содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..

Процессы, протекающие при обжиге в производстве изделий из фарфора и фаянса - часть 2

Превращения протекают с большой скоростью ввиду сходства кристаллических решеток модификаций а, В и у-формы. Эти превращения не требуют минерализаторов и протекают по схеме

Объемные изменения кварца при нагревании используют для снижения прочности его перед помолом. При резком охлаждении кварца, предварительно нагретого до 900° С, он разрыхляется и легко измельчается. Несмотря на то, что модификационные превращения кварца протекают в малых температурных интервалах, скорость этих преобразований ниже скорости растворения кварца в полевошпатовом расплаве. Этим также объясняется, например, то, что в фарфоровом черепке кри-стобалит и тридимит встречаются редко и в небольших количествах.

 

Наличие примесей и расплава ускоряет модификационные превращения кремнезема и способствует более, полному их протеканию. Объемные превращения кремнезема учитываются при определении оптимальных кривых обжига изделий. Фактическое изменение объемов зерен кварца и производимое этим вредное действие значительно ниже теоретически возможного из-за наличия трещин в остаточных зернах кварца, заполненных жидкой фазой, что частично амортизирует объемные изменения и связанные с ними напряжения. В черепке фарфора, например, кварц составляет 8—14%.

Кварц, нерастворившийся в расплаве, способствуя механической прочности изделий, одновременно создает внутренние напряжения из-за значительно большего,

чем у других составляющих черепка, КТР (расширение): кварц—1,38%, стеклофаза — 0,53—0,79%, понижая этим термостойкость изделий.

Полевой шпат или его заменители играют активную роль в процессах фазообразования при формировании черепка изделий. Полевые шпаты, пегматиты, нефелиновые сиениты создают жидкую фазу за счет собственного перехода в расплав. Мел, доломит, тальк, взаимодействуя с глинистым веществом, кварцем и другими компонентами массы, образуют легкоплавкие эвтектики. При низких температурах до 600—700°С полевой шпат в массе изделий является отощителем. С повышением температуры в полевом шпате начинаются твердофазные процессы спекания с изменением физических и оптических свойств. При наличии различных минеральных примесей легкоплавкие эвтектики возникают в ограниченных количествах, обеспечивающих достаточную связь минеральных частичек для придания прочности черепку изделий задолго до плавления полевого шпата. При достижении температуры плавления полевошпатового расплава последний выполняет роль растворителя кварца и каолинитового остатка, связки непрореагировавших с расплавом кварца и каолинитового остатка, а. также активного минерализатора, способствующего протеканию внутримолекулярных превращений каолинита, диффузионных процессов и росту линейных размеров новообразований. При этом происходит насыщение полевошпатового расплава диффундирующими ионами алюминия в расплаве. Полнота протекания этих процессов зависит от растворимости кристаллической фазы в жидкой, количества жидкой фазы и ее свойств — способности смачивать твердые частички, растекаться по их поверхности и проникать в капиллярные щели между твердыми частичками.

Процесс структурообразования начинается с момента появления жидкой фазы, хотя известно, что реакция в твердой фазе протекает значительно раньше. Твердофазовое спекание находится в прямой зависимости от величины и формы частиц твердой фазы, а также дефектов кристаллической решетки минералов, так как эти факторы определяют поверхностную энергию, которая играет решающую роль в процессах спекания. Реакции в твердом состоянии протекают путем взаимной диффузии ионов в результате непосредственного контактирования плоскостей частиц твердой фазы. При спекании с участием жидкой фазы создаются условия для интенсивного уплотнения черепка и деформации изделий. Размягчение начинается тогда, когда повышение температуры на 1°С вызывает линейное приращение усадки более чем на 0,03% высоты изделия.

В оценке роли плавней в процессах фазообразования большое значение имеют интервал между началом размягчения и плавлением полевого шпата (у ортоклаза 210°С, у альбита 60°С), вязкость расплава при 1330— 1400° С (калиевого 10, натриевого 1 ТПа-с), сила поверхностного натяжения, смачивающая способность и т. д. Калиевый полевой шпат образует более вязкий расплав, лучше сопротивляющийся деформационным усилиям и обеспечивающий большую плотность изделий, чем натриевый. Повышение температуры обжига снижает вязкость расплава и повышает его реакционную способность. По данным А. И. Августинина и других, растворимость кварца в расплаве альбита и ортоклаза при 1300°С составляет соответственно 25—30 и 15—20%, а  метакаолинита 8—15 и 5—10%. При 1000° С расплав полевого шпата растворяет от 5 до 6% муллита.

Растворение кристаллических фаз начинается с поверхности и зависит от тонины помола компонентов массы, резко возрастая с уменьшением размера частиц. С повышением тонины помола, например, кварца до 15—30 мкм увеличивается его растворимость в расплаве, что способствует большему насыщению и повышению вязкости расплава.

На растворимость кварца в расплаве влияет и его генезис. Кварц пегматитов растворяется значительно активнее, чем кварцевый песок. Кварц из каолинизированного кварцита (гусевского камня) растворяется активнее, чем кварц из пегматита. Это объясняется тем, что каждое зерно кварца в пегматите или гусевском камне уже в какой-то мере более подготовлено природой в результате длительного физического и химического выветривания’ имеет меньшую прочность и большую трещиноватость. Не затронуто в нем только ядро — центральная часть, что способствует большей реакционной способности этих зерен, чем зерен кварцевого песка. Аморфный тонкодисперсный кварц — продукт дегидратации каолинита — обладает высокой растворимостью в расплаве.

В результате растворений полевошпатовый расплавы у поверхности зерен каолинитового остатка насыщается больше глиноземом, у поверхности кварца — кремнеземом. Этим объясняется неоднородность состава (микро-гетерогенность) после затвердения и различие свойств стекловидной фазы (показатель преломления колеблется от 1,535 до 1,529, в то время как показатель прёлом-ления собственно стеклофазы, например, фарфора 1,48). С повышением температуры обжига объем жидкой фазы непрерывно увеличивается (до 45—65% у фарфора, 20—40% У полуфарфора, 15—25% у фаянса) за счет растворения кварца. Снижение до 8—14% количества нерастворившегося кварца происходит за счет частичного перехода его в кристобалит — в фарфоре это количество снижено до 4%- Образование кристобалита нежелательно из-за склонности его к модификационным превращениям во время охлаждения изделий, вызывающим внутренние напряжения в материале изделий и повышенное водопоглощение. Содержание муллита при заданных температурах обжига остается примерно постоянным (для фарфора, обожженного при 1350— 1360°С, около 17—18%). Перекристаллизации муллита способствует наличие в полевошпатовом расплаве групп АlО6, А1О4 и SiО4, являющихся зародышевыми элементами вторичного муллита, обладающего большой стабильностью.

содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..