Структура и свойства керамических материалов. Часть 1

При обжиге сырца происходят сложные физико-химические процессы, в частности при температуре 1000—1250 °С происходи интенсивное образование муллита (по реакции перекристаллизации силлиманита в муллит).

Чем больше образуется муллита, тем выше стойкость изделия к высоким температурам. При дальнейшем нагревании свободный кремнезем из аморфного состояния переходит в кристаллическое с образованием кристобалита, так, например, образование, шпинеля MgAl204, сопровождается усадкой, а при температуре 1300 °С и выше шпинель вовсе растворяется в расплаве.

При достижении каждой системой температуры плавления образуется расплав, содержащий не полностью растворившиеся тугоплавкие минералы. В системе А1203—Si02 наиболее низкоплавкой точкой (1595°С) служит эвтектика между кристобалитом и муллитом (при содержании по массе 94 % Si02). При других соотношениях этих оксидов в соединениях температура плавления от эвтектической быстро повышается, например у муллита (28 % Si02 по массе) она равна 1850 °С. Между температурами 1595—1850 °С в жидком расплаве содержится твердый муллит. Введение в формовочную смесь плавней существенно понижает точку плавления этой системы. Керамический расплав состоит из большого количества простых и сложных химических соединений.

При охлаждении керамических расплавов образуются в первую очередь кристаллы А1203 и Si02 соответственно в виде корунда и альфа-кристобалита, при более низких температурах идет процесс муллитизации, а при температуре 1595 °С образуется твердая эвтектика между кристобалитом и муллитом. Однако при принятом режиме охлаждения полной кристаллизации системы не происходит и большая или меньшая часть расплава с выпавшими в нем кристаллами становится переохлажденной жидкостью, т.е. стеклом. Дальнейшее охлаждение сопровождается переходом альфа-кристобалита в (3-кристобалит, а затем в бета-кварц и альфа-кварц.

Отвердевший расплав представляет собой микроконгломерат, в котором кристаллы муллита, кремнезема разных модификаций и других кристаллизующихся при остывании соединений (в основном алюмосиликатов) сцементированы аморфной массой отвердевшего расплава. Если при подготовке формовочной смеси вводить огнеупорные заполнители, то указанный микроконгломерат обволакивает зерна заполнителя и заполняет межзерновые пустоты. Таким образом, после охлаждения образуется ИСК, в котором имеются контактные слои на границе вяжущего вещества с заполнителям. Чем большей вспучиваемостью обладает сырье и больше в нем порообразующих и выгорающих добавок, тем больше пористость и соответственно меньше средняя плотность полученного ИСК. При производстве строительной керамики обжиг ведется обычно до температуры спекания, при которой расплав частично или полностью заполняет поры и капилляры сырца, т.е. выполняет функцию вяжущего вещества — высокотемпературного цемента. Огневая усадка глин составляет 2—8 % (по сравнению с высушенным изделием).