Исследования стабильности протоэнстатита в стеатитовых материалах Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ С. М. КИРОВА

Том 215 1974

ИССЛЕДОВАНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ПРОТОЭНСТАТИТА В СТЕАТИТОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

П. Г. УСОВ, В. И. ВЕРЕЩАГИН (Представлена научным семинаром кафедры технологии силикатов)

Для стеатитовых материалов характерно такое нежелательное явление, как старение [¡1]. К одной из причин старения относят нестабильность кристаллической фазы стеатитовой керамики [2]. Кристаллическая фаза получаемых в настоящее время стеатитовых материалов представлена протоэнстатитом, который является равновесной высокотемпературной модификацией метаоиликата магния [3]. Низкотемпературной модификацией А^БЮз выступает клиноэнстатит. Определенно, стабилизации ¡протоэнстатита в черепке стеатитовой керамики способствует стеклофаза, которой около 30%, но представляет интерес, с точки зрения теории и практики, насколько устойчиво метастабильное состояние протоэнстатита в керамике и какие факторы влияют на его стабильность. В работе изложен метод определения нестабильности протоэнстатита в стеатитовом материале на базе рентгеноструктурного анализа. Применение рентгеновского анал'иза в распознавании модификации А^ЭЮз имеет большие преимущества в сравнении с петрографическим, который .прежде для этого использовался, а именно:

1) не является помехой тонкая структура материала и тесное срастание кристаллов М^БгОз со стеклом;

2) не обязательно растирать образец (что иногда очень важно);

3) выше объективность результатов анализа.

Долгое время существование протоэнстатита как самостоятельной фазы метасиликата магния отрицалось. Это было доказано с помощью рентгеноструктурного анализа, после чего были определены оптические константы протоэнстатита. В нашей работе петрографический анализ попользован для определения микроструктуры исследуемых материалов.

Рентгеновские константы чистых модификаций приведены в табл. 1 (дифрактометр УРС 50-И, антикатод — Си).

По данным рентгеновского анализа исследуемых образцов керамики характеризовалась степень несовершенства (дефектность) структуры протоэнстатита. Для этого мы .пользовались полушириной рентгеновской дифракции протоэнстатитовых линий й — 2,70; й—1,96; ¿ —

о

1,49 и й—1,3|1А, практически не взаимодействующих с максимумами дифракционных отражений клиноэнстатита. Такой метод был применен В. А. Броном [4] при исследовании структуры шериклаза. Полуширину рентгеновской интерференции подсчитывали как частное от деления площади п<ика ,на его высоту. Количественная оценка образую-

Таблица [

Рентгеновские константы чистых модификаций Л^БЮз (антикатод — Си)

Протоэнстатит Клнноэнстатит Протоэнстатит Клнноэнстатит

¿<А) '/'1 ¿(А) '/'1 ¿(А) '/'1 й (А)

4,05 1,0 . — — 1,80 0,5 1,78 2,0

3,49 2,3 3,50 1,6 — — 1,74 1,5

—. 3,26 3,5 1,71 2,0 — —

3,2И 4,0 — — 1,68 0,5

3,17 10,0 3,17 7,0 ¿1,65 1,5 — —

— _ 2,96 5,0 1,64 2,0 1,64 0,5

2,91 4,0 — 1,61 1,5 1,60 4,0

— 2,86 10,0 1,58 0,5 — —

2,71 2,5 — — 1,56 0,5 — —

2,'55 13,5 2,52 2,5 1,5! 0,5 1,52 3,0

2,46 2,0 2,45 2,5 11,49 4,0 1,47 1,0

2,30 2,0 2,33 1,0 1,46 3,0 1,45 4,6

— — 2,28 0,5 1,40 1,0 — —

2,23 1,0 2,20 1,0 1,37 0,7 1,36 3,5

■2,19 1,0 — —. 1;35 1,0 1,34 0,9

12,10 0,5 2,10 5 — — 1,32 1,0

2,05 0,5 2,00 1,0 1,31 2,0 — —-

1,97 5,0 1,97 0,5

— — 1,93 1,0

1,89 0,5 —

щегося в результате превращений клинознстатита проводилась по

о

соотношению площадей дифракционных 'максимумов й=\ 1,96 А и

о

¿/ = 2,10 А. Максимумы эти средней интенсивности, но они имеют то преимущество перед более интенсивными отражениями, что не взаимодействуют между собой, котда проба представляет -собой смесь модификаций Д^БЮз. По данным рентгеновского анализа смесей с известными соотношениями модификаций была получена зависимость количеств ¡протоэнстатита в пробе от соотношения -площадей £¿2=11,96 и £¿/—2,10 (рис. 1), которая использовалась в наших исследованиях в качестве эталона.

