Основу сырьевой смеси ячеистого гранулированного материала составляет кремнистая разновидность природной опоки. В качестве модификаторов фазового состава использовали химические соединения, интенсифицирующие процесс образования минерального расплава при обжиге и стекловидной фазы при его последующем охлаждении. Минеральная система базовых составов включает оксиды SiO₂, CaO, R₂O, где источником SiO₂ и оксида кальция являются породный компонент, а источником оксидов R₂O – модифицирующие добавки.

В результате анализа данных, полученных в ходе проведения петрохимических расчетов, а также диаграмм состояния исследуемых многокомпонентных систем был составлен перечень возможных модификаторов. Из него были экспериментально опробованы следующие вещества: оксиды CaO и MgO, бура природный доломит (CaMg(CO₃)₂), сода (Na₂CO₃), борная кислота, селитра, а также бой стекла свинецсодержащего предприятия ЗАО «Бахметьевская Артель» (г. Никольск). Состав стеклобоя характеризовался следующим содержанием оксидов, % по массе: SiO₂ – 58; PbO – 24; K₂O – 16; ZnO – 1; B₂O₃ – 1.

Составы сырьевых смесей, использованных для изготовления лабораторных образцов, включали следующие основные компоненты (% от массы):

-состав № 1: опока (67,5), стеклоформирующие Na(K)-содержащие модификаторы (29); СаО (3,5);

- состав № 2: опока (70), стеклоформирующие Na(K)-содержащие модификаторы (15); СаСО₃ (15);

- состав № 3: опока (50), стеклоформирующие Na-содержащие модификаторы (10); доломит (10), стекло оптическое (30).

Режимы обжига образцов материала приведены на рис. 1.

Рис.1. Режимы обжига материала

Анализ данных показывает, что состав №3 характеризуется минимальной энергоемкостью процесса изготовления. Этому способствует наличие в его составе легкоплавкой составляющей – свинецсодержащего оптического стекла (табл. 1). Кроме этого, как показали дальнейшие испытания, этот состав отличается расширенным температурным диапазоном жидко-текучего состояния расплава, что существенно облегчает формирование ячеистой структуры.

С целью регулирования прочностных и пиропластических свойств обжигаемых масс было исследовано влияние стекольных наполнителей из боя стекол различного состава (табл. 1), выполняющих роль добавок-активизаторов процесса формирования стекловидного расплава.

Таблица 1. Химический состав фритт

Экспериментальные зависимости прочности материала-основы стеклогранулята от вида и количества стекольного наполнителя приведены на рис. 2.

Рис.2. Влияние добавок-активизаторов на прочность материала-основы

Из данных на рис. 2 следует, что максимальное увеличение прочности материала-основы наблюдается при использовании в качестве стеклообразующих центров наполнителя из боя оптического стекла, а минимальное – при использовании оконного стекла. Это связано с особенностями их химического состава: наличие легкоплавкого оксида
свинца обеспечивает существенное снижение температуры начала спекания материала [2].

Показатели свойств ячеистого гранулированного материала, полученного путем высокотемпературного вспенивания разработанных сырьевых смесей, приведены в табл. 2.

Таблица 2. Показатели свойств ячеистых гранулированных материалов

Анализ данных, приведенных в табл. 2, показывает, что разработанные материалы характеризуются сочетанием ценных эксплуатационных свойств. Существенное улучшение теплозащитных качеств составов, содержащих добавку наполнителя из боя оптического стекла, объясняется наличием PbO. Высокая атомная масса этого компонента препятствует быстрому распространению теплового потока по стекловидной фазе несущего каркаса ячеистого материала [3].