Роль водяного пара в процессах спекания

Морозостойкие керамические материалы

Помимо известной функции высокотемпературного восстановителя оксидов  железа и  активизатора  спекания, пары воды, по мнению ряда исследователей, выполняют и особую функцию. Так, П.П. Будников и А.В. Нехорошев выявили, что водяной пар, так же как и другие газы, выполняет роль «носителя» частиц тяжелых веществ. Это согласуется с данными В.Ф. Павлова, который установил, что на поверхности изделий при скоростном обжиге плитки и труб кварца больше, чем внутри.

Норкуте С.В.,  исследуя  влияние  газовой  среды на  свойства и структурообразование керамики,  делает  вывод, что  решающим оказывается влияние выделяющихся из самой глины газов и паров воды. При интенсификации подъема температуры диффузия внешних газов вглубь черепка затруднена благодаря противотоку выделяющихся газов.

Исследования А.С. Садунаса и его коллег выявили, что прочностные характеристики образцов, обожженных в среде водорода и CO2, близки и не зависят от скорости подъема температуры, тогда как обжиг в потоке воздуха показывает значительную зависимость прочности от скорости подъема температуры.

На   основании   проведенных   исследований  А.С. Садунас, С.В. Норкуте, А.В. Нехорошев и другие считают, что на термический процесс существенное влияние оказывает скорость подъема температуры, которая в свою очередь влияет на состав и количе- ство выделяющихся газов.

Онацкий С.П. выяснил, что при ускоренном режиме обжига выделение газов и паров воды смещается в область более высоких температур. Такие активные газовые компоненты, как СО, Н2 и водяной пар, реагируют с оксидами железа с образованием FeO, являющимся активным флюсом. Таким образом, при скоростном режиме обжига создаются благоприятные условия для интенси- фикации структурообразования.

В целом при повышенных скоростях обжига в структурообразовании черепка участвуют три фазы: твердая, жидкая и газовая (в том  числе  водяной  пар).  Если  проводить  обжиг  при  1 000 °С в обычном режиме, то вначале в структурообразовании участвуют твердая и газовая фазы, а затем твердая и жидкая. Такие процессы можно  назвать  термическими.  При  ускоренном  режиме обжига идет пневматолитотермический процесс, в котором пары воды, выделяющейся при дегидратации, очевидно, участвуют в структурообразовании с дегидрационным диспергированием. Здесь перенос части вещества (в основном SiO2) в газовую фазу осуществляется «носителем» – водяным паром.

Ускоренный режим обжига плиточной массы для полов использован авторами для иллюстрации возможности структурообразования путем пневматолитотермического процесса за счет смещения дегидратации глинистых минералов в сторону высоких температур. В этих условиях внешняя парогазовая среда не дает существенного преимущества в сопоставлении с воздушной средой.

При обжиге в термических условиях одним из путей снижения температуры и продолжительности выдержки при максимальной температуре является применение флюсующих добавок, а также обжиг во внешней парогазовой среде.