Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Вопрос1(14,15)Вопрос 2(13,14,15).docx
Скачиваний:
4
Добавлен:
23.07.2019
Размер:
25.07 Кб
Скачать

13/14. Изучение строения и свойств силикатных и оксидных расплавов.

Основной операцией в производстве силикатных и других тугоплавких материалов является высокотемпературная обработка, в процессе которой твердые вещества могут полностью (технология стекла, эмалей, глазурей, огнеупоров) или частично (портландцементный клинкер, фарфор, фаянс, шамотные или динасовые огнеупоры и т.д.) переходить в расплав.

Плавление - это процесс перехода материалов из твердого состояния в жидкое под действием температуры. Плавление кристаллических веществ является фазовым переходом, связанным со скачкообразным изменением внутреннего строения и физико-механических свойств. Это эндотермический процесс, характеризующийся скрытой теплотой плавления, т.е. количеством тепла, которое необходимо сообщать веществу, нагретому до температуры плавления с тем, чтобы его расплавить. Процесс плавления вещества рассматривается с позиций молекулярно-кинетической теории, как зависящий от накопления в нем вакансий. Ионы отрываются от кристаллического тела и наступает переход вещества в новое агрегатное состояние-жидкость. Если с повышением температуры кристаллическая решетка сильно расширяется и химические связи в ней быстро разрываются, то в кристалле вблизи точки плавления возникают хаотичные микро участки жидкой фазы. Она при температурах, превышающих температуру плавления, переходит в легкоподвижную жидкость.

Высокая температура плавления силикатов и других оксидов, используемых в технологии неметаллических неорганических материалов, осложняет исследование их строения в расплавленном состоянии.

Другим фактором, затрудняющим изучение расплавов силикатов, является их высокая вязкость, превышающая вязкость нормальных жидкостей и вызывающая трудность достижения равновесия между расплавом и газовой фазой согласно таблице 1.

Если охлаждать жидкости, то по мере приближения к температурам их кристаллизации они приобретают сходство с кристаллическими телами. Вблизи точки плавления большинство жидкостей близко к кристаллическому состоянию.

Небольшая разница в удельных объемах жидкого и твердого состояния (~10%) свидетельствуют о небольшом различии межатомных расстояний в жидком и кристаллическом состояниях.

Таблица 1.

Вязкость силикатов и неорганических веществ Вещество

Температура, 0С

Вязкость, дециПа · С

Вода

20

0,01

Сера

160

0,4

Медь

1550

0,02

Железо

1550

0,06

Техническое стекло

1400

103-105

Натриевый полевой шпат

1400

104-105

Калиевый полевой шпат

1400

105-108

Кварцевой стекло

2000

106

1. Свойства силикатных и оксидных расплавов. Вязкость.

На скорость высокотемпературных процессов синтеза разнообразных силикатных и тугоплавких неметаллических материалов главное влияние оказывают вязкость расплава и подвижность ионов в нем. Скорость и полнота химических реакций зависят от скорости диффузии ионов в силикатном расплаве и его вязкости. Чем больше вязкость, тем меньше скорость диффузионных процессов, меньше скорость реакции и роста кристаллов. Большое значение имеет вязкость жидкой фазы в процессе получения материалов путем спекания. При производстве стекла вязкостью расплава определяется режим обработки материала на всех стадиях технологической схемы производства. Вязкость характеризует силу внутреннего трения жидкости и определяется уравнением Ньютона.

F = η * U1U2 * S ,

X

где F – приложенная сила,

η – коэффициент пропорциональности (вязкость),

U1 – U2 – скорость движения 1-го и 2-го слоя,

X – расстояние между слоями,

S – поверхность соприкосновения слоев.

Из этого уравнения следует, что

η = F / S ,

dU / dX

где dU / dX – градиент скорости движения.

Методы определения вязкости расплавов силикатов и оксидов сводятся к оценке перемещения погруженных в расплав тел, в том числе платинового конуса с углом при вершине 1360.

На вязкость расплавов оказывают влияние два фактора: температура и состав расплава. С повышением температуры вязкость силикатных расплавов падает, а при их охлаждении-возрастает. Силикатные расплавы являются много-компонентными, состоящими из ряда оксидов или оксидных соединений в разных соотношениях и доведенных до состояния плавления. Вязкость измеряется в Па/с. Ранее был принят 1 пуаз (П). (1П=0,1 Па*с). С увеличением содержания кремнезема и глинозема вязкость увеличивается.

Катионы-модификаторы, разрушающие кремне- и алюмокислородные анионы, способствуют уменьшению вязкости. Наиболее сильно понижают вяз-кость щелочные катионы, а в меньшей степени-двухвалентные. Чем меньше сила поля катиона, тем больше он понижает вязкость.