Модуль 2. Фазовые равновесия в силикатных системах и диаграммы состояния

Фазовые равновесия в гетерогенных системах. Основные понятия учения о фазовых равновесиях. Основные понятия и определения. Система. Параметры системы. Независимые компоненты. Степени свободы. Правило фаз. Общие представления о диаграммах состояния.

Диаграммы состояния. Однокомпонентные системы. Элементы строения диаграмм состояния однокомпонентных систем. Энантиотропные и монотропные полиморфные превращения. Система SiO₂.

Двухкомпонентные системы. Методы построения диаграмм состояния. Термический анализ. Элементы строения диаграмм состояния двухкомпонентных систем. Основные типы диаграмм состояния двухкомпонентных систем и правила работы с ними. Применение правила рычага в двухкомпонентных системах. Система CaO – SiO₂. Система Al₂O₃ – SiO₂. Система MgO – SiO₂. Система Na₂O – SiO₂.

Трехкомпонентные системы. Элементы строения диаграмм состояния трехкомпонентных систем. Основные типы диаграмм состояния трехкомпонентных систем и правила работы с ними. Применение правила рычага в трехкомпонентных системах. Система CaO – SiO₂ – Al₂O₃. Система MgO – Al₂O₃ – SiO₂. Система CaO – MgO – SiO₂. Система Na₂O – CaO – SiO₂.

0. Задание 2. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем Вариант 1

С помощью диаграммы состояния системы MgO – SiO₂ (рис. 3) выполните следующие задания:

1. Опишите процесс кристаллизации расплавов следующих составов: а) 35% MgO и 65% SiO₂; б) 55% MgO и 45% SiO₂.

2. Определите содержание жидкой фазы в огнеупоре состава 75% MgO и 25% SiO₂ при температурах 1900 и 1850 °С.

3. При какой температуре появится жидкая фаза в огнеупорах, имеющих следующий состав: а) 75% MgO и 25% форстерита Mg₂SiO₄; б) 80% форстерита и 20% энстатита MgSiO₃?

4. Какое количество форстерита Mg₂SiO₄ выделится из расплава, содержащего 50% MgO и 50% SiO₂, при охлаждении до температуры 1600°С?

5. Каким должен быть состав исходной смеси в системе MgO – SiO₂, чтобы при полном охлаждении получить огнеупор состава 80% MgO и 20% форстерита Mg₂SiO₄?

Вариант 2

С помощью диаграммы состояния системы Li₂O – SiO₂ (рис. 4) выполните следующие задания:

1. Опишите процесс кристаллизации расплавов следующих составов: а) 40% Li₂O и 60% SiO₂; б) 25% Li₂O и 75% SiO₂.

2. Определите содержание жидкой и твердой фазы при 1100°С в смесях состава: а) 15% Li₂O и 85% SiO₂; б) 70% Li₂O и 30% SiO₂.

3. Как изменится температура полного плавления смеси при замене 10% Li₂O на SiO₂ в составе 7% SiO₂ и 30% Li₂O?

4. При какой температуре появится жидкая фаза в огнеупорах, имеющих следующий состав: а) 15% Li₂O и 85% SiO₂; б) 50% Li₂O и 50% SiO₂?

5. Определите составы равновесных фаз, соответствующих эвтектическим точкам.

Вариант 3

С помощью диаграммы состояния системы Na₂O – SiO₂ (рис.5) выполните следующие задания:

1. Опишите процесс кристаллизации расплавов следующих составов: а) 40% Na₂O и 60% SiO₂; б) 15% Na₂O и 85% SiO₂.

2. Как изменится температура полного плавления смесей в данной системе при увеличении содержания SiO₂ с 50 до 60%?

3. Натриевое растворимое стекло имеет состав Na₂O·3SiO₂. Определите температуру его полного плавления.

4. Исходная смесь содержит 72% SiO₂ и 28% Na₂O. Определите содержание жидкой фазы при 800°С и соотношение между фазами при полной кристаллизации.

5. Определите соотношение между фазами при полной кристаллизации расплава, содержащего 40% SiO₂ и 60% Na₂O.