Кинетика спекания веществ в системе CaO-MgO

• Автор: Гропянов, Антон Васильевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Главаї. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Система СаО-МО
1.1.1. Фазовое равновесие в системе СаО-М{*0
1.1.2. Свойства компонентов системы Са0-М§О
1.2. Спекание в системе СаО-М§0
1.3. Основные положения теории спекания тугоплавких веществ
1.4. Движущие силы и термодинамика спекания
1.5. Структурная и поверхностная “активность” порошков
1.6. Механизм массопереноса при спекании
1.7. Роль жидкой фазы при спекании
1.8. Рост зерен (собирательная рекристаллизация) при спекании
Глава П. РАЗВИТИЕ РЕОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
СПЕКАНИЯ, КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ
Глава ПІ. ТЕОРИЯ МЕТОДОВ АНАЛИЗА И ПОСТАНОВКА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Методика определения вида и параметров уравнений кинетики спекания
3.2. Методика исследования кинетики спекания в неизотермических условиях
3.3. Оборудование и определение допустимой скорости нагревания
3 .4. Система автоматического управления температурновременным режимом
Глава IV. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА И СВОЙСТВ
ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Описание и характеристика исходных веществ
4.2. Подготовка исходных веществ и методика эксперимента

4.3. Методы определения структуры и свойств спеченных образцов
Глава. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
КИНЕТИКИ СПЕКАНИЯ В СИСТЕМЕ CaO-MgO
5.1. Ход уплотнения и роста зерен при спекании
5.2. Главнейшие фазовые превращения в исследуемых веществах
5.3. Оценка вида и параметры кинетических уравнений
5.4. Кинетика спекания СаО и MgO
5.5. Кинетика спекания доэвтектических составов в системе CaO-MgO
5.6. Кинетика спекания эвтектики в системе CaO-MgO
5.7. Сравнительный анализ спекания различных составов в
системе CaO-MgO
5.8. Активированное спекание эвтектики в системе CaO-MgO
Глава VI. КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ КАК МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ ДЛЯ ОПРИМИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНО
ВРЕМЕННЫХ РЕЖИМОВ СПЕКАНИЯ
Глава VH. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
7.1. Технология огнеупоров из СаО для металлургии
7.2. Технология известково-периклазовых огнеупоров для металлургии и цементной промышленности
Глава УП.СВОЙСТВА СПЕЧЕННОГО СаО
8.1.Расчет упругих модулей и прочностных характеристик СаО
8.2.Определение коэффициента линейного термического расширения
оксида кальция
8.3.Определение коэффициентов трещиностойкости СаО
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Спекание - это явление, которое можно определить, как превращение конгломерата первоначально разрозненных частиц в единое твердое тело и в этом смысле представляет собой объект химии, в частности физической химии, - науки о веществах и их превращениях. Особенность спекания состоит в том, что оно наблюдается при температурах ниже (иногда значительно) температуры плавления вещества. Иногда спеканием называют технологический этап высокотемпературной обработки в производстве керамики, огнеупоров, цемента и изделий порошковой металлургии. В этом случае термин “спекание” является синонимом термина “обжиг” В рамках поставленной в диссертации задачи под спеканием более удобно понимать процессы, в ходе которых происходит не только упрочнение и уплотнение пористого тела, но и связанные с ними процессы структурной перестройки, фазовых преобразований, то-есть полную эволюцию пористого тела. Внешне спекание проявляется в упрочнении порошкового тела, уменьшении объемной доли пор, усадке, изменении структуры и повышений плотности. Таким образом, исследование кинетики спекания методами, принятыми в физической химии представляет собой важную не только научную, но и практическую задачу.
Наибольший интерес имеют исследования в области сопоставления диаграмм состояния с диаграммами спекания тех веществ, которые отличаются наиболее высокими температурами плавления, а следовательно, и спекания. Конечной целью таких исследований служит создание научных основ, а на их базе математических моделей физико-химических процессов изменения структуры и свойств веществ в ходе спекания. В качестве главного объекта исследований была выбрана система CaO-MgO. Это объясняется тем, что и СаО, и MgO характеризуются, во-первых, одними из самых высоких температур плавления среди оксидов (соответственно 2900К и 3100К ), во-вторых, химической пассивностью к расплавленным металлам и щелочным шлакам и, в

Уравнение (1.13) прямо вытекает из решения уравнения второго закона Фика для одномерной диффузии при неизменном составе диффузионного слоя. Однако при спекании наличие пор и примесей существенно тормозит рост зерен в спекающихся веществах описывается более точно уравнением:


где п- может быть равно 1, как в уравнении (1.13), так и 2;3 и 4 /61/. Соответственно значениям п меняется смысл изотермической константы Кг, однако, во всех случаях /С пропорциональна коэффициенту самодиффузии D, значение которого определяется механизмом движения границ зерен. Термодинамические условия равновесия энергии границ и объёма зерен рассмотрены в монографии /67/.
В монографии /67/ приведен достаточно полный список кинетических уравнений спекания, полученных различными авторами в разное время, который свидетельствует о том, что в них не учитывается роль собирательной рекристаллизации в ходе спекания, которая существенным образом должна влиять прежде всего на величину коэффициента вязкости Ц. Восполнить этот пробел можно путем установления связи между степенью уплотнения спекающегося материала и величиной растущего в это же время зерна.
Обзор литературы показывает, что кинетика спекания веществ в системе CaO-MgO изучена мало, несмотря на то, что её практическое значение, особенно с точки зрения создания на её основе спеченных огнеупоров из природночистого сырья, которым так богата Россия, очень актуально для металлургии, цементной промышленности и других отраслей, где требуется эффективная теплоизоляция для высокотемпературных основных процессов.
Тем не менее, состояние современной теории твердофазного спекания может служить достаточной базой для развития теоретических основ технологии получения высокогшотных клинкеров и изделий из CaO, MgO и их сочетаний.