Каолинито-монтмориллонитовые глины. При обжиге каолинито-монтмориллонитовых глин в интервале температур 1000-1300˚С всегда образуется кристобалит. Образование кристобалита рентгенографически отмечается при различных температурах. Температура образования кристобалита зависит от соотношения каолинита и монтмориллонита, а также от природы и количества примесей. Муллит при обжиге этих глин образуется при температурах 1000-1150˚С. Температура образования муллита, также как и кристобалита, зависит от соотношения каолинита и монтмориллонита и содержания примесей. При обжиге каолинито-монтмориллонитовых глин с высоким содержанием монтмориллонита при температурах 1280-1300 ˚С отмечается незначительная кристаллизация кордиерита. В этих же глинах при температурах 1100-1210˚С образуется шпинель, которая при температуре 1300˚С разрушается. При обжиге каолинито-монтмориллони-товых глин месторождения Красная Яруга (проба 1), диликаурской, кумакской (проба 1 и 2) образуется гематит. В обожжённых в интервале 1000-1300˚С образцах кумакской (проба 4), нижнеувельской и владимировской глин кристаллизация гематита не отмечается. При обжиге этих глин содержащихся в них Fе2O3 переходит в стекло, о чём подробно сказано в настоящей главе.

Смеси глин различного минералогического состава. Выше показано, что одним из факторов, влияющих на природу кристаллических фаз, образующих при обжиге глин, является их минералогических состав. Природа же кристаллических фаз, оказывает существенное влияние на свойства изделий. Следовательно, изменяя минералогический состав масс путём смешивания различных глин, можно влиять на фазовые превращения и свойства изделий.

В связи с этим были исследованы фазовые превращения, происходящие при обжиге смесей глин различного минералогического состава. При проведении исследований в просяновский каолин, каолинитовые глины Каменского и Горностаевского месторождения, каолинито - монтмориллонитовые глины месторождения Красная Яруга ( проба 1 ), Диликаурского и Кумакского ( проба 1 ) добавляли 20 и 40% каолинито – гидрослюдистой глины Фёдоровского месторождения. Глины перемешивали шликерным способом. Из приготовленных смесей формовали образцы, которые обжигали, а затем исследовали по методике, описанной выше. Установлено, что добавка 20% Федоровской каолинито-гидрослюдистой глины в просяновкий каолин и каменскую глину снижает температуру образования муллита на 50˚С. Кристобалит в этом случае образуется только при температуре 1300˚С. Добавка 40% этой глины снижает температуру образования муллита на 100˚С. При этом в интервале температур 1000-1300˚С кристобалит не образуется. Добавка 20 и 40% фёдоровской глины в горностаевскую каолинитовую глину снижает температуру образования муллита примерно на 50˚С. При добавке Федоровской глины в горностаевскую глину кристаллизация кристобалита не исключается, однако содержание его в обожжённых образцах значительно уменьшается, а температура начала кристаллизации незначительно повышается.

Добавка 20 и 40% фёдоровской каолинито-монтмориллонитовые краснояружскую и диликаурскую глины, содержащие 40 – 45% монтмориллонита, не устраняет кристаллизацию кристобалита, хотя содержание его в обожжённых образцах значительно уменьшается. Добавка же 40% указанной глины в кумакскую (проба 1) каолинито-монтмориллонитовую глину, в которой содержится 15-17% монтмориллонита, полностью исключает кристаллизацию кристобалита в интервале температур 1000-1300˚С. При 20%-ной добавке фёдоровской глины наблюдается незначительное образование кристобалита. В обоих случаях температура образования муллита снижается.

