книги из ГПНТБ / Строение и свойства стеклокристаллических материалов на основе горных пород и шлаков (г. Чимкент, 8-10 октября 1974 г.) [сборник статей] 250-летию АН СССР посвящается

Кристаллизация стекол осуществлялась при 900-1300° (вы­ держки от I до 50 часов). Начало кристаллизаийи, определенное по методу массовой кристаллизации в градиентной печи и по дан­ ным ДТА, составляло 900°,

Исследование отекол без добавок, закристаллизованных при

мой состояния. Такие закономерности характерны и дл„ других соотаьов стекол.

Результат^ подобной кристаллизации стекол (в оиотеме аноргитволлаотоиит) впервые были нанесены на диаграмму Торопо­ вым и Тигоненым /4 /. Ими была отмечена достаточная устойчи­ вость выделяющихся при низких температурах кристаллических фаз, несмотря на их метастабильность.

Экспериментальные данные по метастабильной кристаллиза­

при наличии катализирующих добавок C^Oj могут быть пригодны для получения стеклокристаллических материалов. При этом пред­ полагается, что остаточное стекло, более богатое компонентом i'lijO j, уменьшая усадку пироксена, должно играть роль цементи­ рующей связки для мелких кристалликов диопсида. Действительно, нижеприведенные данные по катализированной кристаллизации оте­ кол полностью..подтверждают это предположение.

Кристаллизация стекол с добавкамипроводилась по двухстадийному режиму. Температура первичной термообработки, соответ­ ствующей эРсю дьш еоСразоваы иь, по результатам ДТА соответство­ вала 800°, а второй стадии - 1000°С. Двухстадийная кристалли­ зация стокол повысила прочностные свойства и термостойкость, что связывается с образованием мелкозернистой кристаллической структуры. Конечный продукт, наряд,у с кристаллической фазой диопсида, содержит и некоторое количество остаточного стекла. Что же касается окиси хрома, то она как нуклеахор кристаллиза­ ции выступает самостоятельно, т .е . не образует каких-либо про­ межуточных минеральных фаз. Это подтверждается тем, что на

Д70

рентгенограммах закристаллизованных образцов обнаружены только линии диопсида. По-видимому, действие C?20j сводится к тому, что она выделяется в стекле в процессе варки, охлаадения и первичной термообработки в виде мелкодисперсных частиц, кото­ рые служат центрами кристаллизации и при вторичной термообра­ ботке (в области термического экзозффекга) способствует объем­ ной кристаллизации стекла.

Физико-технические показатели одного не от зклокриотеллшчео-’ ких материалов, полученных на основе отекол рассматриваемой сиотемы, приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Таким образе *, двухступенчатая термообработка исходных отекол, содержащих окись хрома, при температурах, соответству­ ющих температурам зндо- и экзотермических аффектов на кривых ДТА, приводит к образованию центров кристаллизации и их росту и получении стеклокристадлнческого материала пирокоеиового сос­ таве о мелкозернистой структурой, обладающего удовлетворитель­ ными фивико-механическими свойствами .

Выделение в кристаллическую фазу пирокоеиов типа СаО.МуО.

.2 & 0 2 обогащает стекловидную фазу щелочно-заыельыьыи ионами (отронцием). Их количество в основном, определяет термичеокое расширение и электрическую проводимость пироксеиовых стеклонриотадличеоких материалов.

Ли т е р а т у р а

1.Торопов Н.А., Покатов А.А. Диаграмма состояния онотемы мата-

3. ящишвн И.Н. Стаклокраотаалачеаква иатеркаам на ооиове сырья

271

опоидовой криоталличеокой фазы а 10% отекла. С целью повыше­ ния диэлектрических характеристик стеклофазы ситалла и умень­ шения ее кристаллизационной способности в составы 1 - 6 (си. табл. Z.) вводилось соответствующее количество окиси бария. Соотавы шихт исоледованных ситаллов приведены в таблице 3. В качестве вуклеаторов кристаллизации изучены фтор и двуокись

титана. Варка стекол проводилась в корундовых тиглях в нейтральной среде при температуре В 25° * 5°С с выдержкой I чао. Кристалли­ зация стекол изучалаоь методами ДТА, электропроводности, рент­ геновским о высокотемпературной комарой, петрографическим и методом электронной микроскопии. Кристаллизации подвергались как монолитные пробы, так и пробы измельченного отекла.

Анализ кривых ДТА показывает высокую кристаллизационную способность исследуемой системы, причем уже здесь видно, что кристаллизация стекла на основе окислов протекает несколько труднее по оравнению с остальными стеклами. Отсутствие нуклеатора в стекле на основе тремолита практически в£ сказывается на площади эффекта, только увеличение расчетного количества диопсида в соотаве ситалла до 90 % приводит к ооот •. ствующему увеличению площади эффекта. Максимум кристаллизации стекол лежит в области температур 84-5°- 880°С. Данные по электропро­ водности подтверждают протекание кристаллизации в области температур 800°- 900°С и выявляют более сложный - двухступен­ чатый характер этого процесса для стекла на основе окислов. Рентгеновским и петрографическим анализами эдеоь наряду о дм- ° опсидом обнаруживается M ^iiO j и крист обэлит.

