Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 5
Текст из файла (страница 5)
С ростом содержания НбО в исходном материале начало образования кристобалнта смещается в сторону более низких температур, 7~~бег уббб'С 44 ь '. гб й Гбб й бб сь бб ег В 4д 4 б б б 4 б 4 > б д 4 5 и 7; СУтКи с б 4 б б Рнс. 4. Состав продуктов крнсталливацвн в аавнсвмостн от температуры н времени обжига равлинных Рцрм кремнезема: а — кремаекислата с содержанием воды Р,ЗЯ; б — то же, 4ЛЯ; а — то же, о,абсьс г — мвврцевая «шерсть», сонержайне воды 4,74; д — кварцевое стекло; г — аморфныа зго,: у — «варц; а — мрнстобатит причем максимальное содержание. кварца и кристобалита также наблюдается при более низких температурах.
Например, при содержании в осажденной кремнекислоте 9,3% воды после 24-ч обжига при 1100'С содержание кварца достигает 81% и кристобалита 16%. При тех же условиях в кремнекислоте с 4,3%воды образуется только 30% кварца и 2474 кристобалита, а при 0,454(7 воды— только 10% кварца. При повышении температуры количество кварца уменьшается, а кристобалита растет (прн 140(ГС достигает 100%). 'Зги опыты наглядно показывают влияние присутствующих ионов ОН на образование кварца и кристобалита. «Кварцевая шерсть» имееттакой же характер кристаллизации, как и осажденная кремне- кислота. Уже после 24-ч нагрева при 1000'С образовывался кварц.
При 1!00'С было обнаружено максимальное содержание кварца — 36%, причем содержание кристобалита составило 33%. С повышением же температуры количество кварца уменьшается, а крнстобалита увеличивается. Полный переход в кристобалит осуществляется при 1400'С, Совершенно иным оказалось поведение кварцевого стекла. Еще в,исходном стекле ре|нтгенографиче. ски было обнаружено содержание 1% кварца, которое оставалось практически постоянным до !ЗОО'С. После 24.ч нагрева при 1200'С появился 44ристобалит (2%), а при 1400'С кварцевое стекло пол~вестью превратилось в крнстобалит.
Различают два механизма действия НрО 1891. Вода может катализировать процесс кристаллизации, .разрывая связи 5! — Π— 51, но она также может ~быть источником кислорода для материалов с недостаточным его содержанием, делая их стехиометрическими.
Если ~предположить, что кристобалит предпочтительнее образуется из стехиометрического, а не нз восстановленного материала, тогда н второй механизм тоже приведет к увеличению скорости кристаллизации. В работе 16] описано исследование кристаллизации чистого кварцевого стекла (с примесями 1 — 2 1О-дбй), полученного различными способами: высокочастотным„ вакуум-компрессионным и кислородно-водородным, .Первые видимые под микроскопом кристаллы на поверхности газоплавленого стекла появились через 72 ч его нагревания при 1350'С, в то время как на образцах стекла, полученного в контакте с графитом (высокочастотный и вакуум-компрессионный способы), первые кристаллы прп той же температуре появились через 2 — 2,5 ч. Таким образом, скорость зарождения центров кристаллизации у электроплавленого стекла примерно в 30 — 35 раз выше, чем у газоплавленого.
В работе 198! сравнивали кристаллизацию кварцевого стекла, подвергнутого тщательной полировке и кислородно-водородном пламени и необработанного специально. После нагревания в течение часа при 1400'С в пер. вом случае центры кристаллизации не были образованы, тогда как во втором появление крнстобалнта было заметно. Состояние поверхности кварцевого стекла имеет решающее значение пои исследовании его крнсталлизацноиных свойств. На образцах, подвергнутых механической обработке [шлифовке и полировке), получить устойчивые результаты по кристаллизационным свойствам не представляется возможным, так как микровключения полирующих материалов сильно влияют на процесс поверхностной кристаллизации [6].' Оплавленная или шлифованая поверхность образца кварцевого стекла, обработанная в горячем 10 — 127аном растворе плавнковой кислоты, имеет более высокую аитикристаллизационную устойчивость. В отличие от обычных стекол плавленый кремнезем очень чувствителен к влаге.
Образцы кварцевого стекла, охлаждаемые воздушной струей, кристаллизуются более интенсивно, чем в случае их охлаждения в сухой атмосфере. Глава !! Технология изготовления кварцевой керамики ОВШИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ Для получения кварцевой керамики известно приме. пение следующих видов исходных сырьевых материалов: прозвачного кварцевого стекла [11, 36, ~38, 411, 43- 54, 56, ° 60 — 8!], непрозрачного кварцевого стекла [15 — 19, 21— 29, 37, 38, 42, 55], синтетического аморфного кремнезема [12 — 14) и кристаллического кремнезема [19]. ~Выбор исходного материала зависит от требований к получаемым изделиям, массовости производства,н др.
