Глава 5. Применение диаграмм состояния ситем при разработке составов силикатных материалов

1. Синтез стекол

При выборе составов для синтеза стекол в первую очередь принимают во внимание тот факт, что наиболее устойчивые к кристаллизации стекла образуются на основе эвтектических составов. Кроме того, такие составы обладают и пониженными температурами плавления. Однако, во многих случаях этих факторов оказывается недостаточно по комплексу других необходимых свойств стекол. Так, в системе Na₂O–CaO–SiO₂, являющейся основой большинства промышленных и тарных стекол наиболее легкоплавкой является эвтектика между SiO₂, Na₂O^.2 SiO₂ и Na₂O^.3CaO^.6SiO₂ с температурой плавления 725 ⁰С. В ее составе содержатся 73,5 % SiO₂, 5,2 %СаО и 21,3 % Na₂O. Значительное количество Na₂O в таком стекле приводит к существенному снижению его химической устойчивости.

Поэтому приходтся отклонятся от состава эвтектики в сторону понижения содержания Na₂O. Такую корректировку делают двигаясь на диаграмме вдоль пограничной линии между SiO₂ и Na₂O^.3CaO^.6SiO₂. Составы расплавов находящиеся на пограничной кривой, также отличаются пониженной кристаллизационной способностью, но снеижение содержания Na₂O обеспечивает стеклам на их основе более высокую химическую устойчивость. Область таких составов приведена на рис.1.95.

Рис. 1.95. Составы стекол с низкой кристаллизационной способностью в системе Na₂O–CaO–SiO₂.

Следует также учитывать то обстоятельство, что чем ближе составы стекол приближаются к составам химических соединений на диаграмме, тем выше их кристаллизационная способность и выше температуры плавления.

На основе диаграмм состояния выбирают такие составы стекол, варку которых можно производить в современных промышленных условиях, а свойства расплавов и их кристаллизационная способность позволяют осуществлять технологические процессы формования изделий, обладающих необходимыми свойствами. Дальнейшую корректировку свойств стекол производят усложнением их составов. Так, в составы современных оконных и тарных стекол дополнительно вводится в небольших количествах оксиды алюминия и магния.

При анализе систем для синтеза стекол обычно устанавливают области с пониженными температурами ликвидуса, а затем изучают их стеклообразующую способность, определяя области стеклообразования.

Стекла с высоким показателем преломления с n_D=1,6–1,9 можно получить на основе системы K₂O–PbO–SiO₂ имеющий обширную область стеклообразования.

Рис. 1.96. Система K₂O–PbO–SiO₂ (а) и область стеклообразования (заштрихована) в системе (б).

При содержании менее 63 % SiO₂ в область стеклообразования в этой системе попадают около 15 эвтектик с температурами плавления от 637 до 740 ⁰С. Это оюеспечивает высокую устойчивость стеклообразного состояния при охлаждении таких расплавов и очень низкие температуры синтеза. На основе стеклообрзующих составов этой системы получают ряд оптических флинтов.

Стекла с высокими диэлектричечскими и механическими свойствами синтезируют на основе бесщелочных систем, например в системе MgO–Al₂O₃–SiO₂. В ней наиболее легкоплавкими являются эвтектики с температурами плавления от 1355 до 1460 ⁰С, ограничивающие полн кристаллизации кордиерита (см. рис. 1.77). Именно эта область составов обеспечивает получение расплавов с наиболее устойчивым стеклообразным состоянием. Практический интерес прежде всего представляет эвтектика между тридимитом, кордиеритом и муллитом с температурой плавления 1400 ⁰С.