Двуокись кремния. Часть 4
Полиморфизм кремнезема может влиять на кинетику реакций в кристаллических смесях, содержащих этот окисел (так называемый эффект Хедвала).
Однако практическое значение превращений кремнезема связано главным образом с их огромной ролью в производстве и эксплуатации одного из важнейших огнеупорных материалов — динаса.
Значительный теоретический и практический интерес представляет процесс спекания чистых модификаций кремнезема, но он изучен пока еще недостаточно. Известно, что тонкие порошки кварца из горного хрусталя спекаются в интервале 1500—1570° С, при дальнейшем же повышении температуры прочность и плотность спекшихся образцов снижается, что объясняется переходом кварца в кристобалит. Тамман нашел, что «спекание» порошка кремнезема начинается при 800° С, т. е. близко к температуре перехода кварца в другие модификации. Хедвал показал, что в момент модифика-ционного превращения кремнезема скорость реакции в твердой фазе заметно возрастает, что является следствием увеличения энергии кристаллической решетки и большой поверхности вновь образующихся кристаллов.
Спекание порошков кварца и кристобалита в зависимости от чистоты, размера зерен, температуры и времени изучали Дитц и Шулле [613]. Чистый кристобалит был получен из порошка горного хрустал» прокаливанием при 1530° С в течение 5 ч.
Образцы из увлажненных порошков прессовали под давлением 1300 кг/см2.
Кварц начинал спекаться при 1250° С, что заметно было по росту его прочности и плотности. Выше 1450° С наблюдалось снижение прочности, что объясняется превращением кварца в кристобалит.
Это явление наблюдал также Валтон [614] при обжиге изделий из кварцевого стекла, полученного методом литья из водных суспензий. Им установлено, что небольшое содержание кристобалита (до 3%) повышает прочность образцов. Кристобалит начинает спекаться при температуре выше 1450° С, но эффект спекания кристобалита ниже, чем у кварца, однако выражен он достаточно ясно. Независимо от вида исходного кварца спекание с повышением степени дисперсности улучшается. Существенное влияние на спекание оказывают примеси.
Спекание кремнеземистых материалов протекает в твердой фазе, а влияние жидкой фазы, образующейся за счет примесей, имеет подчиненное значение. Уплотнение и упрочнение кварца, по мнению авторов, объясняется образованием промежуточной аморфной фазы при переходе кварца в кристобалит, чему способствует минерализующее влияние примеси. Однако объяснить эффект спекания кристобалита этим же нельзя, так как в этой модификации кремнезема промежуточная фаза не образуется.
Не исключена возможность, что на спекание кварца и кристобалита оказывают влияние диффузионные процессы.
Доказательством наличия спекания кварца и кристобалита в твердой фазе, по мнению авторов, является также взаимосвязь между температурой плавления и спекания. Для окислов величина температуры начала спекания лежит в пределах 80—90% температуры плавления, выраженной в °К. Из табл. 40 можно видеть, что у кварца и кристобалита это положение сохраняется.
Другие части: