4. Система k2o-SiO2

Система K₂O-SiO₂ является частной по отношению ко многим практически важным многокомпонентным системам. Имеет значение также в производстве калиевого растворимого стекла. Высокоосновная ее часть сейчас имеет существенное значение в связи с использованием калия для повышения степени ионизации плазмы. Она важна также для технологии калийсодержащих стекол.

Впервые изучена Ф.Крачеком, Г.Мореем, Н.Боуэном. Впоследствии была частично исправлена. Диаграмма системы K₂O-SiO₂ приведена на рис. 1.33.

Рис. 1.33. Диаграмма состояния системы K₂O-SiO₂

В изученной части системы образуются три химических соединения: тетрасиликат калия K₂O ^. 4SiO₂, дисиликат K₂O ^. 2SiO₂ и метасиликат K₂O ^. SiO₂. Кроме того, в части системы, более богатой оксидом калия, кристаллизуется ортосиликат калия 2K₂O ^. SiO₂ с температурой плавления 913 ^оС. Имеются данные о получении соединения K₂O ^. 3SiO₂.

Тетрасиликат калия K₂O ^. 4SiO₂ плавится с частичным разложением при 770 ^оС, т.е. при температуре, близкой к эвтектической (767 ^оС). Легко переходит в стеклообразное состояние и, напротив, кристаллизуется с большим трудом. При 592 ^оС испытывает энантиотропное превращение. Плотность – 2335 кг/м³. У стекла того же состава плотность выше – 2384 кг/м³, т.е. больше, чем у кристаллов.

Дисиликат и метасиликат калия (K₂O ^. 2SiO₂ и K₂O ^. SiO₂) плавятся без разложения. Дисиликат калия имеет полиморфные превращения: согласно предварительным данным – одно (при 596 ^оС), а по последующим – два (при 530-560 ^оС и 240-250 ^оС).

Наиболее легкоплавкая эвтектика возникает между тетра- и дисиликатом – 742 ^оС. Но и вторая эвтектика отличается сравнительно небольшим повышением температуры плавления – 780 ^оС.

В высококремнеземистой части системы обнаружена область метастабильной ликвации, располагающаяся в подсолидусной части системы (ниже 600 ^оС).

Следует обратить внимание на постепенное снижение температур ликвидуса по мере перехода от литиевой системы к натриевой и калиевой. У литиевой системы кривые ликвидуса располагаются выше 1000 ^оС, у натриевой они снижаются до 800 ^оС, а у калиевой – еще ниже, т.е. с увеличением ионного радиуса катиона щелочного металла температура плавления смесей в общем случае уменьшается.

Калиевое растворимое стекло по своим свойствам похоже на натриевое. Однако калиевое жидкое стекло характеризуется большей вязкостью и лучшей клеющей способностью. Более просто получается высокомодульное (до 5) стекло. Кроме того, оно лучше растворяется в воде.

Таблица 1.5. Инвариантные точки системы K₂O-SiO₂

№	Сосуществующие фазы	Процесс		Состав, мас.% К2O SiO2		Темпера-тура, оС
1.	К2O . SiO2 + жидкость		плавление	61,06	38,94	976
2.	К2O . SiO2 + К2O . 2SiO2 + жидкость		эвтектика	54,50	45,50	780
3.	К2O . 2SiO2 + жидкость		плавление	43,95	56,05	1045
4.	К2O . 2SiO2+К2O . 4SiO2 + жидкость		эвтектика	32,40	67,60	742
5.	К2O . 4SiO2 + жидкость		плавление	28,16	71,84	770
6.	К2O . 4SiO2 + SiO2 + жидкость		эвтектика	27,50	72,50	767