Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Существенное влияние на кристаллизацию оказывает и пористость (величина поверхности, раздела) материала. Последнее следует из кривых 3, 4, рис. 82. Кварцевая пенокерамика с меньшим объемным весом (кривая 3) имеет большую склонность к кристаллизации, чем более плотная (кривая 4).
т,ч
Рис. 82. Зависимость содержания кристобалита от продолжительности термообработки при 1200°С для керамики на основе непрозрачного кварцевого стекла с помолом в корундовой мельнице (/) на основе синтетического БіОг с помолом в муллитовой мельнице (2), пенокарамики с объемной массой 0,33 г/ом3 (3), то же, с р= =0,60 (4) и кварцевой керамики на основе синтетического БіОг с помолом в корундовой мельнице (5)
166
Т, Ч
Рис. 83. Тамяературяо-временная зависимость начальной кристаллизации кварцевой керамики
Связь между температурой и временем начальной кристаллизации кварцевой керамики может быть показана кривой ее температурно-временной зависимости. Кривая зависимости, построенная по данным спекания и кристаллизации высокоплотных (с пористостью до 13%) отливок на основе прозрачного кварцевого стекла, показана на рис. 83, по работе [51]. Если высокоплотные шликерные отливки спекались при температурах и времени ниже соответствующей кривой кристаллизации, то в материале на основе отливок повышенной пористости в ряде случаев было отмечено появление кристобалита, Следует отметить, что температурно-временная кристаллизации, а следовательно, и ния существенно зависят от чистоты риала, среды при спекании и пр.
Кристобалит, образующийся в объеме кварцевой керамики, имеет как очковую структуру, так и располагается на стыке (границе) зерен (рис. 84). В зависимости от температуры спекания, наличия примесей и пр. шаровидные включения имеют размер от долей миллиметра до нескольких1. Шлифы керамики с очковой структурой представляют собой стекловатую массу, на фоне которой наблюдаются очковые образования — округлые, более прозрачные, менее пористые участки. В центре очковых образований видны поры, вокруг которых наблюдается кристаллизация оптически положительного кристобалита, образующего агрегаты в виде «цветов», в каждом «лепестке» которых погасание беспорядочное, иногда фронтальное, свидетельствующее о тонкочешуйчатом характере кристаллизации. Видимость «цветов» создается за счет радиальных и концентрических трещин, образующихся за счет перехода а- в р-кристобалит с уменьшением объема.
зависимость условия спека-исходного мате-
1 Исследования структуры выполнены автором совместно с А. В. Саккилари.
7* Зак. 522
167
Рис. М. Эяжеяты очковой структуры: й - тоикочешуйчатые образо-
(ХИ000)
168
С целью предотвращения кристаллизации кварцевой керамики при ее спекании изучалось влияние ряда добавок- ,
(В патенте ОША* предложен способ производства кварцевой керамики, предотвращающий появление крис-тобалита за счет введения в состав сырья тонкоизмель-ченной В2О3 в количестве не менее 1,2% по отношению к весу БЮг. Последний вводится в тонкоизмельченный (до размера зерен 2—4 мкм) порошок, после чего одним •из способов подготавливается масса для формования. Обжиг должен проходить в плотно закупоренном капселе или в кварцевом песке во избежание непосредственного контакта с атмосферой печи. Температура обжига 1350°С с выдержкой 30 мин. Отмечается, что хорошие результаты дает спекание изделий в атмосфере водорода или в атмосфере, содержащей пары соединений бора.
Однако выяснено, что введение добавок В2Оз хотя и позволяет несколько интенсифицировать процесс спекания и повышает температуру начала кристаллизации, но, как правило, не может быть рекомендовано по ряду причин. К ним относятся: склонность В20з к улетучиванию и неравномерному распределению в объеме образцов; ухудшение термомеханических свойств, повышение КТР материала. При этом добавки В2Оэ вводились в количестве от 1 до 5% или в виде соответствующих соединений в суспензию или в виде окислов в кварцевую шихту при плавке. Добавки А1203, вводимые с целью подавления кристаллизации в количестве 1,2 и 5% как в виде раствора квасцов в суспензию, так и в шихту при плавке, не дали положительных результатов.
Кварцевая пенокерамика по сравнению с плотной обладает более выраженной кристаллизационной способностью, так как расстекловывание кварцевого стекла начинается с поверхности. В работе [174] изучалось влияние отдельных окислов на кристаллизацию кварцевого пеностекла. Добавка вводилась в количестве 3%. Изучалось влияние добавок следующих окислов: Ы2, М^б, СаО, ВаО, 2пО, Вг203, А1?>3 5е203, Оа203, У203, 1п203, ЬааОз, Ш203, вй203, 5гп203, УЬ203, Ш02, 2г02, ТЮ2, Та205, Р205, У2Об, \У03.
Полученные результаты представлены в виде диаграммы на рис. 85. По оси ординат на диаграмме отложено время, необходимое для полной кристаллизации пе-
: Шт.^ША), ^2973278, 1961; '
169
•нокварца при 1600°;С, а на оси абсцис — заряд катиона добавки. Пунктиром нанесено время (16 мин), необходимое для полной кристаллизации материала без добавки. Как следует из рис. 85, все трехвалентные катионы тормозят процесс кристаллизации, причем катионы бора в наибольшей степени. Тормозящее действие окислов четырехвалентных катионов менее заметно. Окислы одно-и двухвалентных элементов преимущественно способствуют кристаллизации, окислы пяти- и шестивалентных
