Спекание однородных структур
Если все частицы в силикагеле оказываются очень однородными по размеру и упаковываются однородным способом, то спекание будет происходить внезапно, как только достигается определенная температура, и все поры будут подавляться одновременно. Айлер наблюдал подобное явление в случае плотно упакованных однородных кремнеземных сферических частиц диаметром 200 нм (см. раздел о синтетическом опале в гл. 4). Такой белый непрозрачный кремнезем проявляет быструю усадку, когда достигается определенная температура (1000— 1200°С в зависимости от содержания ионов Na+), и он превращается в прозрачное непористое кварцевое стекло Si02 гораздо ниже нормального значения температуры размягчения.
Вероятно также, что при такой однородной структуре силикагеля температура спекания становится более низкой из-за более мелких пор. Таким образом, как только при определенной температуре группа частиц начинает коалесцировать, то поры между ними становятся меньше и скорость, с которой поры затягиваются, все возрастает до тех пор, пока поры не перекроются полностью.
Сравнение обычных плотных, тонкопористых силикагелей с аэрогелем, для которого характерна открытая пористая структура, показывает, что при данной температуре в вакуумных условиях спекания более устойчивой оказывается широкопористая структура. Рис [319] подтвердил, что в подобном случае твердые поверхности таких широких «пор» оказываются настолько далеко разделенными, что их сближение и «слияние» в процессе нагревания происходят медленно. Волф и Бейер [350] также показали, что для силикагеля с более низкой плотностью, имеющего относительно меньшее число контактов частиц и более низкое координационное число, при высокой температуре наблюдаются наименьшие степень усадки и потеря удельной поверхности. Авторы получили высушиванием две порции1 одного и того же силикагеля, причем первая порция (I) формировалась из жидкой фазы с низким поверхностным натяжением (уксусная кислота), а вторая порция (II) — из воды:
|
Силикагель Диаметр пор, Удельная поверхность, ы2/г
|
Силикагели, имеющие только однородные микропоры, способны спекаться полностью до получения теоретической плотно-
22 Заказ № 250
|
Температура, °С |
Сти кремнезема при относительно низкой температуре. Малан - чук и Стюарт [351] сообщили, что силикагель с порами диаметром 10 А спекался при необычно низком значении температуры:
Удельная поверхность, мг; г
|
25 800 900-1000 |
|
700 500 0 |
Производство отлитых в форме изделий из чистого прозрачного кварцевого стекла влечет за собой решение двух проблем: а) синтезирование такого типа силикагеля, который не растрескивался бы при высушивании, и б) затвердевание изделия из промытого и высушенного силикагеля без возможного процесса расстекловывания. Шоуп и др. (см. лит. к гл. 2 [96, 97]) решили эту проблему посредством использования совместимого раствора, состоящего из растворимого силиката (калия) и коллоидного кремнезема с высоким содержанием SiCV При формовании с добавлением однородно распределенного подкисляющего реагента (формамида) силикагель становится чрезвычайно прочным вследствие высокого содержания кремнезема и очень тонкопористой структуры. После промывания кислотой с целью удаления щелочного металла отформованное изделие из силикагеля высушивалось и спекалось при 1350°С. Затвердевание протекало быстро, сопровождаясь однородной объемной усадкой силикагеля, так что получалось конечное, сохранившее форму изделие из прозрачного плавленого кварцевого стекла.