4 Заказ № 3686

49

Некоторую качественную оценку в соотношении модификаций ме-тасиликата магния дает интервал углов 2 0 на .рентгенограмме между

о о

главными отражениями ¿ = 3,17 А; ¿ = 2,90н-2,8б А. Та(к, для 100%-'НО1ГО протоэнстатита этот интервал А 2 0=2°136/=Ы2', а для клинознстатита А 2 6=3000'. В пробах со смесью этих модификаций максимумы

О О

¿/=12,90 А й ¿¿=(2,86 А взаимодействуют между 'собой, и расстояние сум-

о

марного индекса от индекса ¿¿ = З.Д7 А в некоторой степени характеризует соотношение модификацией М§5Юз- Все эти показатели были использованы в комплексе. Нестабильность протоэнстатита в черепке стеатитовой керамики обнаруживается при растирании черепка, а именно: часть протоэнстатита превращается в клиноэнстатит; увеличивается .несовершенство (дефектность) 'структуры сохранившегося (протоэнстатита, что предполагает возможность его превращений в дальнейшем. (Пробы растирались до прохождения через сито № 0060; размер частиц меньше 60 микрон).

Наши исследования показали, что стабильность протоэнстатита в черепке стеатитовой керамики находится в 'прямой зависимости от микроструктуры материала, являясь функцией размера 'кристаллов А^БЮз. Было исследовано несколько проб с различными микроструктурами (табл. 2). В более грубозернистом материале (проба 1) растирание способствует превращению большего количества протоэнстатита, и несовершенство структуры сохранившегося выражения сильнее. Растирание стеатитового материала с тонкой структурой, где размер кристаллов около одного микрона, не приводит к изменению фазового состава пробы и не влияет на состояния внутренней структуры протоэнстатита (проба 3). Полуширина рентгеновской интерференции характерных протоэнстатиту максимумов остается постоянной.

I

Выводы

1. Сравнивая результаты рентгеновского анализа стеатитовой керамики с неразрушенного образца и растертой пробы, можно оценить материал в отношении стабильности его кристаллической фазы, что имеет большое значение при исследовании явления старения керамики.

2 . Предлагаемый метод можно успешно использовать для контроля качества материала готовых стеатитовых изделий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н. П. Богородицкий и др. Радиокерамика. Госэнергоиздат, М., 1963.

2. А. П а л а ц к и й. Техническая керамика. Госэнергоиздат. 1959.

3. Н. А. Торопов, В. П. Барзаковский и др. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. «Наука», М.-Л., 1985.

4. В. А. Б р о н, М. И. Диспе ров а, Л. О. Судаков а. Влияние температуры нагрева на дефектность кристаллической решетки окиси магния и способность ее к спеканию. «Неорг. материалы». Изв. АН СССР, «Наука», 1965.

Таблица 2

Данные обработки рентгенограмм стеатитовых материалов различной микроструктуры

с 5/Л максимумов протоэнстатита {й А) Д2е° 0 Количество клиноэпстатита

Микроструктура материала Вид пробы 2,70 1,96 1,49 1,31 2,90 — 2.86А в пробе по 5"<? —1,96/5^—2,10

Средний размер кристаллов 8—10 мк диск 0,53 0,6 0^67 0,65 2°39'' 0,0

отдельные 25 мк порошок — 60 мк 0,63 0,67 0,75 0,85 2°<47' 25

Средний размер кристаллов '5—7 мк диск 0,5'1 0,57 0,56 0,61 2439' 0,0

отдельные 1:5—20 мк порошок — 60 мк 0,63 0,65 0,68 0,74 2°45' 20

Размер кристаллов не более 1 ми- диск 0,42 0,58 0,58 0,58 2°39' 0,0

крона пооошок — 60 мк 0,43 0,56 0,57 0,56 2°39' 0,0