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.
Отримання
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. 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
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. 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.
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
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.
Див. також
Примітки
- Піноматеріали [ 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.
- . [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 [ 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. — ..
Джерела
- 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. —
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Pinokera mika angl ceramic foam spechenij material na mineralnij osnovi z pinopodibnoyu strukturoyu Pinokeramichni materiali otrimuyut zmishuvannyam keramichnoyi shihti z vodoyu ta stijkoyu pinoyu iz zakriplennyam strukturi sho utvorilasya sushinnyam ta vipalyuvannyam OtrimannyaStruktura materialu skladayetsya z bulbashok povitrya abo inshogo gazu otochenih tonkimi obolonkami sho utvoryuyut svoyeridnij karkas Pinokeramika zazvichaj stvoryuyetsya na osnovi visokodispersnih mineralnih poroshkiv napriklad Al2O3 MgO ZrO2 ta ridkih pin Taki pini ye koloyidnimi sistemami z ridinnoyu poverhneyu rozdilu Yih poperedno stvoryuyut vikoristovuyuchi smolosaponinovij kleyekanifolnij alyumosulfonaftenovij abo inshij pinoutvoryuvach Dispersijnim seredovishem ye ridina a dispersnoyu fazoyu gaz u viglyadi bulbashok vidokremlenih odin vid odnogo plivkami ridini Na vidminu vid inshih dispersnih sistem u pinah seredovishe takozh staye dispersnoyu fazoyu Rozmiri bulbashok i spivvidnoshennya faz u pini mozhut zminyuvatisya u shirokih mezhah Pini yak dispersni sistemi zi znachno rozvinenoyu mizhfaznoyu poverhneyu ye termodinamichno nestijkimi Dlya pidvishennya yih stijkosti a otzhe zmicnennya plivkovogo karkasa zastosovuyutsya specialni dobavki stabilizatori tak yak chisti ridini dostatno stijkih pin ne utvoryuyut Stabilizuyuchij vpliv na pinu roblyat bagato organichnih poverhnevo aktivnih spoluk ta deyaki inshi rechovini Vvedennya v pinu visokodispersnogo mineralnogo poroshku sho zmochuyetsya ridkoyu fazoyu prizvodit pri peremishuvanni do utvorennya trifaznoyi pini pinomasi Pri comu tverdi chastinki rozpodilyayutsya u plivkah i bulbashki viyavlyayutsya otochenimi dvofaznimi obolonkami Pri sushinni pinomasi ridka faza viparovuyetsya j utvoryuyetsya dvofazna tverda pina Slabkij zv yazok mizh mineralnimi chastinkami v utvorenomu nimi pinno nizdryuvatomu karkasi obumovlyuye nizku mehanichnu micnist visushenoyi pinomasi Dlya yiyi zmicnennya zastosovuyetsya zvichajnij vipal pri yakomu vidbuvayetsya rozkladannya piroliz organichnih skladovih stabilizatoriv ridkoyi pini ta spikannya materialu zi zberezhennyam jogo strukturi uspadkovanoyi vid vihidnoyi pini Tomu rozmiri bulbashok i spivvidnoshennya mizh gazovoyu i tverdoyu fazami u pinokeramici otzhe pitoma vaga yiyi ta inshi vlastivosti mozhut zminyuvatisya u shirokih mezhah Voni zalezhat vid skladu ridkoyi pini himiko mineralogichnoyi prirodi i pitomoyi poverhni poroshku vid jogo kilkosti u trifaznij pinomasi a takozh vid umov yiyi prigotuvannya Otzhe dlya pinokeramiki sho vigotovlyayetsya z odnogo i togo zh mineralnogo poroshku potribni vlastivosti dosyagayutsya zminoyu spivvidnoshennya faz tverda ridka gazopodibna u pinomasi tobto regulyuvannyam yiyi fazovogo skladu VlastivostiVlastivosti pinokeramiki za inshih rivnih umov zalezhat vid budovi karkasa tobto vid kilkosti ta rozmiriv bulbashok vid harakteru rozpodilu yih v materiali a takozh vid spivvidnoshennya rozmiriv bulbashok i tovshini obolonki navkolo nih Chim tonsha obolonka u porivnyanni z rozmirom bulbashok tim vishimi ye teplofizichni vlastivosti pinokeramiki chim micnishoyu ye obolonka tim vishimi ye mehanichni vlastivosti Materiali cogo klasu mozhut viroblyatisya navit iz 94 96 nim gazovim napovnennyam za ob yemom ta iz zharotrivkistyu do 1700 C Serednya gustina pinokeramiki zalezhit vid poristosti napriklad u pinokeramiki na osnovi Al2O3 z porististyu 30 vona dorivnyuye 1200 kg m a z porististyu 85 600 kg m Granicya micnosti pri roztyaguvanni dlya pinokeramiki na osnovi Al2O3 pinokorundu PK 1 pri ob yemnij masi 0 8 g sm stanovit 3 7 MPa granicya micnosti na zgin togo zh pinomaterialu 14 8 MPa Teploprovidnist pinokeramiki znizhuyetsya zi zbilshennyam yiyi poristosti Z pidvishennyam temperaturi pinooksidiv teploprovidnist yih zmenshuyetsya tak yak pri nagrivanni spadaye teploprovidnist spechenih oksidiv VikoristannyaPinokeramika maye nizku teploprovidnist ta visoku zharotrivkist zavdyaki chomu zastosovuyetsya perevazhno yak teploizolyacijnij material chi material teplovogo zahistu v metalurgiyi Visokoporisti vognetrivki materiali zastosovuyut u garyachih filtrah gazorozpodilnikah ta katalizatorah u visokotemperaturnih tehnologichnih procesah Yaksho rozmir okremo vzyatoyi pori menshij za 100 nm to taku keramiku nazivayut nanoporistoyu Yiyi zastosovuyut u kapilyarnih nasosah filtrah amortizatorah tosho Div takozhVognetrivi KeramzitPrimitkiPinomateriali 19 listopada 2016 u Wayback Machine Ukrayinska radyanska enciklopediya u 12 t gol red M P Bazhan redkol O K Antonov ta in 2 ge vid K Golovna redakciya URE 1974 1985 en 18 travnya 2001 Arhiv originalu za 24 zhovtnya 2018 Procitovano 11 listopada 2011 Penokeramika Bolshaya sovetskaya enciklopediya v 30 t glavn red A M Prohorov 3 e izd M Sovetskaya enciklopediya 1969 1978 ros Motil R Ya Keramika 18 serpnya 2016 u Wayback Machine Enciklopediya suchasnoyi Ukrayini red kol I M Dzyuba ta in NAN Ukrayini NTSh K Institut enciklopedichnih doslidzhen NAN Ukrayini 2001 2023 ISBN 966 02 2074 X DzherelaKitajcev V A Tehnologiya teploizolyacionnyh materialov Uchebnik dlya vuzov M Izdatelstvo literatury po stroitelstvu 1970 384 s Budnikov P P Poluboyarinov D N red Himicheskaya tehnologiya keramiki i ogneuporov Uchebnik dlya studentov himiko tehnologicheskih specialnostej vuzov M Izdatelstvo literatury po stroitelstvu 1972 553 s Gorlov Yu P Tehnologiya teploizolyacionnyh i akusticheskih materialov i izdelij Uchebnik dlya vuzov po specialnosti Pr vo stroit Izdelij i konstrukcij M Vysshaya shkola 1989 284 s ISBN 6 06 000155 5