Каменное литье - материал, полученный в результате высокотемпературной переплавки сырья минерального (основные и ультраосновные горные породы) и техногенного (металлургические шлаки, топливные золы и т.д.) происхождения, может быть классифицирован как вид синтетических силикатов, так как представляет собой сложную оксидную многокомпонентную систему, основной компонент которой диоксид кремния. Обладает уникальными эксплуатационными свойствами, благодаря которым востребован в промышленности, как абразиво- и коррозионностойкий материал. Уникальные показатели свойств обеспечены необычным строением каменного литья, в его структуре сочетаются кристаллические составляющие и аморфная фаза. Показатели свойств зависят от соотношения и характера распределения структурных составляющих в материале и относительно друг друга, которые в свою очередь зависят от физических и химических явлений происходящих в расплаве каменного литья. Особенностью каменных расплавов является явление ликвации, когда одна жидкая фаза распадается на две не смешивающиеся между собой жидкости.
Данное явление может быть отражено в диаграммах состояния, общий вид такого случая представлен на рис. 1.
а б
Рис. 1. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с ликвацией:
а -система стабильной ликвации; б - купол ликвации двухкомпонентной системы: 1-бинодаль; 2- спинодаль; точка 1 - пример охлаждения расплава, К- критическая точка,
l - равновесная текущая концентрация, t - текущая температура при охлаждение,
DCE- линия ликвидуса, С- текущая концентрация компонентов шихты,
X и Y - компоненты системы.
Поскольку химический состав каменных расплавов может быть различным по диаграмме общего вида можно сформулировать общий вид последовательности фазовых превращений при охлаждении каменного расплава с ликвацией:
Однородная жидкость → две несмешивающиеся жидкости →
→при t1: Ж1 (состав соответствует l1´) + Ж2 (состав соответствует l1´´) + Х (например, если Х=SiO2, то - α- кристабалит) →
→ при t2: Ж1 (состав соответствует l2´) + Ж2 (состав соответствует l2´´) + Х (например, если Х=SiO2, то - α- кристабалит) →
→Х (например, если Х=SiO2, то - α- тридемит) +Ж → Х + Y.
Ликвация как фазовое разделение протекает в две стадии:
- химический распад, приводящий к возникновению зародышей новой фазы;
- рост частиц новой фазы с последующей переконденсацией, т. е. ростом крупных частиц за счет более мелких.
Распределение несмешивающихся жидкостей относительно друг друга зависит от их физических параметров, таких как плотность, поверхностное натяжение и т.д. Однако, при разливе каменного расплава наблюдается влияние траектории движения расплава. Наличие ликвационных явлений подтверждается результатами петрографических исследований рис. 2.
а б
Рис. 2. Изображения полученные при петрографическом исследование образцов каменно литья на оптическом микроскопе в проходящем свете: а - увеличение в 50 раз, б- увеличение в 100 раз
Таким образом, в работе рассмотрена природа ликвационных явлений в синтетических расплавах каменного литья.