2014-02-17
693
Лекция № 14 ФХС.
Спекание в присутствии жидкой фазы, смачивающей твердую, является самым распространенным случаем спекания в технологии силикатов. Такое спекание может происходить как при наличии, так и в отсутствие взаимодействия между жидкой и твердой фазами.
Спекание в отсутствие заметного взаимодействия твердой и жидкой фаз, имеющее место при получении некоторых огнеупоров, сопровождается заполнением жидкой фазы пор между зернами. Если количество жидкой фазы достаточно, то все поры будут заполнены, произойдет перегруппировка зерен и усадка материала. Движущей силой этого вида спекания является поверхностное натяжение расплава, определяющее возникновение в замкнутой округлой поре отрицательного давления, которое приводит к заплыванию поры и сближению зерен.
Поверхностное натяжение силикатных расплавов при нагревании изменяется мало и не оказывает на процесс спекания большого влияния. Вязкость силикатных расплавов в значительной мере зависит от их состава и температуры. Она не должна быть малой, чтобы не произошла деформация материала (изделий) под действием силы тяжести. Например, у типичных натрийкальцийсиликатных стекол в температурном интервале в 1000С вязкость изменяется в тысячу раз и более. Учитывая характер изменения коэффициента вязкости при изменении температуры, режим обжига силикатных изделий тщательно контролируется.
Если при спекании происходит взаимодействие жидкой и твердой фаз, спекание протекает в три стадии. На первой стадии после появления жидкой фазы происходит сближение и перераспределение зерен. На второй стадии протекает процесс растворения твердой фазы в жидкой и по мере ее насыщения – кристаллизация из нее этой же фазы. На третьей стадии заканчивается рекристаллизации и прекращается уплотнение, формируется жесткий каркас тела.
Твердожидкостное спекание. В таких силикатных материалах, как фарфор, портландцементный клинкер и другие, когда в процессе обжига происходит образование новых кристаллических фаз, процессы спекания еще более сложны. В этих случаях процесс спекания слагается из двух групп реакций, часто взаимно накладывающихся, - реакций в твердых фазах и реакций с участием расплава. Г.Куколев назвал такое спекание смешанным твердожидкостным спеканием.
Спекание портландцементного клинкера. При нагревании портландцементных сырьевых смесей отдельные компоненты претерпевают различные физико-химические превращения: глинистые минералы (водные алюмосиликаты) теряют примешанную и адсорбированную влагу, что сопровождается аморфизацией решетки; карбонаты диссоциируют с выделением углекислого газа, кристаллы кварца претерпевают полиморфные превращения.
Реакции в твердом состоянии, происходящие при обжиге портланцементного клинкера характеризуются многоступенчатостью.
Портланцементные сырьевые смеси при температуре 1200….13000С состоят из минералов, образовавшихся в твердых фазах, и непрореагировавшего свободного оксида кальция. Дальнейшее повышение температуры вызывает появление расплава, процесс спекания идет с участием жидкой фазы. Количество и состав жидкости при нагревании изменяются зп счет насыщения эвтектического расплава растворяющимися в нем компонентами смеси. В нормальном по составу клинкере количество жидкой фазы колеблется от 20 до 30%.
При достаточном насыщении жидкой фазы необходимыми компонентами начинается процесс кристаллизации расплава с выделением новой фазы - трехкальциевого силиката. Процесс последовательно проходит в три стадии:
1. насыщение и пересыщение жидкой фазы необходимыми компонентами;
2. образование центров кристаллизации новой фазы;
3. рост кристаллов.
Спекание портландцементного клинкера сопровождается изменением объема. Величина усадки зависит от температуры и времени спекания.
Усадка материала сопровождается изменением пористости, начальная пористость зерен составляет от 30 до 50% в зависимости от способа подготовки сырья (способа производства клинкера).
Lecture № 14 ФХС.
Theme: sintering at the presence of a liquid phase. Твердожидкостное sintering.
The sintering at the presence of a liquid phase moistening firm, is the most widespread case of sintering in technology силикатов. Such sintering can occur both at presence, and in absence of interaction between liquid and firm phases.
The sintering in absence of appreciable interaction of firm and liquid phases having place at reception some огнеупоров, is accompanied by filling of a liquid phase пор between grains. If quantity(amount) of a liquid phase it is enough, all поры will be filled, there will be a regrouping of grains and усадка of a material. Driving force of this kind of sintering is the superficial tension расплава, determining occurrence in closed округлой поре of negative pressure, which results to заплыванию поры and rapproachement of grains.
The superficial tension силикатных расплавов at heating changes a little and does not render on process of sintering of the large influence. The viscosity силикатных расплавов appreciably depends on their structure and temperature. She should not be small, that there was no deformation of a material (products) by gravity. For example, at typical натрийкальцийсиликатных of glasses in a temperature interval in 1000С the viscosity changes in one thousand time and more. Taking into account character of change of factor of viscosity at change of temperature, the mode обжига силикатных of products is carefully supervised.
If at sintering there is an interaction of liquid and firm phases, the sintering proceeds in three stages. At the first stage after occurrence of a liquid phase there is a rapproachement and redistribution of grains. At the second stage the process of dissolution of a firm phase in liquid proceeds and in process of its(her) saturation - кристаллизация from it(her) of same phase. At the third stage comes to an end рекристаллизации and the condensation stops, the rigid skeleton of a body is formed.
Твердожидкостное sintering. In such силикатных materials, as porcelain, портландцементный клинкер and others, when in process обжига there is an education of new crystal phases, the processes of sintering are even more complex(difficult). In these cases the process of sintering is composed from two groups of reactions often mutually imposed, - reactions in firm phases and reactions with participation расплава. Г.Куколев has named such sintering mixed твердожидкостным as sintering.
Sintering портландцементного клинкера. At heating портландцементных of raw mixes the separate components undergo various физико-chemical transformations: the clay minerals (water алюмосиликаты) lose примешанную and адсорбированную a moisture, that is accompanied аморфизацией of a lattice; карбонаты диссоциируют with allocation of carbonic gas, the crystals of quartz undergo polymorphic transformations.
The reactions in a firm condition occurring at обжиге портланцементного клинкера are characterized by multigradualness.
Портланцементные raw mixes at temperature 1200 ….13000С consist of minerals formed in firm phases, and not reacted free оксида кальция. The further increase of temperature causes occurrence расплава, the process of sintering goes with participation of a liquid phase. Quantity(amount) and structure of a liquid at heating change зп the bill of saturation эвтектического расплава растворяющимися in him by components of a mix. In normal on structure клинкере the quantity(amount) of a liquid phase changes from 20 up to 30 %.
At sufficient saturation of a liquid phase by necessary components the process кристаллизации расплава with allocation of a new phase - трехкальциевого силиката begins. The process consistently passes in three stages:
1. Saturation and пересыщение of a liquid phase by necessary components;
2. Education of the centres кристаллизации of a new phase;
3. Growth of crystals.
The sintering портландцементного клинкера is accompanied by change of volume. The size усадки depends on temperature and time of sintering.
Усадка of a material is accompanied by change пористости, initial пористость of grains makes from 30 up to 50 % depending on a way of preparation of raw material (way of manufacture клинкера).
Lecture № 15 НЕТ ФХС.