Рентгеновским анализом монолитных проб на основа тремо­ лита чаще всего фиксировалось появление диопсида; при кристал­ лизации порошка стекла диопсид фиксировался всегда, причем процесо его кристаллизации заканчивается полностью к 880° - 900°С. По данным петрографического и рентгеновского анализа количеотво выкристаллизовавшегося диопоида в образцах из из­ мельченного отекла соответствовало расчетному. Характер крис­ таллизации монолитных проб определялся природой нуклеатора. Объемная кристаллизация характерна только для составов, содерхащих фтор, в других случаях - криоталпизация поверхностная. Лучшей кристаллизационной способностью обладают составы, со­ держащие совместно фтористый кальций и двуокись титана. Объем­ ная кристаллизация стекол с TU32 протекает при температурах

273

Таблица 3

Компонентный состав шихт иооледованных ситаллов, % вес.

Таким образом:

1. Использование трамолитовых пород в качества иоходного сырья позволяет направить процеоо кристаллизации стекол в системе ‘'М^О - СаО - AlgOj -.ScQ j0 по пути преимуществен­ ной кристаллизации диопсида.

2.При использовании тремолита сиотема, расчитанная на получе­ ние 75-90% диопсида, обладает высокой кристаллизационной

0П000бН00ТЬ|>.

3. Присутствие фтора в составе отекла вызывает ликвационные явления при температурах выше начала размягчения, что спо­ собствует обвед ой кристаллизации и получении ситаллов с равномерной мелкокристаллической структурой.

Л и т е р а т у р а :

I . П.Г.Уоов, 3 ,С.Коновалова, В.И.Верещагин. Физико-химические сроцаооы при получении дмопондовой керамики на основа тре­ молита. Материалы третьей областной научной конференции

275

ВХО иы.Д.И.Менделеева, поовящонной 75-детию химико-техноло­ гического факультета ТПИ. Издат. Томокого университета. 1971.

2. У.Брегг, Г.Кларингбулл. Криоталличеокая отруктура минера­ лов. Изд. "Мир", М., 1967.

3.А.Д.Федосеев, Л.Ф.Григорьева, Т.А.Макарова. Волокнистые силикаты. Изд. "Наука", М.-Л. 1966.

А.И.ЮСУПОВА, С.Т.СУЛЕЙМЕНОВ

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ШЛАКА НА СВОЙСТВА РАСПЛАВОВ И ПОЛУЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ.

В работе экспериментально изучалось влияние изменения химического оостава отвального шлака свинцовой плавки на овойотва раоплавов и полученных изделий.

Для иооледований попользовался шлак циклонной плавки немагнитной фракции клинкера, имеющий следующий состав,вес %\

О,7 -1 ,О С.

Шлаки не подвержены железистому и силикатному распадам. Соотавы шлака, изображенные на проекционной диаграмме А.С.Гинэ берга (5 ), принятой для предварительной оценки оырья, попада­ ют в поле пород, иоподьауе^мх для получения каменного литья.

Общность физино-химичеоких свойотв горных пород и тех­ нических оиликатных расплавов (шлаков)'Облегчает изучение пос­ ледних о целью аффективного прикладного использования.

йооледуемый шлаковый расплав обладает высокой способ­ ностью к кристаллизации. В процессе охлаждения от температуры формования (1300-1250°) до температуры затвердевания (950 - 900°) он кристаллизируется га 50-60%.

Для получения почти полностью закристаллизированных ли­ тых изделий необходима термообработка в течение 5-7 минут при температуре 900°.

Как и в камнелитейной промышленности при криоталли-’ации р а о п д а вполучаемыеа , шлаковые отливки имеют относительно круп­ нозернистую структуру - 100 ♦ 150 микрон.

Патрографичеокие исоледования показали, что основной выделяющейся кристалличеокой фазой является пирокоен (32-85"''

г %

овальное магнетит, сульфиды, хром (6-8%) и отекло (8-10%). • Рентгенофазовым анализом установлено, что ыежплоскоот-

ные расстояния лирокоена совпадают о данными для авгита Са (М^ , Ре, Д£ ) /АС2 S I 0 3 / 2 * Физико-химические и иаханичеокие свойотва получонных шлаковых отливок и изделий каменного литья (для сопоставления) приведены в таОл,1.

Таблица I .

Данные, приведенные в таблице, показывают, что литые изделия из шлаков отличзютоя от традиционных камнелитых изде­ лий несколько пониженными механическими и химическими свойст­ вами. Поэтому, шлаковые литые изделия на основе исходных шла­ ков могут быть использованы з агрегатах и конструкциях, работа которых не ввязана о высокоагресоисныма оредотвами.

Для улучшения химических и механических свойств необхо­ димо увеличить содержание кислотных окнодов в шлаках. Извест­ но , что повышение содержания киодотаых окиолов (.£10? и A820j ) за счет снижения содержания основных (CaO, ЫуО, РеО), вызыва­ ет увеличение киолотоотойкооти литых изделий. Практика произ­ водства и применения изделий из каменного литья показывает, что в высохокиолотоотойком литье содержание слиси кремния,как правило, ооотавляет 47-50% (5 ).

С . елью увеличения содержания кремнезема производили лодшихтовку шлака кварцевым пеоком в количеотаах 5,10,15.20, 25% от веоа шлака.

Химический ооотав кварцевого пеока вес %:

97,8 JglOg, 0,36 Ae2D3 , 0,23 CaO, 0,4Ре203, 0,11 MyO,