Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
312Н4 ВЫ В4С ЫЬВ2
*Пл, °С 2700 -1900 -3000 -2350 -2900
ШЫ 1-ИС ТаЫ ТаС 2тС
/пл. °С 3305 3890 3360 3880 3540
(В перечень включен и ШС — одно из наболее тугоплавких веществ, известных в настоящее время.)
Выше шла речь в основном о материалах, которые в принципе можно использовать в качестве огнеупоров. Широкое промышленное применение в настоящее время имеют главным образом кремнеземистые, хромомагнезитовые, шамотовые и высокоглиноземистые огнеупорные материалы. Другие тугоплавкие вещества, такие, как и 813Ы4, имеют более специфические области применения.
Основным сырьем для производства динасового кирпича является кварцит, в который для облегчения спекания добавляют 2—3% СаО. При этом из сырья необходимо удалить такие примеси, как оксиды щелочных металлов, так как они обладают высокой флюсующей активностью (рис. 20.3,6). Одна из проблем, возникающих при эксплуатации динасовых кирпичей,— их частичное разрушение из-за изменения объема, которым сопровождается полиморфное превращение кварца (а=г±Р) при 573 "С. Это разрушение про
20.7. Виды огнеупорных материалов
263
является в виде растрескивания. Выше 573 °С кирпичи вполне устойчивы и механически прочны вплоть до температур плавления (~ 1700°С). Из-за высокой вязкости расплавленного оксида кремния за время эксплуатации в кирпичах может накапливаться значительное количество жидкой фазы.
После обжига многие виды глин становятся жаростойкими. Чистый каолин (известный также как фарфоровая глина) имеет примерный состав Al203-2Si02-2H20. Его свойства при высоких температурах можно объяснить с помощью диаграммы состояния системы А12Оа—Si02 (рис. 20.3, а). После потери воды и последующей рекристаллизации материала каолин превращается в смесь муллита и кремнезема состава, примерно отвечающего точке К. Плавление этой смеси начинается при температуре ~1595°С, заканчивается при ~ 1800°С. В монтмориллонптовых же глинах, таких, как бентонит, где отношение оксида кремния к оксиду алюминия гораздо выше (~4:1), содержится значительное количество других катионов, в том числе и катионы щелочных металлов. Комбинация этих двух факторов приводит к понижению температуры плавления материала до ~ 1300 °С н, следовательно, к понижению жаростойкости бентонита.
Высокоглиноземистые огнеупорные материалы обычно содержат >85 масс. % А120з; Si02 присутствует в них в виде главной примеси. Эти материалы изготавливают из диаспора или боксита. Согласно диаграмме состояния системы А120з—Si02 (рис. 20.3, я), в равновесных условиях ниже температуры солидуса (<1840°С) в них сосуществуют две фазы: корунд А120з и муллит 3Al2Cv2Si02. Выше 1840 °С происходит частичное плавление смеси фаз с образованием А120з и жидкости. Известны две различные технологии изготовления высокоглиноземистых огнеупорных кирпичей. Переплавленный оксид алюминия получают путем плавления в электрических печах при ~2000°С. Футеровкой печей служит сама загружаемая шихта. Спеченные глиноземистые кирпичи изготавливают путем обжига при 1700— 1800°С. При таких пониженных температурах проводят спекание оксида алюминия, содержащего значительное количество примесей, причем спекание происходит с участием жидкой фазы. Получающийся продукт отличается низкой пористостью и устойчивостью к истиранию. Спекание высокочистого оксида алюминия, содержащего 5*99,8% А120:), протекает по твердофазному механизму. При этом в А1203 обычно вводят ~0,2% MgO. Хотя действие этой добавки не вполне понятно, получающийся п результате продукт характеризуется нулевой пористостью и оптической прозрачностью. Способы получения жаростойких высокоглииоземистых бетонов описаны в гл. 19.
Магнезиальные и хромомагиезитовые огнеупорные материалы широко используются в качестве футеровки металлургических печей. Это объясняется их устойчивостью к действию расплавленных шлаков. MgO плавится при 2800°С, его можно получить из бруента Mg(OH)2, магнезита MgCCh или доломита CaCCvMgCOs." Сырье обжигают (т. е. нагревают) при 500— 1000 °С. В ходе термического разложения выделяются С02 и Н?0 и образуется высокодисперсный порошок «активного» MgO. «Активный» MgO характеризуется большой удельной поверхностью и гигроскопичностью. Образующийся при взаимодействии MgO с водой Mg(OH)* имеет более низкую плотность, чем оксид магния. Если гидратация MgO идет в процессе его эксплуатации, то увеличение объема изделия ведет к разрушению последнего. Такое разрушение можно предотвратить путем предварительного прокаливания MgO, т. е. путем нагревания MgO до достаточно высоких температур с целью увеличения средних размеров зерен и получения хорошо спеченного материала с низкой пористостью. Температуру предварительной прокалки варьируют от 1400'до 1700 °С в зависимости от содержания примесей в MgO.
Для получения плотной прозрачной магнезиальной керамики и для улучшения спекания к ней добавляют LiF. В процессе спекания IJF улетучивается, а оставшийся чистый оксид магния вполне пригоден для использования при высоких температурах. Промышленные магнезиальные огне
