Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2025(16))

таких смоделированных условий и режимов термообработки образцов непрозрачного кварцевого стекла, которые были бы максимально приближены и отвечали последующему применению и эксплуатации изделий на его основе в промышленных тепловых агрегатах: 1. Изотермические обжиги в течение 1, 2 и 5 ч и цикличные тепловые нагрузки от 1 до 10 циклов «разогрева-охлаждения» при разных скоростях нагрева: 2,5; 5 и 10 °С/мин. Впервые для кварцевого стекла, полученного из песка Раменского месторождения, найдены зависимости изменения линейных размеров и значения термических коэффициентов линейного расширения (ТКЛР), смоделированы процессы службы («разогрева-охлаждения») с изотермической выдержкой 1, 2 и 5 ч при температурах 1 200, 1 300 и 1 400 °С, для десяти циклов нагрева-охлаждения с различной скоростью разогрева 2,5; 5 и 10 °С/мин. Образцы для измерения ТКЛР и изменения линейных размеров готовили из монолитного куска кварцевого стекла, они представляли собой параллелепипед с основанием 5 х 5 мм и высотой 25 мм (рис. 6). 2. Контроль количества образовавшегося кристобалита по п. 1 методом РФА (рентгенофазовый анализ). Изучена кинетика кристаллизации НКС в изотермических, динамических и термических условиях. Для оценки скорости кристобалитизации можно использовать температурно-временной эквивалент (ТВЭ), равный произведению температуры (Т, °С) на длительность термообработки (т, ч): ТВЭ = Т т п, где n — показатель термоинертности стекла. Получены количественные характеристики по кинетике образования кристобалита в кварцевом стекле из песка Раменского месторождения. Максимальная скорость кристобалитизации при изотермическом тепловом воздействии при температуре 1 400 °С составляет 5 объемных % кристобалита в час. Наиболее интенсивное образование кристобалита происходит при температуре 1400 °С и скорости нагрева 2,5 °С/мин и составляет 23,0 и 35,5 объемных % соответственно. Показано, что от тепловой предыстории образцов кварцевого стекла зависят параметры элементарной ячейки кристобалита. С увеличением скорости нагрева в ряду 2,5-5,0-10,0 градусов в минуту наблюдается незначительное смещение максимумов дифракционных пиков в область меньших углов: для рефлекса 101 — 4,01-4,02-4,03 А, а значения параметров ячейки составляют: а 4,96-4,98-5,00 А и с 6,813-6,811-6,808 А соответственно. 3. Контроль размеров частиц образовавшегося кристобалита по п. 1 методом оптической микроскопии. Установлено, что при увеличении температуры (от 1 200 до 1 400 °С) и длительности выдержки (1, 2, 5 ч и 10 циклов «разогрева-охлаждения») возрастает количество и размер частиц кристобалита от 3 до 72 мкм. 4. Определение пористости образцов в зависимости от количества образовавшегося кристобалита. Установлено, что при увеличении температуры (от 1 200 до 1 400 °С) и длительности выдержки (1, 2, 5 ч и 10 циклов «разогрева-охлаждения») возрастает общая и открытая пористость термообработанных образцов кварцевого стекла от 0,83 до 5,17 %. Выводы В результате выполненного комплексного физико-химического исследования кварцевого песка Раменского месторождения, полученного на его основе НКС и изделий из кварцевой керамики с использованием инструментальных (рентгенофазового и рентгенофлуоресцентного анализа, высокотемпературной дилатометрии, оптической микроскопии в проходящем и отраженном свете, синхронного термоанализа), физических (плотность и пористость, зерновой состав) и химических методов анализапредложен научно и практически обоснованный подход для оценки устойчивости к кристаллизации непрозрачных кварцевых стекол, нашедших применение в промышленности, заключающийся в выборе таких смоделированных условий и режимов термообработки образцов непрозрачного кварцевого стекла, которые были бы максимально приближены и отвечали последующему применению и эксплуатации изделий на его основе в промышленных тепловых агрегатах, а также предложена методика прогнозирования относительной износоустойчивости огнеупорной кварцевой керамики при службе в высокотемпературных тепловых агрегатах. Список источников 1. Колобов А. Ю., Сычева Г. А. Кварцевое стекло, полученное на плазмотронах ОАО «Динур» из Раменского песка: особенности кристаллизации на полированной поверхности // Физика твердого тела. 2019. Т. 61, № 12. C. 2355-2358. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 1. С. 173-178. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 1. P. 173-178. © Колобов А. Ю., Сычева Г. А., 2025 176