Влияние модификации базальтового сырья на условия кристаллизации волокон

• Автор: Манылов, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Минералогический состав горных пород для получения стекол и непрерывных волокон на их основе

1.2. Структура и свойства стекла

1.3. Ликвационные и кристаллизационные процессы в стеклах

1.3.1. Ликвация

1.3.2. Зародышеобразование и кристаллизация

1.3.3. Кинетика кристаллизационных процессов в стеклах

1.4. Структурно-координационное состояние катионов железа в кристаллических силикатах и силикатных стеклах
1.5. Ликвационные и кристаллизационные процессы в железосодержащих алюмосиликатных стеклах и волокнах
1.5.1. Ликвация в железосодержащих силикатных расплавах и стеклах
1.5.2. Кристаллизация в железосодержащих алюмосиликатных стеклообразующих системах
1.6. Структура фосфатных стекол
1.7. Структурные изменения в силикатных стеклах и расплавах при введении фосфора
1.8. Влияние Р2О5 на технологические свойства силикатных стекол
1.9. Выводы из обзора литературы
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ СТЕКОЛ И ВОЛОКОН НА ИХ ОСНОВЕ
3.1. Получение стекла
3.2. Получение волокна
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ВОЛОКОН
4.1. Кристаллизация волокон в окислительной атмосфере
4.2. Влияние изменения валентного состояния железа на условия кристаллизации волокон
4.2.1. Восстановительная обработка волокон
4.2.2. Кристаллизация в инертной атмосфере

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ВОЛОКОН С
ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ КАТИОНОВ ЖЕЛЕЗА
5.1. Получение обезжелезенного стекла и волокна
5.1.1. Получение стекла
5.1.2. Получение волокна
5.2. Кристаллизация обезжелезенного волокна
5.3. Механические и термические свойства волокон с пониженным содержанием катионов железа
ГЛАВА 6. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ СТЕКОЛ И ВОЛОКОН НА ИХ ОСНОВЕ
6.1. Получение фосфорсодержащих стекол и волокон
6.1.1. Получение стекол
6.1.2. Структура фосфорсодержащих стекол
6.1.4. Получение фосфорсодержащих волокон
6.2. Кристаллизация фосфорсодержащих волокон
6.3. Механические и термические свойства фосфорсодержащих волокон
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Базальтовые волокна (БВ) получают из горных пород магматического происхождения. Они обладают высокими показателями тепло- и звукоизоляционных характеристик, прочности и химической стойкости и в то же время являются экологически чистым материалом. Это определяет высокие эксплуатационные качества материалов на основе базальтовых волокон и перспективу их применения в различных отраслях промышленности.
Применение волокон на основе базальта в тепло- и огнезащите предполагает их высокотемпературную стабильность (сохранение формы и механических свойств при термообработке), которая в первую очередь определяется кристаллизационной способностью материала. Кристаллизация волокон при термообработке приводит к резкому падению их прочностных характеристик, а кристаллизация в стекломассе -к обрывности при формовании базальтового волокна.
Определение условий кристаллизации волокон1 и способов её управления имеет научное и практическое значение. Важной технологической задачей является разработка методов модификации минерального сырья и определение условий получения модифицированных волокон с пониженной кристаллизационной способностью и улучшенными показателями прочности и термической устойчивости.
Цель работы
Цель работы состояла в определении условий и закономерностей процесса кристаллизации волокон и разработке методов модификации минерального сырья для получения волокон с заданными физико-химическими свойствами. Поставленная цель включала в себя выполнение следующих задач:
• Получение волокон и исследование условий кристаллизации, происходящей
в них при термической обработке в различных атмосферах.
1 В данной работе понятие «волокно» подразумевает непрерывное волокно, полученное из природного андезито-базальта Сильцевского месторождения (Карпаты, Украина).

активаторов ликвации (СггОз, Р2О5, ТЮг). При этом кристаллизации способствует как выравнивание химических составов, близких к составам образующихся впоследствии минералов, так и возникновение развитой поверхности раздела, на которой облегчено образование микрозародышей кристаллизации. Обычно роль зародышей выполняют железосодержащие шпинелиды [98,99,102,103,105-107]. Шпинельная фаза способствует кристаллизации пироксенового твердого раствора намного активнее, чем поверхность жидкость-жидкость [108]. Процесс обогащения капельной фазы катионами железа с последующим формированием шпинелида имеет важное значение в получении стеклокристаллических материалов - ситаллов. В работах [97,98,107,109] показано, что при достаточно высокой концентрации катионов железа с соотношением Ре2+/Ре3+ близким к магнетитовому, путем термической обработки немного выше температуры стеклования (в точке максимальной СОЦК) можно получать объемно закристаллизованные материалы с однородной микрокристаллической структурой даже без добавления дополнительных затравок.
Согласно исследованиям железосодержащих алюмосиликатных стеклообразных систем [110-114], формированию шпинельной фазы при термообработке в окислительной атмосфере предшествует окисление двухвалентных катионов железа, сопровождающееся диффузией катионов Ка+, К+, Са2+, 1У^2+ и Г'е21 на поверхность стекла. Так образуется шпинельный поверхностный слой, содержащий катионы железа и магния. Формирование мелкокристаллического слоя толщиной 10-100 А на поверхности может происходить с образованием пленок, имеющих декоративную окраску [115], обусловленную интерференцией света (рис. 13).
Образование в стекле шпинелидов сопровождается концентрированием вокруг них протопироксеновой фазы - незакристаллизованного цепочечного силиката - а пироксена [106]. На этой стадии кристаллизации шпинелиды играют роль центров кристаллизации пироксеновой фазы. При более высокой температуре наблюдается образование пироксена вокруг кристаллов шпинелидов и взаимодействие между этими фазами в твердом состоянии с образованием твердого раствора. В результате данного процесса шпинелиды полностью или частично