Свойства силикатных расплавов
ЛЕКЦИЯ №3. Особенности расплавов силикатов. Свойства расплавов силикатов и оксидов. Роль расплавов в технологии силикатных материалов.
При изготовлении многих видов силикатных материалов в процессе обжига происходит частичное или даже полное плавление материала. Свойства образующейся при этом жидкой фазы оказывают большое влияние как на технологический процесс производства, так и на свойства конечного продукта. Поэтому знание свойств жидкой фазы, т.е. расплава имеет огромное практическое значение.
Свойства силикатных расплавов
1. Вязкость жидкости представляет собой свойство, характеризующее ее внутреннее трение. Если мысленно представить в жидкости какой-либо слой и приложить к нему определенную силу, заставляющую этот слой двигаться (течь), то вследствие внутреннего трения в движение придут и слои, прилегающие к первому слою, причем скорость их движения будет постепенно уменьшаться по мере удаления от слоя, которому сообщено движение.
Вязкость силикатных расплавов оказывает чрезвычайно большое влияние на технологический процесс производства и свойства различных силикатных материалов (стекла, керамики, цемента). Скорость и полнота химических реакций, а также процесса кристаллизации зависят от скорости диффузии ионов в силикатном расплаве, которая, в свою очередь, находится в прямой зависимости от вязкости расплава: чем больше вязкость, тем меньше скорости реакций и роста кристаллов. Снижение вязкости жидкой фазы позволяет увеличить скорость и полноту процессов образования силикатных соединений. Особенно большое значение вязкость силикатного расплава имеет в производстве стекла, определяя режимы всех этапов технологического процесса — от стадии стекловарения до формования изделий.
Связь между силой, вызывающей течение слоев, и скоростями их движения при постоянной температуре выражается уравнением Ньютона:
где F — приложенная сила (напряжение сдвига);
h — коэффициент вязкости;
s — площадь соприкосновения слоев жидкости;
v1 — скорость движения первого слоя;
v2 — скорость движения второго слоя;
х — расстояние между слоями.
Коэффициент вязкости в системе единиц СИ имеет размерность Па×с (паскаль-секунда). Паскаль-секунда представляет собой вязкость среды в слоях, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга, в направлении, перпендикулярном течению, под воздействием давления сдвига 1 Па возникает разность скорости течения 1 м/с. Вязкость, выражаемую в Па×с, часто называют динамической вязкостью. Иногда удобно использовать величину, равную отношению вязкости (h) к плотности жидкости (р). Эта величина называется кинематической вязкостью иимеет она размерность м2/с. Величина, обратная вязкости (1/h), называется текучестью.
Вязкость жидкостей может изменяться в самых широких пределах. Она сильно зависит от изменения плотности и температуры. С увеличением температуры вязкость уменьшается. Температурная зависимость вязкости выражается уравнением Френкеля:
где А — постоянная, зависящая от химического состава жидкости;
Еп — энергия активации течения;
R — универсальная газовая постоянная;
Т — абсолютная температура.
С точки зрения вязкости расплавы большинства силикатов по сравнению с расплавами других неорганических соединений обладают рядом характерных особенностей.
Во-первых, чрезвычайно большой абсолютной величиной вязкости.
Как видно из таблицы, даже при очень высоких температурах вязкость силикатных расплавов имеет порядок 102...105 Па-с ивыше, что на несколько порядков превышает вязкость жидкостей и расплавов несиликатных соединений. Высокая вязкость расплавов силикатов является следствием особенности их строения, а именно наличия в них крупных «полимерных» кремнекислородных ассоциаций или комплексов (цепочек, лент, колец, слоев и т.д.), большие размеры и разветвленная форма которых сильно мешают течению жидкости под действием напряжения сдвига.
Во-вторых,для расплавов силикатов характерно чрезвычайно быстрое нарастание вязкости с понижением температуры. Например, для расплавов известково-натриевых силикатных стекол вязкость увеличивается со значения ~102 Па-с при 1400°С до 1012 Па-с при 500°С, т.е. в интервале температур порядка 1000°С возрастает на 10-11 порядков. Это объясняется быстрым увеличением степени ассоциации кремнекислородных комплексов с понижением температуры.
В-третьих,плохая кристаллизационная способность, склонность к переохлаждению и переходу в стеклообразное состояние. Эта особенность непосредственно связана с быстрым нарастанием вязкости силикатных расплавов при понижении температуры, которое препятствует правильной ориентации частиц, образованию центров кристаллизации (ввиду небольшой скорости диффузии частиц), что способствует фиксации силикатных расплавов в стеклообразном состоянии, в то время как у большинства расплавов металлов и солей большая подвижность частиц ввиду малой вязкости этих расплавов при температуре затвердевания способствует их легкой кристаллизации.
Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 3069;