Общими при получении кварцевой керамики являются требования в отношении высокой чистоты исходного материала на всех технологических операциях, так как практически все примеси являются активаторами кристаллизации. В связи с этим с целью исключения камола нежелательных примесей помол и подготовку материала ведут в шаровых мельницах с футеровкой из иепрозрач- ного кварцевого стекла, а в качестве мелкнцих тел применяют стержни из прозрачного кварцевого стекла [48, 62]. Кроме того, для мокрого измельчения кварцевого стекла применяют и шаровые мельницы с высокоглиноземнстой илн муллнтовой футеровкой, в качестве мелющих тел при этом используют шары аналогичного состава [14]. Кварцевое стекло (применяемое обычно в виде трубок) аеред помолом подвергается крупному измельчению, травлению в цлавиковой [51] нлн соляной [14) кислоте н многократной промьгвке водой.
С,помощью травления достигают удаление поверхностных налетов на стекле, приводящих в ряде случаев к кристаллизации. Вследствие этого материал в дальнейшем обладает повышенной стойкостью к кристаллизации. Благодаря принятой в работе [5!] технологии подготовки материала в процессе последующих операций сохранялась высокая степень чистоты исходного сырья и содержание примесей в спеченном материале было только на 0,008$ь больше, чем в исходном. Последнее показано в табл. 1, В работе [42] для получения изделий использовали непрозрачное кварцевое стекло с содержанием 99,3а!а 5!Ом измельченное металлическими шарами до 0,06 мм и отмытое от железа разбавленной соляной кислотой. Более тонкий помол осуществлялн в металлических бараба~нах с кварцевыми футеровкой и шарами.
Материал при мокром помоле измельчали до содержания примерно 40оь фракции 1мельче 1 мкм. Пептизцрукнцей добавкой служил 10'4-ный раствор сульфитно-спиртовой ~барды. В работах [37, 38] для сравнения влияния характеристик исходного материала на опеке и кристаллизацию керамики исследования велись с использованием как прозрачного (с содержанием примесей — 0,1ай), так и непрозрачного кварцевого стекла (с содержанием примесей около 0,6О!1). При этом принимали несколько вариантов подготовки исходных материалов: сухой помол в внбромельнице без отмывке от железа, сухой помол в вибромельннцах с отмывкой от железа, мокрый помол в стальной шаровой мельнице стальными шарами с последующей отмывкой от железа.
Исходные материалы измельчали в вибромельнице в течение 15, 30, 60, 120 и 180 мнн. Дисперсность порошка характеризовалась величиной удельной поверхности от 3000 до !ОООО смз!г. Следует отметить, что непрозрачное кварцевое стек- 25 спектрального анализа, % Сумма примесей МКО Мпаоч Ю,о кечоа З10а т!О Сао Ыаао Сио Исходное кварцевое стекло 99,989 0,0107 0,0006 0,001 0,0002 0,0018 0,0004 0,00006 0,ОО8 ~ О,ОО2 0,0188 99,981 0,00!8 0,0008 0,002 0,001 0,0002 0,01 0,003 Обожженный материал или матерна отливки Таблица 1. Химический состав материала по данным- ч ло (плавленый кварц) в Отличие от прозрачного может содержать до 1,5 2$ нерасплавленного кристаллического ЯОз (в форме кварца или кристабалита), что крайне неблагоприятно сказывается па процессе спекания [14).
В ряде случаев (например, для варки некоторых марок сверхпрозрачных стекол) необходима кварцевая керамика высокой чистоты [12, 131. В то же время даже обогащенное природное кварцевое сырье содержит зна'чительное количество красящих примесей — 2.!О-'— 6 1О-зто. В связи с этим для получения кварцевой керамики применяют особо чистый синтетический аморфный кремнезем. Последний получали двумя способами †гидролизом этилового эфира ортокремневой кислоты Я(ОСзНв)й и электролизом растворимого калиевого стекла. Кремнезем, полученный первым способом, имеет зернистую структуру с размерами зерен 2 — 5 мм, а вторым — пластинчатую (с размерами пластинок 3 — 5 мм при толщине 1 мм).
Синтетический кремнезем в исходном виде представляет собой обезвоженный студень кремнекислоты состава ЯОй пНзО. Полученный указанными способами кремнезем подвергается предварительной термообработке при 1150 — 1200'С с целью дегидратации. В работе [14) для изготовления кварцевой керамики применяли синтетический аморфный кремнезем «кабосил», полученный гидролизом тетраэтилортосиликата и обладающий повышенной антикристаллизационной способностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
