Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
326
повышая напряженность электрического поля, увеличить скорость подъема температуры до 200°С в 1 мин и выше. Как отмечалось неоднократно, это весьма важно, так как высокий темп подъема температуры оказывает существенное влияние на скорость и механизм протекающих высокотемпературных процессов. Для некоторых процессов большое значение имеет и направление градиента температуры. Примером таких процессов может быть процесс вспучивания глин, реализуемый в производстве керамзита.
Изучение механизма вспучивания глин при высокочастотном обжиге, выполненное О. М. Тодесом с сотр., выявило эффективность такого вида термообработки по сравнению с внешним (газовым) обогревом.
Экспериментальные данные показали, что диэлектрический нагрев сравнительно немного увеличивает скорость низкотемпературной сушки глины. В области же высоких температур скорость газовыделения возрастает в 3—4 раза. Наличие высокого градиента скорости нагрева вызывает интенсивное вспучивание гранул в их центральной части. Химический анализ основных выделяющихся газов показал, что при одинаковом качественном составе (С02, 02, СО, Н20) количественное содержание газов при внешнем (обычном) и внутреннем (высокочастотном) нагревах разное. Суммарное газовыделение при высокочастотном обжиге разко возрастает особенно в области высоких температур.
Особо следует отметить, что, используя диэлектрический нагрев, удалось вспучивать материалы, не вспучиваемые обычно при традиционном внешнем нагреве. Приведенный пример лишь одна из иллюстраций возможного использования токов высокой частоты в материаловедении. В настоящее время возможности высокочастотной электротермии чрезвычайно велики. При помощи токов высокой частоты можно нагревать любые материалы до любой температуры за заданное время. Проводники нагреваются в индукторах (индукционный метод), а диэлектрики-— в электрическом поле высокой частоты при помощи конденсаторов (диэлектрический метод). Кроме этих двух методов все большее значение для технологических целей приобретает нагрев при бесконтактной передаче сверхвысокочастотных колебаний от волновода или рупорной антенны к объекту нагрева. Переход от коротковолнового диапазона частот тока к сантиметровому (сверхвысокочастотному) приводит к качественному скачку: энергия электрического поля поглощается эффективно даже теми материалами, которые трудно нагреть в поле тока высокой частоты. Высокие коэффициенты использования энергии при сверхвысокочастотном нагреве (около 70% электроэнергии, потребляемой от сети СВЧ генератором, преобразуется в теплоту) выдвигают этот метод в число самых перспективных, особенно если учесть возможность создания генераторов мощностью в сотни и тысячи киловатт.
Радиационно-термический метод. Метод основан на прямом использовании электрической энергии в виде пучков электронов, со-
327
здаваемых мощными ускорителями, для термообработки различных шихт, рассчитанных на получение тугоплавких веществ.
В результате изучения процесса термообработки портландце-ментных шихт варьирующих составов выявлено следующее: под действием пучка ускоренных электронов, направленных на слой шихты высотой до 10 мм, происходит чрезвычайно быстрый разогрев термообрабатываемого материала, следствием чего, как и при расплаво-термическом синтезе, является резкое ускорение процесса минералообразования цементных минералов. При использовании радиационно-термической обработки свой вклад в минералообразо-вание вносят и радиационные эффекты, так как имеет место радиационное стимулирование процессов разложения исходных сырьевых компонентов и синтеза клинкерных минералов. Полное завершение реакций клинкерообразования достигается за многократно меньший период времени и при температуре на 150...200°С ниже обычно используемых.
Если удастся подобрать работоспособный вариант аппаратурного оформления процесса, рассматриваемый метод может стать одним из перспективных путей синтеза различных тугоплавких веществ.
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) тугоплавких неорганических соединений. Принципиально новый способ высокотемпературного синтеза неметаллических неорганических материалов разработан А. Г. Мержановым с сотр. В основу синтеза положено открытое им в 1967 г. явление распространения фронта горения в смесях порошков тугоплавких химических элементов, приводящее к образованию тугоплавких соединений. К настоящему времени это явление распространено и на композиции с участием нетугоплавких элементов, а также жидких и газообразных веществ. Обобщенная химическая схема процесса, получившая название самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), имеет вид
т п
/=1 Т-1
где X —Т1, 2т, Ш, V, N1), Та, Мо, W и др.; У —неметалл; Ъ — бо-риды, карбиды, нитриды, силициды и др.
Элементы X представляют собой порошки металлов, У — используются в порошкообразном, жидком и газообразном состояниях, готовый продукт Ъ является тугоплавким и при температуре горения находится обычно в твердом состоянии. Элементы X (металлы) играют роль горючего, элементы У (неметаллы) — роль окислителя.
