8.1.5. Рекристаллизация

Это процесс роста одних кристаллов твердого тела при его термической обработке за счет других кристаллов, происходящий в твердой фазе. Рекристаллизация всегда сопровождает твердофазовый синтез. Следствием этого процесса является изменение размеров и числа кристаллов, т.е. изменение микроструктуры твердого тела.

Различают:

1. первичную или истинную рекристаллизацию;

2. вторичную или собирательную рекристаллизацию.

Первичная рекристаллизация представляет собой процесс, при котором в результате термообработки в твердом теле, подвергнутом пластической деформации, происходит образование центров кристаллизации и последующий рост кристаллов, свободных от искажений, за счет кристаллов, искаженных при пластической деформации. Движущая сила этого процесса – стремление системы к уменьшению термодинамического потенциала за счет снижения дефектности кристаллической решетки и напряжений.

Вторичная рекристаллизация представляет собой происходящий при термической обработке твердого тела процесс неравномерного роста зерен – рост небольшого числа крупных кристаллов за счет более тонкозернистой массы, т.е. небольших по размеру зерен.

Движущей силой процесса является стремление системы к уменьшению внутренней энергии за счет уменьшения поверхностной энергии, т.е. суммарной поверхности зерен.

Регулирование роста кристаллов имеет большое практическое значение. От размера синтезированных кристаллов зависит активность вяжущих материалов. С другой стороны, чрезмерный рост кристаллов в керамическом черепке приводит к появлению вредных напряжений на границе зерен.

8.1.6. Плавление

Плавление – это процесс, встречающийся во всех силикатных технологиях. В производстве цементного клинкера и традиционной керамики плавление частичное, но оно оказывает решающее влияние на жидкофазовый синтез и жидкофазовое спекание. Технология стекла и глиноземистого цемента базируется на полном плавлении обжигаемой шихты, и конечный продукт образуется из расплава. Перевод сырьевой смеси в жидкое состояние обеспечивает более высокую степень гомогенизации.

Все происходящие в расплаве процессы определяются вязкостью и поверхностным натяжением жидкой фазы. Необходимо учитывать, что при плавлении силикатных шихт параллельно протекает два процесса: собственно плавление и растворение отдельных компонентов смеси в расплаве.

8.1.7. Кристаллизация

Это процесс фазового превращения, сопровождающийся образованием в гомогенной среде кристаллов, ограниченных поверхностями раздела, т.е. приводящий к образованию гетерогенной среды. Процессы кристаллизации сопровождают получение цементного клинкера и керамики. Выделение кристаллов происходит при обжиге вследствие пересыщенности расплава определенными ионами; этот процесс существенно ускоряется на стадии охлаждения, когда идет массовая кристаллизация твердой фазы. Наиболее характерный пример кристаллизации – перевод стекол в стеклокристаллическое состояние – ситаллизация.

Процесс кристаллизации сопровождается уменьшением объема и направлен на уменьшение внутренней энергии системы. Он протекает, как правило, в две стадии:

1. образование центров кристаллизации (зародышей);

2. рост кристаллов на образовавшихся центрах путем переноса вещества из объема гомогенной среды к поверхности раздела «кристалл – гомогенная среда», где происходит адсорбция частиц, пришедших через адсорбционный слой, прилегающий к поверхности кристалла.

Управление процессами кристаллизации позволяет формировать фазовый состав силикатных материалов, а также изменять количество, морфологию и размеры кристаллов, что в значительной степени определяет свойства конечных продуктов.