Технология и методология изготовления водородонаполняемых микросфер на основе силикатных и боросиликатных систем

• Автор: Медведев, Евгений Фёдорович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 237 с. : 29 ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ ВОДОРОДНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ СТЕКОЛ, ПРОБЛЕМЫ СИНТЕЗА В РАСТВОРЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ БОРО-СИЛИКАТОВ ИК-СПЕКТРАЛЬНЫМ МЕТОДОМ
1.1 Водородная проницаемость стекол и ее математический аппарат
1.2 Структуроопределяющие критерии
Кислородное число. Парциальный и молярный объемы оксида. Сила поля катиона
Фактор связности и коэффициент заполнения структуры
Свободный объем. Коэффициент термического расширения
Резюме
1.3 Составы для изготовления газонаполняемых микросфер
Стекла для лазерного термоядерного синтеза
Микросферы из зол и шлаков ТЭЦ
Силикатные стекла со специальными функциональными добавками
Природные минералы РЗЭ, тяжелых металлов, алюминия и щелочноземельных металлов
Минералы РЗЭ (Ей, N6, Бт, ТЬ, Но)
Минералы свинца
Минералы серебра
Минералы алюминия
Магниевокальциевые минералы
1.4 Способы изготовления стеклянных микросфер
1.5 Проблемы определения фазового состава стеклообразующих композиций методом ИК-спектроскопии
Выводы
Глава 2 МЕТОДОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКОЛ ДЛЯ ВОДОРОДОНАПОЛНЯЕМЫХ МИКРОСФЕР
2.1 Структуроопределяющие критерии оксидных стекол: относительный модуль,
содержание кислорода, фактор связности структуры, сила поля катиона
Силикатный модуль и фактор связности структуры стекла
Взаимосвязь структуроопределяющих критериев стекол системы ЫагО-БЮг

Взаимосвязь кислородного числа и силикатного модуля
Коэффициент заполнения структуры
Коэффициент водородопроницасмости как функция силикатного модуля
Дополнение к фазовой диаграмме Крачека. Применение диаграммы для определения основного состава водородонаполняемых микросфер
Расчет силикатных составов с применением диаграммы Крачека, дополненной
критериями и К
Прогнозирование влияния компонентов на водородопроницаемость
Применение геометрических параметров микросфер и времени полуистечения
газа для расчета коэффициента водородной проницаемости
Анализ размерности коэффициента водородной проницаемости стекол

Взаимосвязь структуроопределяющих критериев. Параметр

Методика оценки качества стекол по параметру

Оценка перспективности составов стеклянных микросфер по уравнениям вида
1ссс)
2.2 Моделирование составов стекол
Разработка методики расчета стекол водородонаполняемых микросфер
Следствия из методики расчета стеклообразующих композиций
Выводы
Глава 3 ТЕХНОЛОГИЯ СИНТЕЗА СТЕКЛООБРАЗУЮЩИХ СОСТАВОВ И ИХ КОМПОНЕНТОВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
3.1 Исходные компоненты
Растворитель
Стеклообразователи и модификаторы
Дополнительные компоненты специального назначения
Г азообразователи
Материалы и оборудование для проведения синтеза
3.2 Технология получения шихтовых компонентов
Получение растворов шихтовых компонентов
Получение основных растворов
Получение раствора силиката натрия с магнием и кальцием
Получение раствора силиката натрия с алюминием
Получение раствора силиката натрия с серебром
Получение раствора силиката натрия с неодимом

