
  28. Golynko-Vol’fson SL, Sychev MM, Sudakas LG. Khimicheskie osnovy tekhnologii i primeneniya fosfatnykh svyazok i pokrytii [Chemical bases of technology and application of phosphate binders and coatings]. Leningrad: Khimiya; 1968. 189 p. Russian.
  29. Konstant ZA, Dindune AP. Fosfaty dvukhvalentnykh metallov [Phosphates of divalent metals]. Riga: Zinatne; 1987. 387 p. Russian.
Опубликован
2021-09-22
Ключевые слова: термостойкие композиты, твердые фосфатные связующие, магний-фосфатное связующее, кальций-фосфатное связующее, смешанные кальций-магний-фосфатные связующие, оксид алюминия, нитрид алюминия, доломит
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь (задание 2.1.07.2 государственной программы научных исследований «Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия»).
Как цитировать
Апанасевич, Н. С., Лапко, К. Н., Кудлаш, А. Н., Сокол, А. А., Клявлин, Ю. Д., & Вишневский, К. В. (2021). Получение и исследование термостойких композитов на основе твердых магний-фосфатных и кальций-фосфатных связующих. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 2, 50-61. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2021-2-50-61