Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
38
имеем здесь наличие одной или, быть может, даже нескольких промежуточных модификаций, точно выделить которые пока еще не удалось.
Превращение а-кристобалит —> 6-кристобалит сопровождается весьма заметным уменьшением объема (на 3%), которое и имеет, как мы увидим, решающее значение для вопросов, связанных с применением кварцевого стекла в условиях высоких температур.
Постараемся в кратких словах подвести итоги. Мы видели, что кремнезем может существовать в одной из трех основных групп модификаций: кварца, тридимита и кристобалита, устойчивых соответственно в температурных областях: г < 870°, 870</<1 470°и Г> 1470°./ Каждая из этих групп имеет внутри себя несколько модификаций, взаимные превращения которых совершаются с большой легкостью непосредственно в момент достижения соответствующей температуры превращения. В противоположность этому межгрупповые превращения осуществляются с большим трудом, растягиваясь на тем больший 'промежуток времени, чем ниже температура. При температурах, меньших 400—500°, превращения одной группы в другую практически не наблюдаемы. Как внутригрупповые, так и межгрупповые превращения сопровождаются изменением плотности, а следовательно и объема. В вопросах, связанных с производством и применением кварцевого ; стекла, особо важную роль играют объемные изменения при переходе а-кварца в 6-кварц и 6-кристобалита в а-кристобалит. Табл. 3 и 4 дают: первая — схему взаимных превращений различных модификаций, вторая — связанные с этими превращениями изменения объема.
ТАБЛИЦА 3
Температура перехода и области устойчивости различных модификаций кремнезема
а. а р-квари я S S п Я а я s S ч я а н т-тридимит а-кристобалит ?-кристооалит
Г руппа кварца, область устойчивости <<870° «-кварц . . . Р-кварц . . 573 573 870 < t < 1 450 370 < t < і 500
Группа триди мита, область устойчивости 870° <?< і450 «-тридимит. Р-тридимит . Т-тридимит . - 117 117 ?63 1 163 - 1 450 <<< і 675
Группа кристобалита, область устойчивости »*5О°<1<1710° ¦"кристобалит . Р-кристоба-" лит . «0-500 < і"<Г - 553 < t < 1 450 - - t< I 450 2O0—275 1 200—275
ТАБЛИЦА 4
Изменения объема при переходе из одной модификации кремнезема и другую
Превращение Температура превращения в °С Увеличение оЗъема в см3 на 1 кг Увеличение .объема в % по отношению к первоначальному оэъему
о-кварц —> р-кв?рц . . 573 3,25 0,86
а-тридимит —>¦ р-триди- 0,14
117 0,63
f-тридимит —>¦ Y-триди- 0,2 (прибл.)
163 1 (прибл.)
а-кристобалит —>¦ ji-кри-
200—275 12 2,8 ,
Кварц —> тридимит . . 1 459 > / > 870 60 16
j(Bapu —>. кристобалит 1 500 > / > 870 45 - 12
ПЛАВЛЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ (РАССТЕКЛОВЫВАНИЕ)
Благодаря медленности превращений основных модификаций кремнезема (кварца, тридимита и кристобалита) друг в друга каждая из них может быть доведена до температуры плавления без превращения в другую модификацию.
Точное определение температуры плавления каждой модификации затрудняется тем обстоятельством, что благодаря громадной вязкости кремнезема, сохраняющейся даже при очень высоких температурах, происходит задержка перегруппировки молекул, той перегруппировки, с которой связано превращение твердого кристаллического тела в аморфную жидкость. Здесь отсутствует область постоянной температуры,, когда подводимая энергия полностью идет на разрушение кристаллической решетки и не затрачивается на увеличение теплового движения молекул. В случае кремнезема разрушение кристаллической решетки идет слишком медленно, для того чтобы поглотить всю энергию, и избыток последней нагревает массу вещества. Таким образом весь процесс плавления с начала до конца сопровождается непрерывным повышением температуры. Об определенной температуре плавления практически говорить становится трудным, и речь может скорее итти об области температур, внутри которой происходит процесс.
Наименее резко выражена температура плавления кварца, наименьшая по сравнению с температурами плавления других модификаций. Благодаря наибольшей вязкости мы имеем здесь наиболее заметную задержку плавления.
Определить температуру, при которой процесс плавления кварца начинается, не представляется никакой возможности. Можно только сказать, что по достижении температуры пгжблизительно 1500° он в большинстве случаев является уже законченным в том смысле, что вещество перешло из кристаллического состояния в аморфное. Однако при этой температуре вязкость кварца настолько велика, что он ведет хебя^1леханическом_отношении почти как твердое тело. Размягчение кварца дает себя знать лишь при'более высоких температурах. Неопределенность понятия «размягчение» приводит различных авторов к несколько отличным друг от друга цифрам (табл. 5).
мл
Температура размягчения кварца
ТАБЛИЦА 5
Автор Температура в ° С Признаки размягчения
Brun3' (1902)............. 1 75Э Кварц начинает течь
Hempel38 (1903)............. 1685 Кварцевый стержень благодаря размягчению
Heraeus39 (1903)............. изгибается
1 675
Lampen40 (1936)......... 1650 Острые грани кварце-
1 600 вого куска закругляются Кварц течет под давле-
