Рентгеновским методом исследовали керамические материалы, полученные из искусственных смесей, содержащих различное количество каолинита и мусковита или иллита. При содержании в массе 0-30% слюды содержание муллита достигает 40%. При дальнейшем увеличении количества слюды или иллита в массе содержание муллита начинает падать. При обжиге каолина без добавок кристаллизуется кристобалит. По мере увеличения в массе слюды или иллита содержание кристобалита падает, а количество стеклофазы растёт: при 45% слюды содержание её достигает 55%. При незначительном содержании слюды наблюдается присутствие шпинельной фазы кубической сингонии. Исследования фазовых превращений, происходящих при обжиге пяти глин, содержащих от 5 до 75% иллита или хлорита, показали, что при 950˚С выкристалли-зовывается фаза, по структуре сходная с γ - Аl2 O3. содержание этой фазы в обожжённом продукте пропор-ционально содержанию каолинита в исходной глине. В глинах, содержащих небольшое количество иллита, муллит образуется при 1000˚С. В этих же глинах с высоким содержанием каолинита при температурах 1150-1200˚С кристаллизируется кристобалит. В обожжённых образцах, содержащих 75% иллита и хлорита, кристобалита не обнаружено. Отмечается также, что с увеличением содержания иллита в исходных глинах количество муллита и кристобалита в обожжённых уменьшается. Снижение содержания кристобалита или его отсутствие автор объясняет тормозящим действием прослойных катионов иллита. Зависимость образования высокотемпературных кристаллических фаз от минералогического состава глин отмечается в работе. Автор указывает, что образование кристобалита происходит в основном из кремнезема глинистых минералов. Рентгеновские исследования обожжённых образцов глин различного состава показали, что в каолинитовых глинах при 920˚С образуется фаза шпинельного типа, при 1050˚С – муллит и кристобалит. В иллитовой глине муллит образовался при 1050˚С. Кристобалит в обожжённых образцах отсутствует. Отмечается, что при обжиге иллитовой глины шпинельной фазы не образуется.
В работе на рентгеновской установке с высокотемпературной приставкой были выполнены исследования глин различного минералогического состава отечественных месторождений. При обжиге просяновского каолина значительное количество муллита появляется при температуре 1200˚С, при 1300˚С появляется кристобалит. При 1400˚С их количество уменьшается за счёт частичного растворения в стекле. После охлаждения до комнатной температуры количество кристаллической фазы увеличивается. При добавке 10% альбита образование кристобалита также наблюдается при 1300˚С, но в меньшем количестве, а при 1400˚С и после охлаждения он не обнаруживается. На терморентгенограммах глин, содержащих гидрослюду, кристаллизация кристобалита не отмечается. При нагревании гумбрина, содержащего кроме монтморилло-нита тонкодисперсный кристобалит, начиная с температуры 1000˚С количество кристобалита увеличивается и содержание его по сравнению с каолинитовыми глинами резко повышается. При добавлении 10-20% гумб-рина в каолинито – гидрослюдистую глину также наблюдается появление в ней кристобалита.
Как видно из краткого обзора, вопросу фазовых превращений, происходящих при обжиге глин, посвящено много работ, из которых вытекает, что развитие высокотемпературных кристаллических фаз при обжиге глин зависит от их минералогического состава и состава примесей, содержащихся в глинах. Между тем до последнего времени оставались недостаточно изученными вопросы, связанные с влияние жидкой фазы, образующейся при обжиге глин, её состава и строения, с влиянием отдельных окислов, а также вопросы количественного соотношения глинистых минералов, содержащихся в глинах, на образование и развитие высокотемпературных фаз. Как указывалось выше, были детально изучены фазовые превращения каолинов и глин украинских месторождений. Развитие же керамической промышленности потребовало использова-ния малоизученных глин, месторождения которых расположены в районах Урала, Сибири, Средней Азии, отличающихся по химико-минералогическому составу от украинского сырья. В связи с этим были проведены систематические исследования, основные результаты которых изложены ниже.
При проведении исследований образование и развитие высокотемпературных кристаллических фаз опреде-ляли рентгенографически. Для этого из пластичного теста каждой глины формировали образцы цилиндры, которые высушивали и обжигали в электрической силитовой печи при температуре 1000-1300˚С с интервалом 50˚С. Скорость нагрева в печи составляла 5 С/мин, регулировали её специальным устройством. При конечной температуре делали выдержку в течение 20 мин. После каждого нагревания образцы подвергали рентгеновскому исследованию на установке УРС-50И с Сu – анодом и Ni– фильтром. При съёмке рентгенограмм поддерживали строго постоянный режим работы установки.
Каолинитовые глины. В обожжённых образцах просяновского каолина значительное количество муллита рентгенографически обнаруживается только при температуре 1200˚С. При повышении температуры до 1250˚С количество муллита растёт. При этой же температуре образуется кристобалит, содержание которого при повышении температуры увеличивается. Исследования изменения просяновского каолина показали кристаллизацию кристобалита при 1300˚С. Однако авторы этой работы нагревали образцы с интервалом 100˚С и при температуре 1250˚С не снимали рентгенограмм. При обжиге Каменской каолинитовой глины образование муллита рентгенографически отмечается при температуре 1150˚С. При этой же температуре кристаллизируется кристобалит. При повышении температуры обжига содержание муллита и кристобалита растёт. В обожжённых образцах сединской глины кристобалит рентгенографически отмечается только при температуре 1300˚С. Кристаллизация муллита происходит при температуре 1150˚С. С повышением температурысодержание муллита в обожжённых образцах увеличивается. При обжиге каолинитовой глины Мугоджарского месторождения муллит и кристобалит образуются при температуре 1150˚С. При обжиге горностаевской глины муллит образуется при температуре 1100˚С. Кроме того, в обожжённых при температурах 1050 - 1250˚С образцах из горностаевской глины кристаллизируется гематит. При температуре 1300˚С он исчезает. В обожжённых образцах каолинитовой глины месторождения Устье – Брынкино муллит образуется при температуре 1100˚С. Количество его с повышением температуры значительно увеличивается. При обжиге глины месторождения Устье – Брынкино в интервале температур 1000- 1300˚С кристобалита не образуется вообще. От других каолинитовых глин глина месторождения Устье – Брынкино отличается более высоким содержанием щелочей, которые присутствуют в ней в виде полевого шпата. Присутствие щелочей в каолинитовых глинах исключает образование кристобалита, что соответствует литературным данным, приведённым выше. Таким образом, рентгенографические исследования показывают, что при обжиге малощелочных каолинитовых глин в них образуется муллит и кристобалит. В мащелочных каолинитовых глинах с высоким содержанием Fе2O3 образуется гематит. Температура образования муллита и кристобалита для различных глин различна и обусловлена природой содержащихся в них примесей. В каолинитовых глинах, содержащих значительное количество щелочей ( > 1,5%), кристобалита в интервале температур 1000-1300˚С не образуется.