Двуокись кремния. Часть 2

Кристобалит, полученный при температуре ниже 1450—1470° С, является метастабильным и изотропным, в связи с чем до обстоятельных исследований Белянкина многие авторы принимали эту разновидность кремнезема за кварцевое стекло; выше температуры 1450—1470° С образуется стабильный анизотропный (при нормальной температуре) кристобалит [425].

При 1728° С кристобалит плавится. Застывший расплав образует аморфное изотропное кварцевое стекло.

Последнее кроме оптической изотропности обладает низким и мало меняющимся с температурой коэффициентом термического расширения, высоким электрическим сопротивлением и хорошей проницаемостью для ультрафиолетовых лучей. Все это делает кварцевое стекло весьма ценным для техники материалом.

Соответственно сказанному полиморфные превращения кремнезема могут быть представлены следующей схемой [523]:

Структура всех охватываемых этой схемой модификаций двуокиси кремния построена из тетраэдров Si04, связанных между

собой так, что каждый атом кислорода является общим для двух тетраэдров; таким образом формируется состав SiO2. Различие в структуре разных модификаций сводится к различию во взаимном расположении в них тетраэдров Si04.

Естественно поэтому, что энергоемкость процесса перехода кремнезема из одной модификации в другую, т. е. работа перестройки его решетки, зависит от этого различия, что объясняет причину первичного образования кристо-балита из α-кварца.

Из рис. 119 следует, что для превращения а-кварц а-кристобалит необходимо лишь «выпрямление» тетраэдров Si04, тогда как переход в тридимит требует еще и поворота их на 180° вокруг оси симметрии. Превращения в пределах одноименной модификации кремнезема, например α ↔ β ↔ γ-тридимит, связаны лишь с менее значительными изменениями характера сочетания тетраэдров Si04 (главным образом с изменением углов).

Именно поэтому такие превращения требуют затраты небольших количеств энергии и легко протекают при относительно низких температурах.

Разные модификации кремнезема существенно различаются между собой по своим свойствам (табл. 39).

Это относится, в частности, к коэффициентам термического расширения кремнезема. При переходе кремнезема из одной модификации в другую происходит скачкообразное увеличение объема образца.

Переходы α-кварц ↔ α-кристобалит, α-кварц ↔ α-три-димит и α-тридимитa ↔ α-кристобалит сопровождаются изменением объема соответственно на 15,7; 16,1 и 0,6%.

Последнее позволяет на основании дилатометрического исследования кремнезема судить о температурах его полиморфных превращений и в известной мере даже о степени его превращения в другую модификацию в различных условиях. Точность подобного рода определений, однако, весьма относительна, хотя бы потому, что линейное расширение образцов зависит от условий опыта 1578].

 

Другие части:

Двуокись кремния. Часть 1

Двуокись кремния. Часть 2

Двуокись кремния. Часть 3

Двуокись кремния. Часть 4

Двуокись кремния. Часть 5

 

 

Содержание