Применение золей для получения неорганических композитов и керамики

Применение золей для получения неорганических композитов широко освещается в литературе.

В работе [79] в качестве связующего применяются золи кремневой кислоты с концентрацией SiO₂ от 3 до 12% и размером частиц от 4 до 10 нм. Приведены также данные по усадке в зависимости от температуры. Так, с повышением температуры с 1000 до 1400? усадка растет с 1,22 до 3,4%.

Для повышения прочности на растяжение при изготовлении огнеупорного теплоизоляционного материала предлагается использовать [80] компоненты в следующем порядке: алюмосиликатное волокно — 75ч95%, золь кремневой кислоты 5ч15%, В [81] рассматривается применение алюмогеля для связывания керамических волокон при получении жидкой массы. В обзоре [82] рассмотрены технологические проблемы, возникающие при получении монолитных стекол золь—гель методом. Главная из них — сохранение целостности (предотвращение растрескивания) при переходах коллоидный раствор — гидрогель — ксерогель — стекло [83].

В работах [84,85] проанализированы специфические особенности получения ультрадисперсных порошков золь—гель технологией с использованием, как растворимых силикатов, так и золей.

Авторами [80] разработана технология производства жаростойких плит на золях кремневой кислоты. Получают плиты размером 1000 Ч 500 мм, плотностью 200−230 кг/м³, прочностью на сжатие при 10% деформации 0,08—0,1 мПа.

Таким образом, использование золей в качестве связующих для получения керамики требует, прежде всего, решения таких вопросов как выбор способа получения связок, исследование их свойств (дисперсности, рН, концентрации, времени гелеобразования) и изучение влияния этих свойств на структурные характеристики образующихся из них гелей.

Осаждение. Этот метод — один из самых наиболее распространенных методов получения пористых материалов, сопровождающийся, как правило, переходами; золь—гель—ксерогель. Каждый из этих переходов, будь то золь—гель, гель—ксерогель, независимо от механизма его действия, вносит определенный вклад в общий процесс парообразования. Эти переходы, как показано в работах [86], очень чувствительны к внешним воздействиям: рН среды, природа интермицеллярной жидкости, присутствие поверхностно-активных веществ, что резко сказывается на агрегации частиц с образованием рыхлых ажурных пространственных структур или плотных образований. Поэтому разумно действуя на протекание указанных процессов, регулируя их глубину и направление, можно управлять структурообразованием, получая материалы с заранее заданной пористостью и механической стойкостью.

Подробно изучено получение методам осаждения адсорбентов, катализаторов, неорганических ионитов. Для их получения чаще всего используются растворы солей минеральных и карбоновых кислот. Осаждение можно проводить водными растворами аммиака, щелочей или карбонатов, на холоду или при нагревании, в концентрированных или разбавленных растворах. Концентрацию, температуру и быстроту осаждения можно менять в самых широких пределах, устанавливаемых эмпирически. Свежеосажденные гидроокиси, как правило, аморфны (гели MnO, ZrO₂, Nd₂O₅, Та₂О₅) и лишь некоторые из них (гели Al₂O₃, MgO, TiO₂) со временем кристаллизуются, превращаясь в ограненные частицы [87]. Старение геля приводит к перераспределению вещества, в результате чего частицы сближаются и в ряде случаев укрупняются, а их контакты срастаются. Это приводит к упрочнению скелета геля, уменьшению его дисперсности и соответственно к уменьшению усадки во время сушки. По типу и форме частиц, составляющих гель и ксерогель, их можно подразделить на глобулярные (силикагель и алюмогель), стержнеобразные (гель оксида вольфрама), веретенообразные (сульфат бария), палочкообразные и нитевидные (оксид ванадия (V)) и др. Часто используются смешанные материалы, которые в большинстве случаев обладают синтетическим эффектом [88].

Термическое разложение. Данный метод применяется для получения оксидных пористых материалов путем термического разложения различных соединений: гидроксидов, карбонатов, оксалатов, гидридов и т. д. Получающиеся продукты — высокодисперсные вещества с широко развитой системой капилляров, иногда вполне определенных по размеру и Форме. Нередки случаи топотаксического механизма протекания процессов разложения, когда получаемые структуры сохраняют внешние размеры и форму исходных кристаллов со строго определенным набором пор [89]. Характер структуры таких материалов зависит от природы исходных продуктов и температуры реакции.