Реакции, протекающие в твердофазном состоянии

Морозостойкие керамические материалы

Реакции, протекающие в твердофазовом состоянии, исключительно важны для многих технологических процессов силикатного производства. Теоретические исследования процессов и явлений, активизирующих твердофазовое спекание, были выполнены В.Л. Балкевичем, А.С. Бережным,  П.П. Будниковым, А.М. Гинстлингом, У.Д. Кингери,Г.В. Куколевым, А.И. Леоновым, Б.И. Нудельманом, В. Эйтелем и др.

В сопоставлении с веществами в жидком состоянии реакции между твердыми реагентами происходят значительно медленнее, чему препятствует малая подвижность компонентов этих веществ.

Под воздействием высокой температуры подвижность слагающих твердые вещества молекул или ионов значительно возрастает. При повышении температуры смесей твердых веществ, но не выше температуры плавления исходных реагентов и возможных в системе  эвтектик,  в  смесях  происходят реакции  взаимодействия с образованием новых веществ.

Кроме температуры, на протекание реакций в твердом состоянии существенное влияние оказывают гранулометрический состав смесей и удельная поверхность составляющих ее компонентов.

Чем тоньше измельчена смесь твердых веществ, тем выше скорость их взаимодействия.

Наряду с гранулометрическим составом, большое значение имеет степень спрессованности смесей вследствие сближения контактирующих поверхностей зерен реагирующих веществ.

Процесс фазообразования в указанных выше условиях основывается на одновременности процесса распада исходных продуктов и образования новых минералов. Введение в сырьевую смесь добавок – интенсификаторов (или, как их иногда называют, ускорителей или минерализаторов) способствует разрушению решеток реагирующих компонентов и, как следствие, повышает активность реакционной  смеси,  особенно  в  период реакций,  происходящих в твердой фазе.

Августиник  А.И. , рассматривая действие интенсификатора, делит этот процесс на три типа:

1) действие  интенсификатора  в  интервале  температур  ниже температуры начала плавления;

2) действие интенсификатора в интервале температур плавления;

3) действие интенсификатора в период кристаллизации.

В керамическом производстве воздействие на процесс твердофазовых реакций решает задачи синтеза какой-либо определенной кристаллической фазы либо преследует цель образования твердого раствора или повышения дефектности структуры основной кри- сталлической фазы путём введения добавок – интенсификаторов. Протекание таких реакций основано на определенных кристалло- химических законах, учитывающих значения ионных радиусов элементов.

В целом минералообразование при частичном расплавлении, т.е. появлении жидкой фазы, протекает интенсивнее. Присутствие интенсификаторов на этом этапе дает возможность еще больше увеличить подвижность (текучесть) жидкой фазы, ускорить диффузионные процессы и активизировать фазообразование.