Selection justification of methods for obtaining glass-ceramic materials

O.V. Savvova; S.A. Ryabinin; E.A. Svitlichniy; G.K. Voronov; A.I. Fesenko

doi:10.26909/csl.3.2019.1

O.V. Savvova O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv, 17, Marshal Bazhanov Street, Kharkiv, 61002, Ukraine http://orcid.org/0000-0001-6664-2274
S.A. Ryabinin O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv, 17, Marshal Bazhanov Street, Kharkiv, 61002, Ukraine http://orcid.org/0000-0003-2972-8540
E.A. Svitlichniy National Science Center “Kharkov Institute of Physics and Technology”, 61108, Ukraine, Kharkiv, st. Academic, 1
G.K. Voronov O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv, 17, Marshal Bazhanov Street, Kharkiv, 61002, Ukraine http://orcid.org/0000-0003-1205-8608
A.I. Fesenko O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv, 17, Marshal Bazhanov Street, Kharkiv, 61002, Ukraine http://orcid.org/0000-0003-3888-9493

DOI: https://doi.org/10.26909/csl.3.2019.1

Abstract

Advanced methods for obtaining high-strength glass-ceramic materials based on lithium aluminum silicate glass for glass and ceramic technologies are identified. Were analyzed forming methods: pressing, thermoplastic molding and slip casting with the definition the advantages and disadvantages of in each of them. The choice of the base LAS system is substantiated and model lithium-aluminum-silicate glasses and glass-ceramic materials based on β-spodumene are synthesized by the methods of pressing, slip casting and thermoplastic molding. The features of the formation of glass-ceramic materials using various technologies are investigated.

Technological parameters were established for pressing: molding powder with a fraction size from 63 to 125 μm − 70 vol. %, from 25 to 63 microns − 15 vol. %, less 25 microns − 15 vol. %, xanthan gum solution in an amount of 10 wt. %; for slip casting: slip specific weight − γ = 1852 kg/m³, pH = 9.90; for the thermoplastic formation: paraffin − 15 wt. %, beeswax − 5 wt. %, oleic acid − 1 wt. %. It has been established that the determining influence on the mechanical properties of the developed glass-ceramic materials has the character of their micro- and macrostructures. It has been established that, for the studied glass-ceramic materials, an increase in porosity and pore size significantly affects the magnitude of their compressive strength.

Glass-ceramic materials obtained by wet pressing and slip technology can be recommended as the most technologically advanced in creating composite armor elements and promising in the development of high-strength glass-ceramic materials for the local protection of special equipment and technology.

Composite structural materials obtained by thermoplastic processing can be used to create high-strength parts for precision mechanisms and instruments, which are subject to stringent requirements for mechanical strength.

References

1. Maziar Montazerian, Shiv Prakash Singh, Edgar Dutra Zanotto An analysis of glass–ceramic research and commercialization / American Ceramic Society Bulletin.– 2015. – Vol. 94. – No. 4, P. 30–35.

2. Брагіна Л.Л. Структура та властивості склокристалічних матеріалів : монографія / Л.Л. Брагіна, О.В. Саввова, О.В. Бабіч, Ю.О. Соболь. – Х. : ООО «Компанія СМІТ, 2016. – 253 с.

3. Ромашин А.Г. Радиопрозрачные обтекатели летательных аппаратов. Проектирование, конструкционные материалы, технология производства, испытания : учеб. пос. / А. Г. Ромашин, В. Е. Гайдачук, Я. С. Карпов, М. Ю. Русин. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2003. – 239 с.

4. Пат. 2513389, РФ, МПК6 C 04 В 35/19, C 04 B 33/28. Способ изготовления антенного обтекателя из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава / Суздальцев Е. И., Харитонов Д. В. ., Русин М.Ю., Зайчук Т. В., Ермолаев А. С.; заявитель и патентообладатель Федер. гос. унитарн. предприятие «Обнинск. науч.-произв. предприятие «Технология». – № 2013105364/03; заявл. 07.02.2013; опубл. 20.04.2014, Бюл. № 11 – 8 с.

5. Павлушкин Н.М. Химическая технология стекла и ситаллов. Москва : Стройиздат , 1983 .– 431 с.

6. V. K. Marghussian, M.J. Geramian Fabrication of cordierite glass ceramics by slip casting of glass powders British Ceramic Transactions. 2013. – Vol. 98. – No. 3. – P.133–140. https://doi.org/10.1179/096797899680345

7. Frank Clemens Thermoplastic Extrusion for Ceramic Bodies / In: Händle F. (eds) Extrusion in Ceramics. Engineering Materials and Processes. Springer, Berlin, Heidelberg, – 2009 – P. 295-311, https://doi.org/10.1007/978-3-540-27102-4_17

8. Пат. RU 2170715 С2, С03С 10/12, С04В 35/19. Способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава / Суздальцев Е.И. (RU), Суслова М.А. (RU), Балакина Л.И. (RU), Ипатова Н.И. (RU), Викулин В.В. (RU), Русин М.Ю. (RU), Хамицаев А.С. (RU) // Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" заявл. 27.09.1999, опубл. 20.07.2001.

9. Придатко Ю.М., Королев Л.В., Готовцев В.М. Моделирование плотной упаковки частиц композитного материала / Вестник СГТУ, Саратов. 2011. – № 4 (62). –С. 96–100

10. Savvova О., Babich O., Voronov G., Ryabinin S. High-strength spodumene glass-ceramic materials / Strength of materials. – 2017. – Vol. 49, № 3. – Р. 488–495. https://doi.org/10.1007/s11223-017-9890-4

11. Пат. RU 2 366 637 C1, C04B 35/19, C04B 33/28. Способ получения высокоплотных водных шликеров на основе литийалюмосиликатного стекла / Суздальцев Е. И. (RU), Русин М. Ю. (RU), Харитонов Д. В. (RU), Зайчук Т. В. (RU), Ипатова Н. И. (RU) // Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" заявл. 25.01.2008, опубл. 10.09.2009.

12. Алексенцева С.Е. Влияние демпфирующих свойств сплавов на пулестойкость / С.Е. Алексенцева, И.В. Захаров // Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки». – 2011. – № 4(32). – C.88–95.

13. Алексенцева С.Е. Ударно-волновые процессы взаимодействия высокоскоростных элементов с конденсированными средами дис. … доктора тех. наук : 01.04.17 / Алексенцева Светлана Евгеньевна. – Самара 2015. – 173 с.