УДК 666.19:542.55
Минько Н.И., Ковальченко Н.А., Михальчук И.Н.
Белгородская государственная технологическая Академия строительных материалов (БелГТАСМ)
В настоящее время не существует прямых методов определения оптимального режима тепловой обработки ситаллизирующегося стекла. При решении этой задачи необходимо иметь данные о количестве центров кристаллизации и скорости роста кристаллов при различных температурах [1], что является практически невыполнимым. Поэтому для определения оптимальных параметров режима термообработки используют данные по изменению свойств материала, которые являются своеобразными индикаторами (прочность, ТКЛР, вязкость и др.). При этом параллельно исследуют структуру и фазовый состав полученных ситаллов методами РФА, ДТА, ЭМ и др.
В настоящей работе для определения оптимальных параметров процесса кристаллизации в качестве таких «свойств- индикаторов» были выбраны электропроводность (ЭП) и магнитная восприимчивость (МВ) как наиболее чувствительные методы изменения структуры и фазового состава[2]. Объектом исследования являлось экспериментальное стекло, относящееся к системе SiO2–(Al,Fe)2O3–(Ca,Mg)O–(Na,K)2O, полученное на основе продуктов горно- рудного производства региона КМА. Стекло, разработанное на кафедре технологии стекла и стеклокристаллических материалов БелГТАСМ, содержало в своем составе значительное количество оксидов железа (32 масс. %), что позволяло получить ситалл без введения дополнительных каталитических добавок. Исследование его температурных зависимостей ЭП, МВ и кристаллизационных свойств в [3] показали, что температура первой ступени обработки находилась в области перегиба (550 — 600оС). Вторая ступень кристаллизации совпадала с максимумом (800о С) на кривых ЭП и МВ, а новый структурно-фазовый переход обозначился в области нового подъема (800 — 1000оС). Последний интервал мог являться оптимальным для второй ступени термообработки вследствие того, что максимум при 800оС регистрировал образование упорядоченной структуры, а пик при 950оС — качественное преобразование основной 0кристаллической фазы по данным РФА и МВ. В связи с этим, подбор рационального режима термообработки для превращения стекла в ситалл осуществлялся по данным электропроводности, магнитной восприимчивости, а также методов ДТА, РФА с определением плотности, микротвердости и температуры размягчения стекла.
Из анализа данных РФА при изменении интенсивности образования основной фазы – магнетита — следовало, что общее количество кристаллической фазы экспериментальных образцов с температурой кристаллизации на первой ступени практически не менялось. Плотность и температура размягчения при термообработке на первой стадии так же оставались неизменными (можно было отметить лишь слабую тенденцию к увеличению этих свойств). Микротвердость падала впервые 60 мин термообработки (от 4200 до 3800 МПа), а затем незначительно увеличивалась (до 4200 МПа) (рис.1). Поэтому температура первой ступени кристаллизации исходного стекла была принята 600оС.
По данным РФА повышение тепловой обработки до 800оС вызывало зарождение новых микрофаз и увеличение количества проводящей (магнетита), способствовавшей значительному росту электропроводности и магнитной восприимчивости.
Максимум ЭП, МВ и полная кристаллизация стекла зафиксированы при 800оС. В интервале температур 800-1000оС происходило обратное явление: ЭП и МВ уменьшались как результат роста кристаллов новой фазы, представленной твердыми растворами пироксенового ряда с одновременным уплотнением структуры.
Наибольшая интенсивность пироксенов достигала при 950о С, когда действие высоких температур приводило к взаимодействию магнетита с окружающими силикатами и образованию на его основе кристаллических фаз диопсид — геденбергитового ряда немагнитного характера. Максимальное увеличение микротвердости, температуры размягчения и рост плотности при Т = 950 оС и выдержке в течение первого часа (рис. 2) свидетельствовали о том, что температура 950 оС, так же, как и 800оС, может быть принята в качестве второй ступени термообработки экспериментального стекла.
В связи с этим на основе стекла одного состава было получено 2 вида ситаллов: по низко- (при 800оС на второй ступени кристаллизации) и высокотемпературной (при 950оС) технологии. Результаты испытаний образцов показали, что стеклокристаллический материал, полученный по низкотемпературной технологии, являлся токопроводящим (табл.). Высокий уровень его магнитной восприимчивости позволит использовать его как наполнитель в композитах, поглощающих высокочастотное электромагнитное излучение [4].
Ситалл, полученный по высокотемпературному режиму, обладал хорошими диэлектрическими показателями, что позволяло рекомендовать его в качестве термостойких элементов нагревательных бытовых приборов (электроплит и жаровых шкафов), а также износостойких материалов в промышленном и гражданском строительстве (футеровочные плиты, брусчатка, колена цементо- и шлакопроводов, футеровка бункеров, лотков, желобов, эстакад, гидроциклонов, труб, бордюрный камень, карнизы, плинтуса [5]).
Библиографический список
- Павлушкин Н.М. Основы получения ситаллов. — М., 1967. – С. 157 – 171.
- Борисова З.У. О характере взаимодействия компонентов в полупроводниковых халькогенидных стеклах// Тезисы докладов к III Всесоюзному симпозиуму по электрическим свойствам и строению стекла. – Ереван, 1972.- С.20-21.
- Ковальченко Н.А., Минько Н.И. Стеклокристаллические материалы электротехнического назначения //Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI века: Сб. докл. Междунар. конф.- шк.- сем. молод, учен. и асп. — Белгород: БелГТАСМ, 1998.- Ч.2.- С. 382 — 385.
- Соловьев С.П., Царицын М.А., Воробьева О. В., Замаев Г.П. Специальные строительные стекла. — М.: Стройиздат, 1971.-191 с.
- Мамедова Г.Г., Родцевич С.П. Некоторые свойства токопроводящих покрытий // Стекло и керамика. — 1991.- № 11- 12.- С. 41 — 42.
