2. Система MgO-CaO-Al2o3-SiO2

Четырехкомпонентные системы менее изучены, чем двух- и трехкомпонентные. К наиболее изученным относится система MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂. В других системах изучены лишь частные разрезы, относящиеся к отдельным фазовым треугольникам.

Система MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂ имеет большое значение для технологии огнеупоров, цементов, стекла, ситаллов, каменного литья, базальтовых волокон и других технических продуктов.

Частные тройные системы CaO-Al₂O₃-SiO₂. MgO-Al₂O₃-SiO₂. MgO-CaO-SiO₂, образующиеся три грани четверной системы, были рассмотрены выше. В четверной тройной системе MgO-CaO-Al₂O₃ образование тройных соединений не установлено.

Четверные химические соединения в системе MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂ также не образуются. Поэтому в общем виде границы областей первичной кристаллизации некоторых фаз в этой четверной системе могут быть представлены так, как показано на рис. 1.87.

Точного представления о контурах этих областей внутри тетраэдра нет.

Наиболее полно изучены поля первичной кристаллизации фаз в сечениях системы MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂ с постоянным содержанием Al₂O₃ (через 5 % до 35 % массовой доли Al₂O₃). Эти сечения показаны на рис. 1.88.

Сравнивая эти сечения с диаграммой состояния системы MgO-CaO-SiO₂, видим, что с увеличением содержания Al₂O₃ поля первичной кристаллизации 3СаО ^. 2SiO₂, монтичеллита MgO ^. СаО ^. SiO₂ и мервинита MgO ^. 3СаО ^. 2SiO₂ резко уменьшаются и на сечении с 15 % Al₂O₃ первых двух фаз уже нет. Но появляются поля новых фаз - мелилита, т.е. твердого раствора между геленитом 2СаО ^. Al₂O₃ ^. SiO₂ и окерманитом MgO ^. 2СаО ^. SiO₂, и шпинели MgO ^. Al₂O₃.

Рис. 1.87. Границы полей первичной кристаллизации некоторых фаз в системе MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂

Область первичной кристаллизации мервинита MgO ^. 3СаО ^. 2SiO₂ исчезает при 20 % Al₂O₃. При 25 % Al₂O₃ появляется область первичной кристаллизации кордиерита, при 15 % – шпинели, при 20 % – муллита. Характерно, что шпинель очень быстро становится превалирующей первичной фазой в системе. При 25-35 % Al₂O₃ ее поле кристаллизации занимает большую часть сечения.

Области кристаллизации 2СаО ^. SiO₂ и СаО сохраняются вплоть до 35 % Al₂O₃. Анортит появляется в сечении с 15 % Al₂O₃, вытесняя постепенно область кристаллизации СаО ^. SiO₂.

Наиболее важные четверные эвтектики в системе MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂ следующие: 1) MgO – 5; CaO – 48,5; Al₂O₃ – 41,5; SiO₂ – 5% c температурой плавления 1295 ^оС; 2) MgO – 2,5; СаО – 23,8; Al₂O₃ – 14,2; SiO₂ – 59 % с температурой плавления 1160 ^оС; 3) MgO – 9,4; СаО – 10,2 Al₂O₃ – 18,5 и SiO₂ – 61,9 % с температурой плавления 1222 ^оС. Первая из них важна для технологии магнезиальных огнеупоров и цемента, а следующие две – для стеклоделия.

Если взять сечение с постоянным содержанием MgO, равным 10 % и сравнить его с диаграммой состояния системы CaO-Al₂O₃-SiO₂, то можно увидеть, что при введении 10 % MgO исчезают полностью

Рис. 1.88. Сечения диаграммы состояния системы MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂ с содержанием Al₂O₃ (мас.дол.%): а – 5; б – 10; в – 15; г – 20; д – 25; е – 30; ж – 35

области кристаллизации всех алюминатов кальция и появляются области кристаллизации периклаза, шпинели, кордиерита (рис. 1.89).

Рис. 1.89. Сечения диаграммы состояния системы MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂ с постоянным содержанием MgO, равным 10 мас. дол.%