Составы и температуры эвтектик в некоторых бинарных и тройных системах

Система	Содержание, мас. %				Температура, °С
	SiO2	Me2O	MeO	Me2O3
Na2O–SiO2	73,9	26,1	-	-	793
K2O–SiO2	73,6	26,4	-	-	767
B2O3–SiO2	5	-	-	95	451
Li2O–B2O3	-	27	-	73	832
Na2O– В2O3	-	26	-	74	722
К2O–В2O3	-	37,5	-	62,5	770
ZnO– В2O3	-	-	65,5	34,5	961
СаО–А12O3	-	-	50	50	1395
	-	-	47	53	1400
	-	-	33,5	66,5	1590
Na2O–СаО–SiO2	73,5	21,3	5,2	-	725

Стеклообразованию способствует также усложнение состава стекла путем увеличения числа компонентов. Чем больше число компонентов разного вида входит в состав расплава, тем больше его склонность к стек­лообразованию. Это эмпирическое правило многокомпонентного состава несомненно связано с кинетическими параметрами кристаллизации рас­плава, а именно, увеличение числа компонентов, отличающихся зарядом ионов и их размерами, резко снижает склонность расплавов к кристалли­зации.

В системе СаО–Al₂O₃ содержание оксида алюминия может изме­няться постепенно в пределах от 0 до 100 маc, %. Эта система интересна в том отношении, что имеется эвтектика при температуре 1400°С (рис. 4.2). Расплавы смесей, близкие к составу эвтектики, проявляют высокую склонность к стеклообразованию. Введение традиционного стеклообразователя оксида бора в количествах от 6 до 14 маc. % должно способство­вать снижению температуры плавления и усилению склонности расплавов к стеклообразованию.

Рис. 4.2. Диаграмма состояния системы СаО–Al₂O₃ и область составов , склонных к стеклообразованию (по Роусону)

Методика проведения работы

1. Выбрать составы стекол. Пересчитать их составы из молекуляр­ных процентов в массовые.

2. По диаграмме состояния определить температуру начала и конца плавления смесей.

3. Выбрать сырьевые материалы и рассчитать состав шихты на 100 г стекломассы. Пересчитать состав шихт на 5 – 10 г стекломассы.

4. Отвесить компоненты шихты на аналитических весах.

5. Перемешивать компоненты шихты в фарфоровой чашке в тече­ние 10 – 15 мин или встряхиванием в стеклянной колбе с резиновыми наполнителями.

6. Поместить шихту в фарфоровые или корундовые тигли емко­стью 10 – 20 см³.

7. Нанести маркировку на тигли с помощью пасты из оксида же­леза, указав номер системы и составов (например, 1 – 5. 2 – 4 и т.д.).

8. Поместить тигли в силитовую печь и выдержать в течение 1 – 2 часа при температуре 1 000 – 1 500°С, после чего щипцами извлечь тигли из печи и оставить остывать на воздухе.

9. После охлаждения тиглей на воздухе провести визуальную оценку стекол к стеклообразованию.

10. Сформулировать выводы о склонности исследованных составов к стеклообразованию в выбранных условиях эксперимента. Представить копию диаграммы состояния. Результаты эксперимента нанести на треугольник составов конкретной системы, приняв следующие обозначения: * – спек неоплавленный; – спек час­тично оплавленный; • – полностью закристаллизовавшийся расплав; © – частично закристаллизовавшийся расплав; о – прозрачное стекло.

11. Закристаллизованный или частично закристаллизованный расплав исследовать на определение составов кристаллических фаз с помощью методов физико-химического анализа.

12. По диаграмме состояния дать количественную и качественную оценку полученному продукту охлаждения.

Контрольные вопросы:

1. Физико-химические особенности стеклообразного состояния.

2. Интервал стеклования: границы, значения температуры и вязкости границ интервала для промышленных силикатных стекол.

3. Условия образования оксидных стекол.

4. Группы оксидов по их способности к стеклообразованию.

5. Роль оксида каждой группы в структуре стекла.

6. Кристаллизация расплавов.

7. Кривые Таммана. Значение температурных границ интервала кристаллизации для управления процессом.

8. Гомогенное зародышеобразование.

9. Значение энергии активации процесса гомогенного зародышеобразования. Образование устойчивого центра кристаллизации.

10. Гетерогенное зародышеобразование.

11. Значение энергии активации процесса гетерогенного зародышеобразования.

12. Рост кристаллов. Определение скорости роста кристаллов.

13. Роль дислокаций в процессе роста кристаллов.

14. Кристаллизация в слабо- и сильнопересыщенных растворах и расплавах.