Chemical resistance of celsian ceramics in acid and alkaline reagents

  • G. V. Lisachuk NTU “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, Ukraine
  • R. V. Krivobok NTU “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, Ukraine
  • V. V. Voloshchuk NTU “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, Ukraine
  • R. A. Masalуkin NTU “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, Ukraine
  • N. A. Krуvobok NTU “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, Ukraine
Keywords: celsian ceramics, acid resistance, alkali resistance, microstructure, X-ray phase analysis

Abstract

In the article, the chemical stability of celsian ceramics at different firing temperatures was investigated and the structural-phase features of the obtained samples before and after interaction with alkaline and acid media were studied.

The technology of obtaining test samples was two-stage. The first stage was the synthesis of the celsian phase in a muffle furnace at a temperature of 1200 °C with a holding time of 2 hours and subsequent cooling together with the furnace. The second stage took place in a silitic furnace at temperatures of 1300, 1350 and 1400 °C with a set rate of 15 deg/min and holding at a maximum temperature of 4 hours. The chemical resistance of celsian ceramics was determined in relation to 20 % solutions of HCl and NaOH. The phase composition of the test samples was determined using the method of X-ray phase analysis (X-ray diffraction) using a DRON-3M diffractometer. The studies of the experimental samples microstructure and the surface morphology of their faults were carried out by the direct method of scanning electron microscopy using a scanning electron microscope PhenomPro.

It was found that in relation to the 20 % solution of NaOH celsian ceramics was insoluble and has a value of alkali resistance in the range of 99.47—99.67 %. The study of microstructure and phase composition of celsian ceramics samples after treatment with 20 % NaOH solution showed that in all studied samples there was only a crystalline phase of celsian, the corrosion process didn’t occur. In relation to the 20 % HCl solution, the process of celsian ceramics corrosion was observed with the complete chemical interaction of the celsian phase with hydrochloric acid and the subsequent formation of the barium chloride dihydrate phase.

References

Semler C. E., Foster W. R. Studies in the system BaO—Al2O3—SiO2: The System Celsian — Silica — Alumina. J. Amer. Ceram. Soc. 1970. Vol. 53, № 11. P. 134—143.

Semler C. E., Foster W. R. Studies in the system BaO—Al2O3—SiO2: The System Celsian — Silica — Alumina. J. Amer. Ceram. Soc. 1970, vol. 53, no. 11, pp. 134—143.

Савчук Г. К., Петроченко Т. П., Климза А. А. Получение и диэлектрические свойства цельзиановой керамики на основе гексагональной модификации BaAl2Si2O8. ГНПО “НПЦ НАН Беларуси по материаловедению”, Неорганические материалы. 2013. № 6, т. 49. С. 674—679.

Savchuk G. K., Petrochenko T. P., Klymza A. A. Poluchenye y dyеlektrycheskye svojstva cel'zyanovoj keramyky na osnove geksagonal'noj modyfykacyy BaAl2Si2O8 [Preparation and dielectric properties of Celsian ceramics based on the hexagonal modification BaAl2Si2O8]. GNPO "NPC NAN Belarusy po materyalovedenyju", Neorganycheskye materyaly [GNPO "Scientific Research Center of NAS of Belarus on Materials Science", Inorganic materials]. 2013, vol. 49, no. 6, pp. 674—679 (in Russian).

Technology for the production of complex products based on celsian ceramics / V. V. Voloshchuk et al. Ukrainian Conference with International Participation Chemistry, Physics and Technology of Surface, 15—17 May 2019. Kyiv, 2019. Р. 202.

Voloshchuk V. V., Lisachuk G. V., Krivobok R. V., Zakharov A. V., Limarenko L. S., Vabishchevich P. P. Technology for the production of complex products based on celsian ceramics. Ukrainian Conference with International Participation Chemistry, Physics and Technology of Surface, 15—17 May, 2019. Kyiv, 2019, pp. 202.

Майстат М. С., Пітак Я. М., Волощук В. В. Вплив технологічних параметрів на властивості кераміки на основі цельзіану та славсоніту. Теоретичні та практичні дослідження молодих науковців : тези доп. ХІІІ міжнар. наук.-практ. конференції магістрантів та аспірантів, м. Харків, 19—22 листопада 2019 р. / за ред. проф. Є. І. Сокола. Харків : НТУ «ХПІ», 2019. С. 459.

Majstat M. S., Pitak Ja. M., Voloshhuk V. V. Vplyv tehnologichnyh parametriv na vlastyvosti keramiky na osnovi cel'zianu ta slavsonitu [Influence of technological parameters on the properties of ceramics based on Celsius and Slavsonite]. Teoretychni ta praktychni doslidzhennja molodyh naukovciv. Tezy dopovidej ХІІІ mizhnarodnoi' naukovo-praktychnoi' konferencii' magistrantiv ta aspirantiv, Kharkiv, 19—22 lystopada 2019 / za red. prof. Je. I. Sokola [Theoretical and practical research of young scientists. Abstracts of XIII Int. Sci.-Practice Conf. of undergraduates and graduate students, Kharkiv, 19—22 November, 2019 / prof. E. I. Sokol, ed.]. Kharkiv, NTU ″KhPI″ Publ., 2019, p. 459 (in Ukrainian).

