Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
Богатое кремнеземом тройное соединение девитрит Ыа20-•ЗСаО-бБЮг плавится инконгруэтно при 1047°С, разлагаясь на кристаллы р-СаО-БЮг и расплав. Девитрит в виде шарообразных кристаллических сростков (сферолитов) или тонких игольчатых или призматических кристаллов часто выкристаллизовывается в качестве одной из фаз при расстекловывании (девитрификации) обычных стекол. В поле девитрита (в его верхней части) располагаются составы стекол, наиболее стойких к действию воды и щелочных растворов.
266
Соединение 2Ыа20-СаО-35Ю2 также плавится инконгруэнтно, разлагаясь при 1140°С на кристаллы Ыа20- 2СаО- 35Ю2 и жидкость. Соединение Ыа20-2СаО-35Ю2 плавится при 1284°С без разложения.
Составы в рассматриваемой части системы Ыа20—СаО—БЮ2 характеризуются сравнительной легкоплавкостью. Так, например, все составы, попадающие в элементарный треугольник Ыа20-25Ю2—Ыа20-ЗСаО-65Ю2—БЮг, начинают плавиться при 725°С (эвтектика состава О на диаграмме состояния, рис. 69).
Система Ыа20—СаО—5Ю2 имеет важное значение для технологии производства известково-натриевых силикатных стекол. Она включает в себя составы некоторых промышленных стекол (оконного, посудного, бутылочного, тарного и пр.), в которых БЮг, Ыа20 и СаО являются главными компонентами.
Как и любая другая диаграмма состояния, диаграмма системы Ыа20—СаО—БЮг выражает только равновесные состояния, к которым, как известно, стекло не относится. Тем не менее знание диаграммы состояния этой системы необходимо в стеклоделии как с теоретической, так и чисто практической точек зрения. В технологии изготовления промышленных стекол знание диаграмм состояния соответствующих систем необходимо для борьбы с одним из весьма распространенных дефектов или, как их иногда называют, пороков стекла — камней кристаллизации или расстекловывания, которые представляют собой кристаллические включения в стекле, нарушающие его физическую и химическую однородность. При кристаллизации известково-натриевых силикатных стекол образуются кристаллические фазы, существующие именно в системе Ыа20—СаО—БЮ2. В обычных промышленных стеклах при расстекловывании образуются наиболее часто тридимит, кристобалит, вол-ластонит, псевдоволластонит, девитрит.
Основной причиной кристаллизации стекол являются неправильно выбранный, склонный к кристаллизации состав и нарушения температурного режима варки и выработки стекла. Борьба со склонностью стекол к кристаллизации требует знания природы выпадающей при кристаллизации фазы, температурных пределов, внутри которых стекло может закристаллизоваться (в частности, температуры начала кристаллизации), и скорости кристаллизации. Диаграмма состояния позволяет не только точно ответить по крайней мере на два первых вопроса, но и сделать определенные качественные выводы относительно скорости кристаллизации. Известно, в частности, что стекла, соответствующие по составу определенным химическим соединениям, имеют наибольшую скорость кристаллизации. Составы, образующие при кристаллизации твердую фазу, отличающуюся от состава исходного стекла, будут кристаллизоваться медленнее. Наиболее трудно при прочих равных условиях кристаллизуются эвтектические составы.
267
4.4. СИСТЕМА СаО-А1203-8Ю2
Система СаО—А1203—5Ю2 была впервые детально исследована Г. Ранкиным и Ф. Райтом. В дальнейшем в предложенную ими диаграмму состояния этой системы были внесены некоторые уточнения и изменения. Уточненная диаграмма состояния системы СаО—А1203—БЮг, по Э. Осборну и М. Муану, представлена на рис. 70. В системе СаО—А1203—5Ю2 существует много химических соединений, в том числе несколько бинарных и два тройных.
Бинарные соединения представлены силикатами кальция — ЗСаО-БЮа, 2СаО-5Ю2, ЗСаО-25Ю2 и Са0-5Ю2, алюмосиликатом
/2Са(Ш2о3
Рис. 70. Диаграмма состояния системы СаО —А1203 — БЮ2
ЗА!2Оз-25Ю2, которые рассматривались ранее при описании двойных систем СаО—БЮг и А1203—5Ю2, и алюминатами кальция — ЗСаО-А1203 (плавится инконгруэнтно при 1535°С), 12СаО-7А1203 (по некоторым данным, это соединение имеет состав, выражаемый формулой 5СаО-ЗА1203) (плавится конгруэнтно при 1455°), СаО-А1203 (плавится конгруэнтно при 1600°С), СаО-2А1203 (ранее приписывалась формула ЗСаО-5А1203) (плавится конгруэнтно при 1730°С, однако существуют данные и об инконгруэнтном плавлении этого соединения при 1765°С) и СаО-6А1203 (плавится инконгруэнтно при 1850°С).
Тройные соединения в этой системе представлены анортитом (известковым полевым шпатом) СаО-А1203-25Ю2 и геленитом 2СаО-А1203-5Ю2. Оба эти соединения плавятся без разложения: первое при 1550 и второе при 1590°С. Существуют данные о трех
полиморфных модификациях анортита — триклинной, ромбической и гексагональной, причем гексагональный анортит стабилен до 300°С, при которой он переходит в триклинный анортит, стабильный вплоть до температуры плавления (1550°С), а ромбический анортит метастабилен при всех температурах. По другим данным, стабильной является только триклинная форма анортита, а ромбическая и гексагональные формы — метастабильны. Анортит широко распространен в природе преимущественно в виде непрерывных твердых растворов с альбитом Ыа20-А1203-65Ю2, называемых плагиоклазами и относящихся к одним из главных породообразующих минералов.
