2.6.1 Образование центров кристаллизации (зародышей)

Цент­ры кристаллизации представляют собой микрочастицы с упорядочен­ным составом и структурой, имеющие границу раздела фаз с окружаю­щей средой. Центры кристаллизации могут зарождаться гомогенно в результате локальных флуктуации состава или структуры. В случае гомогенной кристаллизации состав выделяющихся кристаллов соответст­вует составу центров кристаллизации. Гетерогенная кристаллизация происходит на примесных центрах инородной фазы. Состав кристаллов в этом случае не соответствует составу центров кристаллизации.

Скорость образования центров кристаллизации и линей­ная скорость роста кристаллов зависят от температуры.

По мере увеличения степени переохлаждения растет скорость образования центров кристаллизации и таким образом их число. После достижения максимального значения в некотором температурном интер­вале, определяемом составом стекла, вязкостью стекломассы, а также природой выделяющейся кристаллической фазы, скорость образования центров кристаллизации уменьшается до нуля.

В области высоких температур подвижность частиц велика, возникающие центры кристаллизации не устойчивы. С понижением температуры повышается стабильность центров, особенно после достижения ими критических размеров. Скорость зародышеобразования при этом резко возрастает.

2.6.2 Рост кристаллов

Параметрами, определяющими кристаллизационную способность стекол, являются температурный интервал кристаллизации, верхняя температура кристаллизации (равная температуре ликвидуса) и скорость роста кристаллов. В технологии стекла важно, чтобы кристаллизацион­ная способность расплава и стекломассы была низкой, т.е. температур­ный интервал кристаллизации должен быть узким, скорость кристалли­зации мала, а верхняя температура кристаллизации лежать ниже тем­пературы выработки стекломассы.

На рисунке 2.3 представлена технологическая схема получения ситаллов по стекольной технологии.

Наиболее опасными с точки зрения возможной кристаллизации стек­ла являются температурные зоны студки и выработки.

Границы раздела фаз – поверхность стекла – воздух, участки соприкосновения с огнеупорами, газовые пузыри в стекломассе, свили, инородные твердые включения и т. п. – способствуют кристаллизации стекла.

карбонат

бария

глинозем

кварцевый песок

рутил

мел

фторид

алюминия

исходная шихта

силикатообразование

варка стекла

стеклообразование

выработка стекла на воду

получение гранулята

осветление

гомогенизация

прессование

студка

ситаллизация

контроль параметров

отбраковка

склад

Рисунок 2.1 – Технологическая схема получения ситаллов по стекольной технологии

В зависимости от соотношения различных параметров процесс кристаллизации может развиваться различно. Например, при высокой скорости роста кристаллов и низкой скорости зародышеобразования в стекле наиболее вероятно образование крупных кристаллов или сферолитов. Наоборот, при низкой скорости роста кристаллов и высокой ско­рости образования центров кристаллизации в стекле образуются много­численные кристаллические включения примерно одинаковых размеров

Кристаллизация стекол может быть поверхностной и объемной. Объемная кристаллизация развивается, как правило, после того, как прошла поверхностная кристаллизация. Низкая вязкость стекол в тем­пературной области кристаллизации способствует их объемной кристал­лизации.

Да­же незначительно изменяя со­отношение компонентов в соста­ве стекла, удается влиять на склонность стекол к кристалли­зации.