Дослідження впливу інтенсифікуючих добавок на низькотемпературний синтез славсоніту та цельзіану при створенні радіопрозорих керамічних матеріалів / Г. В. Лісачук та ін. Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Серія : Хімія, хімічна технологія та екологія. 2020. С. 68—74.

Lisachuk G. V., Kryvobok R. V., Zaharov A. V., Voloshhuk V. V., Lisachuk L. N., Chefranov Je. V. Doslidzhennja vplyvu intensyfikujuchyh dobavok na nyz'kotemperaturnyj syntez slavsonitu ta cel'zianu pry stvorenni radioprozoryh keramichnyh materialiv [Investigation of the intensifying additives influence on the low-temperature synthesis of slavsonite and celsian in the creation of radio-transparent ceramic materials]. Visnyk NTU ″KhPI″. Serija : Himija, himichna tehnologija ta ekologija [Bulletin of the National Technical University ″KhPI″. Series: Chemistry, chemical technology and ecology]. Kharkiv, NTU ″KhPI″ Publ., 2020, pp. 68—74 (in Ukrainian).

Дослідження впливу розріджуючої добавки на фізико-механічні властивості цельзіанової кераміки, отриманої методом шлікерного лиття / Г. В. Лісачук та ін. Наукові дослідження з вогнетривів та технічної кераміки : зб. наук. пр. Харків : АТ «УкрНДІВ імені А. С. Бережного». 2020. № 120. С. 144—150. https://doi.org/10.35857/2663-3566.120.14.

Lisachuk G. V., Pitak Ja. M., Kryvobok R. V., Zaharov A. V., Voloshhuk V. V., Vabishhevich P. P., Rjabinina A. S. Doslidzhennja vplyvu rozridzhujuchoi' dobavky na fizyko-mehanichni vlastyvosti cel'zianovoi' keramiky, otrymanoi' metodom shlikernogo lyttja [Effect investigation of a thinning additive on the physical and mechanical properties of celsian ceramics obtained by slip casting]. Naukovi doslidzhennya z vognetry`viv ta texnichnoyi keramiky` : zb. nauk. pr. [Scientific Researches on Refractories and Technical Ceramics : Coll. Sci. Proc.]. Kharkov, AT "UkrNDIV imeni A. S. Berezhnoho" Publ., 2020, no. 120, pp. 144—150. https://doi.org/10.35857/2663-3566.120.14 (in Ukrainian).

Химическая стойкость керамических материалов в кислотах и щелочах / Б. Л. Красный, В. П. Тарасовский, Е. В. Рахманова, В. В. Бондар. Стекло и керамика. 2004. № 10. С. 22—24.

Krasnyj B. L., Tarasovskij V. P., Rahmanova E. V., Bondar' V. V. Himicheskaja stojkost' keramicheskih materialov v kislotah i shhelochah [Chemical resistance of ceramic materials in acids and alkalis]. Steklo i keramika [Glass and ceramics]. 2004, no. 10, pp. 22—24 (in Russian).

Химическая технология керамики и огнеупоров / П. П. Будников и др. М. : Издательство литературы по строительству, 1972. 552 c.

Budnikov P. P., Balkevich V. L., Berezhnoy A. S. et al. Himicheskaja tehnologija keramiki i ogneuporov [Chemical technology of ceramics and refractories]. Moscow, Izdatel'stvo literatury po stroitel'stvu Publ., 1972. 552 p. (in Russian).

Красный Б. Л., Тарасовский В. П., Красный А. Б. Химическая стойкость пористой проницаемой керамики на алюмосиликатной связке в кислотных и щелочных реагентах. Стекло и керамика. 2011. № 10. С. 15—17.

Krasnyj B. L., Tarasovskij V. P., Krasnyj A. B. Himicheskaja stojkost' poristoj pronicaemoj keramiki na aljumosilikatnoj svjazke v kislotnyh i shhelochnyh reagentah [Chemical resistance of porous permeable ceramics on an aluminosilicate bond in acid and alkaline reagents]. Steklo i keramika [Glass and ceramics]. 2011, no. 10, pp. 15—17 (in Russian).

Published
2021-12-30
How to Cite
Lisachuk, G. V., Krivobok, R. V., Voloshchuk, V. V., MasalуkinR. A., & Krуvobok N. A. (2021). Chemical resistance of celsian ceramics in acid and alkaline reagents . Scientific Research on Refractories and Technical Ceramics, 121, 129-139. https://doi.org/10.35857/2663-3566.121.14

Most read articles by the same author(s)