Труды КНЦ. Технические науки. – 2026. - № 1

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2026. Т. 17, № 1. С. 5-11. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2026. Vol. 17, No. 1. P. 5-11. Keywords: quartz glass, quartz ceramics, temperature coefficient of linear expansion, linear size Financing: The research was carried out with the support of the federal budget on the subject of the state assignment of the Branch of the St. Petersburg Institute of Nuclear Physics named after B. P. Konstantinov of the Kurchatov Institute Research Center—I. V. Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry 1024030700034-2-1.4.3. For citation: Коlоbоv А. Yu., Sycheva G. A. Вilatometric study of opaque quartz glass synthesized by plasma melting from sand of the Ramenskoye deposit // Transactions of the tola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2026. Vol. 17, No. 1. P. 5-11. doi:10.37614/2949-1215.2026.17.1.001. Введение К перспективным способам получения непрозрачного кварцевого стекла (НКС) как основного компонента огнеупорной кварцевой керамики следует отнести плазменное плавление, которое находит все большее применение в огнеупорной и стекольной промышленности [Kolobov, Sycheva, 2021]. Одним из важнейших теплофизических свойств для характеристики огнеупорных изделий является термостойкость (термическая стойкость, или термостабильность) — свойство материалов противостоять напряжениям, вызванным изменениями температуры. Нужно, чтобы при этом материал сохранял свои свойства и не разрушался. При расчете термостойкости следует учитывать многие влияющие на нее факторы. Прежде всего, это коэффициент теплового расширения (ТКЛР), теплопроводность, упругие свойства материала, а также форма и размер конкретного изделия [Пивинский и др., 2016; Pivinskii et al., 2016a; Pivinskii et al., 2016b; Pivinskii et al., 2017; Research..., 2018; Kolobov, Sycheva, 2020; Kolobov, Sycheva, 2021]. Результаты Получены зависимости изменения линейных размеров образцов кварцевого стекла для 10 циклов «нагрев-охлаждение» (рис. 1). Под циклом понимаем процесс разогрева образца кварцевого стекла с определенной скоростью (в нашем исследовании 2,5; 5 или 10 °С/мин) до определенной температуры (максимальная составляет 1400 °С и ограничена возможностями прибора) и последующим охлаждением с постоянной скоростью 10 °С/мин до 400 °С. После этой температуры охлаждение прибора и его измерительной ячейки происходит естественным образом в результате теплообмена с окружающей средой. Как видно из рис. 1, всю область исследуемых температур для первичного и повторного обжига кварцевого стекла можно разбить на два достаточно четко различающихся интервала. П ер вы й — среднет емперат урны й (до 1200 °С): в этих условиях структура стекла сохраняется в основном «замороженной». При этом в стекле коэффициент расширения положителен и относительно мало меняется с изменением температуры и при повторных обжигах. Термостойкость и ТКЛР не являются в строгом научном понимании физическими константами полифазных, поликристаллических и пористых материалов, в частности огнеупоров, керамики и ситаллов. Кварцевое стекло в процессе термообработки переходит из аморфного состояния в типичный ситалл (кристаллическая фаза кристобалита распределена в стекле) с характерной для него нано- и микроструктурой и порами разных размеров и формы. Поэтому при дилатометрии даже на одном образце можно наблюдать заметные флуктуации (колебания и несовпадения) кривых ТКЛР термообработанного кварцевого стекла. Данное явление можно объяснить так. В основе теории термостойкой фрагментальной структуры лежит микротрещиноватая структура. Согласно этой теории, объем изделия разбит микротрещинами на элементарные объемы — фрагменты. При возникновении термических напряжений образованные объемы — фрагменты — могут незначительно сдвигаться по отношению друг к другу без образования дополнительных трещин. Повышение термической стойкости как результат микротрещиноватости структуры достигается использованием смесей из двух и более кристаллических фаз с различным температурным коэффициентом линейного расширения, в нашем случае этот вновь образовавшийся кристобалит в массиве стекла. При повышении температуры и времени выдержки возрастает количество кристобалита, происходит припекание частиц кристобалита друг к другу, их незначительный рост, а также образование микротрещин между кристаллами. Наличие в образцах значительного количества микротрещин оказывает большое влияние на все основные свойства термообработанного кварцевого стекла. Таким образом, решающее влияние на изменение линейных размеров и значения ТКЛР в исследуемых образцах будет оказывать микроструктура, которая, в свою очередь, будет зависеть от размера кристаллов и пор. © Колобов А. Ю., Сычева Г. А., 2026 6