Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Образцы исходных материалов обжигали с целью кристаллизации при различной температуре. Результаты
21
кристаллизации представлены на рис. 4уиз которого следует, что при прокаливании осажденной кремнекислоты с различным содержанием воды уже при 1000—1100°С
начинается образование кварца. С ростом содержания НгО в исходном материале начало образования кристо-балита смещается в сторону более низких температур,
1500°С
шо°с
шоо°с
к2 / 7^П01 1300"
Ш
/, /// Гз
ж
Ш Ъоооас . в
г
I
60
го
1 2 ш Ш00к *Г500°
//л У чгоо
1 у/ 3
/// то
I /у '1000 "с г
П 1 2 3 4 5 6 7
Т, сутки
Рис. 4. Состав продуктов кристаллизации в зависимости от температуры и времени обжига различных форм кремнезема:
а — кремлекислота с содержанием воды 9,3%; б — то же, 4,3%; в —то же, 0,46%; г — 'Кварцевая «шерсть», содержание воды 5,7%; д — кварцевое 'стекло; 1 — аморфный ЗЮ2; 2—кварц; 3 — крнстобалнт
причем максимальное содержание кварца и кристобали-та также наблюдается при более низких температурах. Например, при содержании в осажденной кремнекислоте 9,3% воды после 24-ч обжига при 1100°С содержание кварца достигает 81% и кристобалита 16%. При тех же условиях в кремнекислоте с 4,3% воды образуется только 30% кварца и 2% кристобалита, а при 0,45% воды — только 10% кварца.. При повышении температуры количество кварца уменьшается, а кристобалита растет (при
22
1400°С достигает 100%). Эти опыты наглядно показывают влияние присутствующих ионов ОН на образование
кварца и кристобалита. «Кварцевая шерсть» имеет такой же характер кристаллизации, как и осажденная кремне-кислота. Уже после 24-ч нагрева при 1000°С образовывался кварц. При 1100°С было обнаружено максимальное содержание кварца — 36%, причем содержание кристобалита составило 33%. С повышением же температуры количество кварца уменьшается, а кристобалита увеличивается. Полный переход в кристобалит осуществляется при 1400°С. Совершенно иным оказалось поведение кварцевого стекла. Еще в исходном стекле рентгенографически 'было обнаружено содержание 1 % кварца, которое оставалось практически постоянным до 13О0°С. После 24-ч нагрева при 1Й00°С появился кристобалит (2%), а при 1400 С кварцевое стекло полностью превратилось в кристобалит.
Различают два механизма действия НгО [|89]. Вода может катализировать процесс кристаллизации, разрывая связи Э1—О—51, но она также может (быть источником кислорода для материалов с недостаточным его содержанием, делая их стехиометрическими. Если •предположить, что кристобалит предпочтительнее образуется из стехиометрического, а не из восстановленного материала, тогда и второй механизм тоже приведет к увеличению скорости кристаллизации.
В работе [6] описано исследование кристаллизации чистого кварцевого стекла (с примесями 1—2- 10-2%), полученного различными способами: высокочастотным, вакуум-компрессионным и кислородно-водородным; Первые видимые под микроскопом кристаллы на поверхности газоплавленого стекла появились через 72 ч его нагревания при 1350°С, в то время как на образцах стекла, полученного в контакте с графитом (высокочастотный и вакуум-компрессионный способы), первые кристаллы при той же температуре появились через 2—2,5 ч. Таким образом, скорость зарождения центров кристаллизации у электроплавленого стекла примерно в 30—35 раз выше, чем у газоплавленого.
В работе [98] сравнивали кристаллизацию кварцевого стекла, подвергнутого тщательной полировке и кислородно-водородном пламени и необработанного специально. После нагревания в течение часа при 1400°С в первом случае центры кристаллизации не были образованы,
23
тогда «ак во втором появление кристобалита было заметно.
Состояние поверхности кварцевого стекла имеет решающее значение при исследовании его кристаллизационных свойств. На образцах, подвергнутых механической обработке (шлифовке и полировке), получить устойчивые результаты по кристаллизационным свойствам не представляется возможным, так как микровключения полирующих материалов сильно влияют на процесс поверхностной кристаллизации [6]."
Оплавленная или шлифованая поверхность образца кварцевого стекла, обработанная в горячем 10—12%-ном растворе плавиковой кислоты, имеет более высокую аитикристаллизационную устойчивость. В отличие от обычных стекол плавленый кремнезем очень чувствителен к влаге. Образцы кварцевого стекла, охлаждаемые воздушной струей, кристаллизуются более интенсивно, чем в случае их охлаждения в сухой атмосфере.
Глава II
Технология изготовления кварцевой керамики
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ
Для получения кварцевой керамики известно применение следующих видов исходных сырьевых материалов: прозрачного кварцевого стекла [11, 36, $8, 41, 43—64, 56, -60—81], непрозрачного кварцевого стекла [15—19, 21 — 29, 37, 38, 42, 55], синтетического аморфного кремнезема [12—14] и кристаллического кремнезема [19]. Выбор исходного материала зависит от требований к получаемым изделиям, массовости производства и др.
Общими при получении кварцевой керамики являются требования в отношении высокой чистоты исходного материала на всех технологических операциях, так как практически все примеси являются активаторами кристаллизации. В связи с этим с целью исключения иамола нежелательных примесей помол и подготовку материала ведут в шаровых мельницах с футеровкой из иепрозрач-