Особенности превращения кремнезёма

Кремнезём в свободном виде и в виде разнообразных соединений всегда содержится в керамических массах. Как известно, при нагревании кремнезём претерпевает ряд полиморфных превращений, играющих важную роль в формировании структуры керамических изделий, которая обуславливает их прочностные и другие характеристики. В связи с этим необходимо рассмотреть характер превращений, происходящих при нагревании чистого кремнезёма и керамических масс. Ниже приведена диаграмма превращений кремнезёма по Феннеру:

β- кварц широко распространен в природе и природе и подробно изучен. Свойства других модификаций кварца, а также межгрупповые превращения кварц ↔ тридимит ↔ кристобалит, кварц ↔ кристобалит и низкотемпературные превращения внутри структурных групп (кварца, тридимита и кристобалита) описаны в других работах. Рядом исследований установлено, что практически превращения кремнезёма не происходят по схеме Феннера. Первой ступенью превращения кварца всегда является не тридимит, а кристобалит. Образовавшийся в стабильной области тридимита кристобалит отличается от β- кристобалита отсутствием оптической анизотропии. Он был назван Белянкиным «метакристобалитом». В зависимости от температуры образования метакристобалит может быть во внешнебесструктурной форме при температуре 1000-1250˚С и чешуйчатое форме при температуре 1250-1450˚С. Скорость образования кристобалита как промежуточный фазы значительно больше, чем скорость последующего превращения метастабильного кристобалита в тридимит. Микроскопические исследования показали, что превращение кварца в кристобалит идёт с поверхности зёрен, а у крупных зёрен (2 – 3 мм) также по трещинам, образующимся при термической обработке, причём фронт образования новой фазы кристобалита точно копирует форму кварцевого зерна.

В литературе имеются различные данные о температуре превращения α – кварца в кристобалит. Указывается, что интенсивное превращение кварца в кристобалит начинается при температуре 1000˚С и длительных выдержках, оно усиливается при 1250-1450˚С. В работе приведены сведения о том, что температура превращения кварца в кристобалит лежит между 1050-1100˚С. α – кварц превращается в кристобалит в интервале температур 1050-1100˚С. Равновесная температура превращения кварца в кристобалит 1025±25 ˚С. Температура превращения зависит также от исходного кремнезёма, она очень низкая (до 900˚С) у кремнекислоты и более высокая (до 1200˚С) у горного хрусталя. В глинах всегда в том или ином количестве содержится кварц, а в некоторых разновидностях глин – аморфный кремнезём. Кроме того, при обжиге глин в результате муллитизации глинистых минералов образуется аморфный кремнезём.

Приведённые в настоящей главе данные показали, что при обжиге малощелочных каолинитовых, каолини-то-гидрослюдистых глин, содержащих более 30% кварца и менее 25% гидрослюды, каолинитовых глин с примесью монтмориллонита и гидрослюды, а также каолитнито-монтмориллонитовых глин образуется кристобалит. При обжиге же щелочных каолинитовых глин, содержащих кварца менее 30%, и каолинито-гидрослюдистых, содержащих гидрослюды 18% и более, кристобалит не образуется. Температура образования кристобалита обусловлена минералогическим составом глин и содержанием примесей. При обжиге малощелочных каолинитовых, каолинито-монтмориллонитовых, а также некоторых каолинитовых глин с примесью монтмориллонита и гидрослюды кристоболит кристаллизируется в основном за счёт кремнезёма, образовавшегося в результате процесса муллитизации. Кварц, содержащийся в этих глинах, также чистично превращается в кристобалит, но при сравнительно более высоких температурах и в наибольшом количестве. При обжиге каолинито – гидрослюдистых глин с содержанием кварца менее 30% кварц частично растворяется в расплаве, а нерастворившийся сохраняется без изменений. Образовавшийся в результате муллитизации аморфный кремнезём частично вступает во взаимодействие, образуя муллит. Избыточный аморфный кремнезём, не вступивший во взаимодействие с Al2O3, растворяется в расплаве, богатом щелочами. Кварц, содержащийся в этих глинах, при обжиге в интервале 1000-1300˚С в кристобалит не превращается. При обжиге каолинито-гидрослюдистых глин с высоким содержанием кварца избыточный аморфный кремнезём также растворяется в расплаве, а кварц, содержащийся в глине, частично превращается в кристобалит при температурах обжига выше 1200˚С.