Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
Циркон 2гБЮ4 имеет низкий коэффициент термического расширения, поэтому он выдерживает резкие колебания температуры. Этот материал используют для футеровки стекловаренных печей и в качестве формовочного песка. ^-Глинозем— полналюминат натрия состава Ка20- (7-4-9) АЬОа — образуется при взаимодействии А120з, входящего в состав футеровки стекловаренных печей, с Ыа20, содержащимся в расплавленном стекле. В па-стоящее время р'-глипозем вызывает повышенный интерес в связи с высокой подвижностью в нем ионов N3+. Р-Глинозем используется в качестве твердого электролита в твердофазных электрохимических источниках тока нового типа (гл. 13).
Многие иеокендпые материалы имеют весьма высокие температуры плавления. Тем не менее их использование в качестве огнеупоров ограничено возможным окислением и высокими финансовыми затратами па производство. Один из наиболее перспективных в этом отношении материал — нитрид кремния Б^КЦ, который молено использовать до температур ~1400°С. При высоких температурах он сохраняет высокую прочность, что позволяет изготавливать из него лопасти турбин и> подшипники, работающие при высоких температурах. Карбид кремния БЮ— широко распространенный материал, устойчивый на воздухе до ~ 1700 °С (благодаря образованию защитной поверхностной пленки БЮ2). Его используют в качестве абразивных материалов (карборунд), нагревательных элементов электрических печей, при изготовлении массивных огнеупорных конструкций. Карборундовые огнеупорные материалы отличаются низкой пористостью, высокой теплопроводностью, они прекрасно выдерживают резкие колебания температуры. Отличный огнеупорный материал — синтетический графит, который весьма устойчив к действию шлаков и расплавленных металлов, за исключением металлов группы железа. Он обладает высокой прочностью, хорошей тепло- и электропроводностью. Эти свойства позволяют использовать синтетический графит в качестве электродов промышленных печей. Дисилицнд молибдена МоБЬ используют для изготовления нагревательных элементов электрических печей, в которых создаются температуры до 1600°С. Устойчивость этого материала к окислению связана с образованием на воздухе защитной поверхностной пленки БЮ2.
20.8. Последние достижения. Сиалоны — нитридные огнеупорные материалы
Нитрид кремния 813М4 — инертный материал, который устойчив при более высоких температурах, чем многие металлические' сплавы. Поэтому в последние годы он находит широкое приме
266
20. Огнеупорные материалы
нение как весьма эффективный высокотемпературный конструкционный материал для изготовления керамических лопаток газовых турбин. Одной из трудностей производства изделий из нитрида кремния как соединения с ковалентным характером химической связи является получение плотноспеченной керамики. В начале 70-х годов в США при изучении процессов спекания 513Ы4 открыт совершенно новый класс химических веществ, который назван талонами. В состав этих веществ входят четыре элемента Б!, А1, О, N (отсюда и название — сиалон), а также ряд других элементов, внедряющихся в кристаллическую решетку .сиалонов. Сиалоны — оксонитридные фазы, структура которых построена из тетраэдров (51, А1) (О, ГМ)4, сочлененных в трехмерный каркас. Некоторые сиалоновые фазы характеризуются прекрасными механическими свойствами и устойчивостью в условиях действия химических агрессивных сред при высоких температурах. Спекание сиалонов осуществляется более просто, чем спекание нитрида кремния. Несомненно, в ближайшее время эти материалы могут найти широкое применение.
Сиалоны представляют интерес и для кристаллохимиков. Многие из этих фаз изоструктурны известным силикатам, например:
1) У5Ю2М изоструктурен волластониту Са5Ю3. Его кристаллическая решетка состоит из бесконечных цепей (БЮгК)3-, аналогичных метасиликатным цепям (5Ю3)2~;
2) У203-5131М4 или У251[51203М4] изоструктурен акермапиту СазМ^ЬО/;
3) У5(8104)3Ы изоструктурен апатиту Са5(Р04)зОН;
4) Ы251А10зЫ — крис|о|алитоподобная фаза, в которой ионы 1_л+ занимают междоузлия в каркасе кристобалитоподоб-ной структуры.
Совсем недавно было найдено, что некоторые композиции в системе М%0—813Ы4 могут бьрть получены в стеклообразном состоянии. Поскольку добавление небольших количеств нитрида в оксидные стекла ведет к повышению температуры стеклования Тв, новые стеклообразные материалы, содержащие большое количество нитрида кремния, могут также иметь весьма интересные свойства, например могут быть устойчивыми при высоких температурах.
Упражнения
20.1. Какими свойствами должны обладать огнеупорные материалы, используемые в качестве футеровки доменных и мартеновских печей? Объясните, почему динасовый кирпич пригоден в этих целях, несмотря на сильно восстановительную атмосферу в печах.
20.2. В чем заключается значение диаграмм состояния для практического использования огнеупорных материалов?
Литература
267
20.3. Объясните, почему дииасовый кирпич не используют для футеровки печей, в которых варят оконное стекло.
20.4. Объясните, почему ценные огнеупорные материалы можно получить при обжиге фарфоровой глины (каолина) и нельзя — при обжиге монтмориллонитовой глины.
