Высокотемпературные процессы происходящие при получении фарфора

Фарфоровый полуфабрикат поступающий на обжиг имеет следующие фазы, относительно крупные зерна кварца и полевого шпата, которые равномерно распределены в тонко зернистом глинистом веществе в температурном интервале 500-600 ⁰С заканчивается дегидратация глинистого вещества в частности каолинита в результате чего образуется метакаолинит.

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃·2SiO₂ + 2H₂O

При дальнейшем нагревании полевой шпат с другими компонентами шиты образует легкоплавкие эвтектики.

Между компонентами массы протекают твердофазовые реакции, в результате которых при температуре 800-900 ⁰C материал приобретает некоторую прочность.

Полевой шпат начинает плавиться при температуре около 1150 ⁰C, полное плавление наступает при температуре 1250 ⁰C. В температурном интервале 1100-1250 ⁰C происходит переход в муллит ранее образовавшегося метакаолинита (мулитизация).

Образующие мелкие иглоподобные кристаллики первичного муллита, пронизывают массу обжигаемого материала создавая в нем армирующий каркас. Присутствующие в материале зерна кварца, в плоть до температуры 1250 ⁰C не претерпевают изменений. При более высокой температуре количество жидкой фазы заметно увеличивается, в результате ее взаимодействие с ранее образовавшимся метакаолинитом, первичным муллитом и аморфным кремнеземом. Начинается так же взаимодействие зерен кварца в жидкой фазе. В интервале температур от 1250 до 1450 в материале наблюдается непрерывное увеличение муллита.

Что обусловлено:

1. Увеличением числа размеров кристаллов первичного муллита;

2. Перемещением жидкой фазы приводящим к кристаллизации из нее вторичного муллита, в этом же температурном интервале продолжается растворение зерен кварца и их превращение в кристобалит (кристобалитизация) к моменту завершения обжига фарфор состоит:

А) из жидкой фазы образующей при охлаждении стекловидную фазу;

Б) муллита;

В) остатков не растворившихся зерен кварца;

Г) закрытых пор (2-5 об. %).

Соотношение между фазами входящими в состав фарфора предопределяет его важнейшие свойства, от муллита и его содержания в фарфоре зависят механическая прочность термостойкость химическая стойкость не растворившиеся зерна кварца и муллит образуют армирующий скелет препятствующий деформации изделий на завершающей стадии обжига, стекловидная фаза до 60 об.% обеспечивает просвечиваемость художественных изделий, их жаростойкость и диэлектрические свойства.

Поры несколько снижают просвечиваемость и прочность изделий, конечный состав фарфоровых изделий можно менять изменяя:

1. Состав массы;

2. Используя минерализаторы;

3. Увеличивая тонкость помола непластичного сырья;

4. Варьируя режим обжига;

Существенное значение на состав фарфора оказывает не только температурно-временной режим обжига изделий, но и создание определенной газовой среды в различных периодах обжига. По характеру газовой среды различают 3 периода обжига фарфора.

1-ый период: нагрев до 1040 ⁰С; в печи создают окислительную среду (концентрация СO₂ составляет около 10-12%). Цель окислительного периода обжига, предупредить осаждение сажистого С, образующегося при сгорании топлива в порах изделия. Однако, примеси соединений Fe, содержащиеся в массе приобретают желтоватую окраску;

2-ой период: 1040-1250 ⁰С: создают восстановительную среду, поддерживая концентрацию СО в продуктах сгорания топлива на уровне 2-6%. В данном периоде оксиды Fe восстанавливаются до FeO еще до закрытия пор, благодаря чему существенно повышается белизна изделия. Закисные соединения Fe (FeO) имеют голубоватую окраску;

3-ий период: 1250 ⁰С: в печи поддерживается нейтральная газовая среда.

Огнеупоры. Технология огнеупоров.

Огнеупоры – неметаллические изделия и материалы с огнеупорностью не менее 1580 ⁰С, изготавливаются главным образом из минерального сырья и предназначены для использования в агрегатах и устройствах в качестве защиты от тепловой энергии и агрессивной среды.

Классификация огнеупоров:

I. По физическому составу и способу изготовления:

- формованные;

- неформованные.

II. По геометрической форме:

- прямоугольные нормальные;

- клиновидные;

- фасонные.

III. По фирменным названиям:

- Радекс;

- Сименсит;

- Корхарт;

- Орекс;

- Райтекс;

- Катарон;

- Синтеркорунд.

IV. По химико-минералогическому составу, т. е. классифицирующим признаком является содержание основного компонента в пересчете на чистые оксиды:

4.1 кремнеземистые;

4.2 алюмосиликатные;

4.3 глиноземистые (корундовые);

4.4 глиноземисто-известняковистые;

4.5 высокоглиноземистые;

4.6 магнезиально-силикатные;

4.7 магнезиально-силикатные – шпинелидные;

4.8 магнезиально-силикатные – известковые;

4.9 известковые;

4.10 хромистые;

4.11 цирконистые;

4.12 оксидные;

4.13 углеродистые;

4.14 карбидокремнеевые;

4.15 бескислородные.

При композиционном составе огнеупора на 1-ое место ставится наименование группы, преобладающего компонента.

V. В зависимости от огнеупорности:

- огнеупорные (1580-1770 ⁰С);

- высокоогнеупорные (1770-2000 ⁰С);

- высшей огнеупорности (более 2000 ⁰С).