Получение раствора силиката натрия с самарием
Получение раствора силиката натрия с тербием
Получение раствора силиката натрия с гольмием
Получение раствора вещества системы ER20-RO-PbO-А12Оз-В2Оз-8Ю2-
-C6H807-C22H„09(NH4)3-H20 (R2=Li, Na, К; R=Mg, Ca)
Получение раствора вещества системы X R20-Еи2Оз- В203- Si02- СбН807-
-C22Hn09(NH4)3-(NH2)2C0-H20 (R2=Li, Na, К)
Выводы
Глава 4 КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ СТЕКЛООБРАЗУЮЩИХ СОСТАВОВ И
ИХ КОМПОНЕНТОВ
4Л Кристаллизация компонентов шихт
Кристаллизация в системах Na20-Si02-H20, Na20-B203-H20, Na20-B203-Si02, К20-С6Н807-Н20, К20-В203-Н20, Na20-K20-Si02-H20, Na20-Ca0-Si02-H20, Na20-Mg0-Ca0-Al203-B203-Si02-C6H807-H20, Na20-Ag20-Si02-C6H807-
-C22Hi i 09(№Т|)з-Н20
Кристаллизация в системе XR20-Pb0-Si02-C6H807-H20 (R2=Li, Na, К)
Анализ распределения кристаллов (методика сканирования по радиусу)
4.2 Результаты физико-химического исследования веществ
Особенности синтеза и анализ веществ с европием
Особенности синтеза и анализ шихт со свинцом
Рентгеновский микроанализ, атомно-эмиссионный спектральный и атомноабсорбционный анализы синтезированных веществ
Рентгенофазовый анализ
Термический анализ стеклообразующих шихт
ИК-спектроскопический анализ шихт и их компонентов
Исследование фазового состава силиката натрия
Определение фазового состава борной кислоты
Особенности идентификации борной и кремниевой кислот, одновременно находящихся в шихте
Расчетно-графическая методика анализа ИК-спектра шихты, содержащей борат и силикат натрия, борную и кремниевую кислоты
Определение полос боросиликата натрия в ИК-спектре многокомпонентной
шихты
Резюме
Исследование шихты щелочной свинцовоборосиликатной системы ИК-

Структура стекол представляется как взаимное расположение атомов, молекул, ионов, кластеров и фаз, образующих так называемые структурные сетки [232, 309]. Координационные полиэдры, формируемые атомами (ионами), объединяются между собой вершинами (через мостики), гранями или плоскостями. В структуре стекол превалирует первый вид сочленения. В обычных условиях В2О3, ЗЮз, Р2О5, ОеОг можно получить в виде стекол (основные стеклообразователи - ЬазОДОу), а оксиды элементов А1, Тц V, 2п, ва, Эе, 2г, N1), Мо, 1п, 8п, БЬ, Те, Та, XV, РЬ, Ш, Се, Рг, N(3, Бт, Ей, ТЬ [284] - только при определенных условиях (дополнительные стеклообразователи - айсЮДОу). Такую градацию следует считать условной [170]. Так, щелочные и некоторые другие металлы аморфи-зируют структуру, разрывая мостиковые связи и образуя концевые группы типа 1л(№)-0-ОТ В то же время полиэдры [1д04], [Ве04], [Мд04], [Ре04], [М£Об], [М§Ов] встраиваются в структурные сетки стекол, как и полиэдры стеклообразователей [313].
Структура условно состоит их катионной и анионной частей; последнюю в оксидных стеклах образуют ионы кислорода. Условность состоит в том, что в стекле существует смешанный, ионно-ковалентный, тип связи, поэтому сетку правильнее называть ионно-ковалентной [181]. Каждый катион (Ка!) образует полиэдры [КаЮ*], координируя вокруг себя такое количество анионов кислорода х, которое отвечает его собственной силе поля/(23), определяемой электростатическим зарядом 2е {2 - валентность, элементарный заряд е=1,610’19 Кл) и квадратом ионного радиуса г„:
Фактор связности и коэффициент заполнения структуры
Для характеристики "степени сцепления ячеек структурной сетки" в [266] предложен параметр У для определения среднего числа мостиковых ионов кислорода, приходящихся на один полиэдр:
Г=8-2Я0 или У=4-Анм, Я0 = Хж + | У,
где Хнм - среднее число немостиковых ионов кислорода на один полиэдр"; Ко - среднее число ионов О2" на один образующий структурную сетку ион**.
* Автором использован символ X, но в настоящей работе ранее аналогичные символ уже применялся, во из-
бежинии путаницы применен нижний индекс "нм".