11

Динасові вогнетриви.

Динасом називають вогнетривкий матеріал, що містить не менше 93% SіО₂ , виготовлений з кварцових порід на вапняковій чи іншій зв'язці і випалений при температурі, яка забезпечує поліморфне перетворення кварцу в тридиміт і кристобаліт.

В залежності від призначення і властивостей розрізняють три основних види динасу: коксовий, металургійний і динас для скловарильних печей, в тому числі особливо відповідальний для електровакуумної промисловості. За формою динасові вироби бувають прості і фасонні.

1. ФІЗИКО-ХЕМІЧНІ ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЇ ДИНАСУ.

Оксид силіцію відомий в двох аморфних і семи кристалічних модифікаціях. Аморфними є гель SіО₂ і кварцове скло; кристалічними - - і -кварц, -, - і -тридиміт, - і -кристобаліт.

Мал.1. Ідеальна діаграма стану системи SіО₂ в осях температура - тиск парів модифікацій SіО₂.

Найбільш розповсюдженою в природі формою є -кварц. Він зустрічається у вигляді кварцового піску, кварцитів, гірського кришталю, як складова частина вивержених порід, пісковиків, як домішка в глинах і каолінах. При 573 ^оС -кварц швидко і повністю переходить в -кварц і вище цієї температури не існує. При охолодженні відбувається зворотній перехід -кварцу в -кварц. Через  позначають форми стабільні при найвищих температурах. Наступні форми, які виникають в процесі охолодження позначають через ,  і т.д.

-кварц в природі не зустрічається. Він є стабільним інтервалі температур 573-870 ^оС і при 870 ^оС повільно і тільки в присутності сильного топника-мінералізатора а також при достатньому подрібненні переходить в -тридиміт. В присутності мінералізаторів, які використовують в заводській практиці, тонкоподрібнений -кварц переходить в -тридиміт через проміжну фазу метакристобаліт при 1200-1470 ^оС. Якщо ж в складі маси немає топників, то при нагріванні до 1300-1450 ^оС -кварц через фазу метакристобаліту повільно переходить в -кристобаліт, хоча згідно діаграми, при цих температурах стабільним є -тридиміт. При достатньо швидкому нагріванні до температури дещо вище 1600 ^оС кварц топиться, оминаючи перехід його в інші модифікації. При топленні отримується рідина високої в'язкості.

-тридиміт в природі не зустрічається, так як область стабільності його 870-1470 ^оС. При охолодженні він через проміжну форму -тридиміт перетворюється в -тридиміт. При 1470 ^оС і вище починається повільний перехід в -кристобаліт. Швидким нагріванням до температури вище 1670 ^оС -тридиміт перетворюється в розтоп, оминаючи перехід в -кристобаліт. Тридиміт не є кристалічною фазою чистого SіО₂. Він може бути отриманий тільки з допомогою додавання до оксиду силіцію сторонніх іонів. Після видалення з ґратки тридиміту сторонніх іонів вона перебудовується в кристобалітову.

-кристобаліт при 1728 ^оС перетворюється в кварцове скло. При охолодженні -кристобаліт переходить в -кристобаліт.

Розтоплений оксид силіцію при швидкому охолодженні застигає у вигляді скла без виділення кристалів. Кварцове скло в температурному інтервалі від 20 до 1000 ^оС має дуже низький ТКЛР, який дорівнює 0,510^-6 град^-1. При нагріванні до температури вище 1000 ^оС кварцове скло розскловується в -кристобаліт, який при охолодженні нижче 240-270 ^оС переходить в -кристобаліт. При повторних нагріваннях і охолодженнях внаслідок зміни об'єму при взаємних переходах - і - форм кристобаліту виріб з кварцового скла розтріскується.

Поліморфізм оксиду силіцію має дуже складний характер. В температурних областях стабільності одних кристалічних форм можуть існувати в нестабільному стані інші форми.

Важливе значення для технології динасу має швидкість переходу однієї модифікації SіО₂ в іншу. Перетворення однієї -модифікації в іншу -модифікацію протікають дуже важко і без додатку мінералізатора є практично непомітними. Це обумовлено тим, що ці модифікації суттєво відрізняються за властивостями і кристалічною структурою одна від одної. Переходи різних форм однієї і тієї ж модифікації (- в - і - і навпаки) відбуваються швидко, так як ці форми за своїми властивостями і кристалічною структурою є близькими між собою.

Перетворення -кварц  -тридиміт  -кристобаліт  розтоп є незворотніми. Якщо, наприклад, повністю перевести нагріванням при відповідних умовах природний -кварц в -тридиміт чи -кристобаліт, то при охолодженні отримається не -кварц, а відповідно -тридиміт або -кристобаліт. Це дозволяє отримувати SіО₂ необхідної модифікації.

Найважливішим для керамічної технології наслідком поліморфних перетворень оксиду силіцію є пов'язані з ними зміни істинної густини чи об'єму, які досягають значних величин.

Зміни об'єму при швидко протікаючих перетвореннях різних форм однієї модифікації менш значні, ніж зміни об'єму при повільно протікаючих перетвореннях різних модифікацій (табл. 1).

Таблиця 1.