3.2.3.3 Структурно-прочностные характеристики оксидных композитов

Для определения параметров пористой структуры и прочностных свойств тонкослойных пористых оксидных покрытий использовали образцы оксидных композитов, полученных отверждением соответствующих образцов суспензий в условиях, аналогичных отверждению в тонком слое, за исключением его толщины, а именно, соответствующую покрывную суспензию выливали в поддон слоем 10 мм, высушивали на воздухе при комнатных условиях с образованием зерен двумя способами:

-сушили до приобретения твердости, а затем дробили на зерна размером около 2 мм или мм;

-сушили до состояния пасты, а затем вмазывали в грануляторные доски и досушивали в них при комнатных условиях с последующим вытряхиванием из досок цилиндрических гранул диаметром 2 мм;

Зерна на поддонах термообрабатывали последовательно в сушильном шкафу и муфельной печи:

• 100-120 С 2 ч,

• 280-300 С 2 ч,

• 640-660 С 2 ч.

Определение удельной поверхности S_уд ,м²/г

Удельная поверхность – межфазная поверхность, приходящаяся на единицу объема дисперсной фазы. Чем меньше размеры частиц, тем больше удельная поверхность, и наоборот .

Установка предназначена для определения удельной поверхности дисперсных и пористых тел методом тепловой десорбции аргона [24]. Метод тепловой десорбции аргона основан на способности дисперсных и пористых тел к монослойной адсорбции аргона при температуре жидкого азота и с последующей его десорбцией при комнатной температуре. При проведении адсорбции аргона из газовой смеси с гелием и его десорбции количество адсорбированного и десорбированного аргона определяется хроматографическими методами и фиксируется на диаграмме самопишущего прибора в виде хроматографических пиков, площади которых пропорциональны количествам адсорбированного и десорбированного аргона, а также непосредственно величинам удельной поверхности исследуемых образцов.

Калибровочный коэффициент рассчитываем по формуле:

K= m_эт *57/ S_{пика эт} , (9)

где K - калибровочный коэффициент;

57 - удельная поверхность эталона, м²/г;

m - масса эталона, г;

S_{пика эт} - площадь пика эталона (калибровочного пика), м².

После этого рассчитываем удельную поверхность образца по формуле:

S_уд=K*S_{пика обр}/ m_обр , (10)

где S_уд – удельная поверхность образца, м²/г;

K – калибровочный коэффициент;

S_{пика обр} – площадь пика образца, м²;

m_обр – масса образца, г.

Величина погрешности определения удельной поверхности хроматографическим методом не превышает ±5%

Суммарный объем пор V_∑, см3/г

Определение ведут с двумя параллельными навесками. Берут около 1,5 г. навески и помещают в колбу. Носитель заливают водой и кипятят 20 мин на электрической плитке . Воду сливают и извлекают навеску , затем с помощью фильтровальной бумаги убирают избыток влаги с навески и взвешивают ее. Затем взвешенную навеску ставят в электрическую печь и сушат 2 часа при температуре 200⁰С и снова взвешивают. Объем пор рассчитывают по формуле:

V=(m₂-m₁)/m₁ или V=100 (m₂-m₁)/m₁ , (11)

где V –суммарный объем пор, см³/г или %;

m₁-масса сухой навески, г.

m₂-масса навески с порами, заполненными водой, г.

Объем пор рассчитывают как среднее арифметическое двух определений.

Механическая прочность гранул носителя, катализатора

Определение ведут на приборе МП-2С. Определение разрушающего усилия на приборе производится посредством пружинного силоизмерителя. Прибор охватывает усилия от 5 г до 100 кг. Обеспечивает постоянную скорость нагружения образцов.

Из пробы образцов отбирают по 26 грунул с равными торцевыми поверхностями. Раздавливание производим при горизонтальном положении гранул (по образующей), когда усилие направлено перпендикулярно оси образца и раскалывание происходит в вертикальной плоскости, и при вертикальном положении гранул (по торцу). Для этого гранулу ставим в центр столика прибора, затем вращением маховика производим постепенный нажим на гранулу. Одновременно следим за стрелкой манометра.

Прочность катализатора характеризуют индексом механической прочности. Его получают делением значения раздавливающего усилия на площадь минимального поперечного сечения гранулы. Среднее значение индекса вычисляют как среднеарифметическое из измерения прочности 20 гранул (три наибольших и три наименьших значения отбрасываем).

Прочность образцов по образующей находим по формуле:

P₀= F*0,03 / h*d , (12)

где P₀ – прочность образца, кг/см²;

F – среднее разрушающее усилие образцов, дел;

h – высота гранулы, см;

d – диаметр гранулы, см;

0.03 – калибровочный коэффициент прибора, кг/дел.

Прочность образцов по торцу находим по формуле:

P_п= F*0,03 / π*r² , (13)

где P_Π – прочность образца, кг/см².

Механическая прочность тонкослойных оксидных покрытий

Пластинка с нанесённой суспензией помещается в чашку Петри типа ЧБН d=100 мм, засыпается 25 см³ сухого песка с фракцией 0.5-2 мм и прикрывается другой чашкой. Чашки упаковываются в пакет, чтобы при проведении исследования не повредить посуду.

Прочность держания суспензии на пластинке, определялась с помощью прибора, который работает следующим образом: горизонтально-колебательное движение от эксцентрика, вращаемого электродвигателем через зубчатую передачу. На средней части шатуна расположен диск, который предназначен для установки набора ячеек (в которые укладываются упакованные пластинки). Диск, встречая сопротивление упора, поворачивается за каждый ход шатуна на определённый угол; скоба, укреплённая на подвижной стойке и соединенная с помощью пружин с неподвижными стойками, ударяет бойками по набору ячеек, в результате чего происходит истирание суспензии песком.

Прочность рассчитывалась по формуле (17):

P_и = (P₂ – Р₀)/( Р₁ – Р₀)*100 , (14)

где Р₁- вес пластинки с нанесённой суспензией, г;

Р₀ – вес исходной пластинки, г;

Р₂– вес пластинки с нанесённой суспензией после обработки песком, г.