Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
Значение системы СаО—БЮг определяется тем, что существующие в ней соединения являются важной составной частью многих технических продуктов—-цементов, доломитовых и других огнеупоров, некоторых видов керамики, шлаков черной металлургии и т. д. В частности, ЗСаО-5Ю2 в виде минерала алита представляет собой главный минерал портландцемента (алит представляет собой твердый раствор в ЗСаО-БЮг небольшого количества примесных оксидов, прежде всего А120з и М^О), в состав портландцемента входит также р-форма 2СаО-5Ю2 в виде минерала белита и т. д.
3.5. СИСТЕМА А1203— вЮг
Система А1203—ЭЮг (рис. 55) впервые была детально изучена Н. Боуэном и Д. Грейгом, по данным которых в системе существует только одно бинарное соединение — муллит, состав которо-
239
238
го соответствует формуле ЗА1203-28Ю2. По Н. Боуэну и Д. Грейгу, муллит плавится инконгруэнтно при 1810°С, разлагаясь на корунд а-А1203 и жидкость состава ~45% (мае.) БЮг и 55% (мае.) А1203.
Более поздние исследования, проведенные советским учеными Н. А. Тороповым и Ф. Я. Галаховым, позволили внести существенные изменения в диаграмму состояния системы А1203—БЮг. Прежде всего было показано, что выделение корунда при плавлении
муллита (т. е. его инконгруэнт-
2000
1800
1600
то
Жидкость (ж)
Кристобалит* + Ж
Г18Ю
Муллит + ж
'1545
Кристобалит + Муллит
0 10 20 3(7 40 50 60 Щ 80 90 100 5Юг % (мае.) Ж20}-2510г А1203
Рис. 55. Диаграмма состояния системы А1203—БЮг по Н. Боуэну и Д. Грейгу
ное плавление) наблюдается только в тех случаях, когда не принимается мер против улетучивания кремнезема при высоких температурах из расплава муллитового состава. В условиях же, когда расплавы предохраняются от возможного частичного улетучивания кремнезема, муллит плавится не разлагаясь, т. е. характеризуется конгруэнтным плавлением. Кроме того, было обнаружено, что муллит образует с корундом твердые растворы и определена область их существования.
Диаграмма состояния системы А1203—5Ю2 по Н. А. Торопову и Ф. Я. Галахову представлена на рис. 56. Согласно этой диаграмме муллит плавится конгруэнтно при 1910°С и образует две эвтектики: одну с 5Ю2 при 1585°С и вторую (в виде твердого раствора) с А1203 при 1850°С, соответствующую содержанию 79% (мае.) А1203 и 21% (мае.) 5Ю2. Область твердых растворов муллита с корундом простирается от состава муллита (3:2), соответствующего содержанию 71,8% (мае.) А1203 и 28,2% (мае.) ЭЮг, до предельного состава (2: 1), соответствующего содержанию ~78% (мае.) А1203 и 22% (мае.) ?>Ю2. Дальнейшие исследования П. П. Будникова, С. Г. Тресвятского и В. И. Кушаковского, а также С. Арамаки и Р. Роя подтвердили принципиальную правильность диаграммы состояния А1203—5Ю2, предложенную Н. А. Тороповым и Ф. Я. Галаховым. Некоторые указывают также на возможность образования ограниченных твердых растворов между муллитом и 5Ю2.
Рассмотрим некоторые особенности системы А1203—5Ю2. Прежде всего нужно обратить внимание на то, что на диаграмме состояния этой системы отсутствует какой-либо максимум на кривой ликвидуса, который бы соответствовал соединению А1203-5Ю2 [62,9% (мае.) А1203 и 37,1% (мае.) БЮг], распространенному в природе в виде минералов группы силлиманита (силлиманит и его разновидности — кианит и андалузит). Это объясняет-
240
ся тем, что при обычном давлении, при котором построены приведенные диаграммы, соединение АЬОэ-БЮг не имеет области устойчивого равновесного состояния. Однако, как показывают некоторые исследования, при высоких давлениях такие области на диаграмме состояния системы А1203-5Ю2 появляются. Так, например, при давлении 2520 МПа устойчивым бинарным соединением в этой системе является уже не муллит, а кианит, плавящийся инконгруэнтно
1900 1800 1700 1600 1500
1585°
Кристобалит + муллит
О
Ы02
10 20 30 40 50 60 70\ 80 90 100
%(мае)
Муллит /\1,03
Рис. 56. Диаграмма состояния системы А120з— БЮг по Н. А. Торопову и Ф. Я. Галахову
при температуре ~1500°С. В природе минералы группы силлиманита образовались из каолинита А1203-25Ю2-2Н20 в специфических условиях под воздействием высоких температур и давлений. Синтетически же при обычном давлении их получить не удается, так как при нагревании они необратимо переходят в муллит и кристобалит:
3 (А120з-5102) ЗА1203-25Ю2 + 5Ю2
Другая особенность диаграммы состояния системы А1203—БЮг, оказывающая большое влияние на практическое применение некоторых технических продуктов, состав которых лежит в этой системе, состоит в весьма пологом характере кривой ликвидуса в области кристаллизации муллита, лежащей влево от его состава. Такой пологий ход кривой ликвидуса обусловливает очень быстрое нарастание содержания жидкой фазы при нагревании смесей, содержащих от 5,5% (мае.) (эвтектика при 1585°С) до ~72% (мае.) А1203. Отсюда следует, что при температурах выше 1600°С для составов, содержащих указанное количество А1203, содержание жидкой фазы в системе будет очень сильно зависеть от соотношения в образцах А1203 и 5Ю2.
Система А1203—5Ю2 имеет особенно большое значение для технологии производства различных алюмосиликатных огнеупоров и
