Релаксационные явления в стеклах в интервале стеклования при отжиге, ионном обмене стекла с расплавом соли и в спаях

• Автор: Старцев, Юрий Кузьмич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 301 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ХАРАКТЕР РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ОБЛАСТИ СТЕКЛОВАНИЯ,

И ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ИХ ОПИСАНИЮ.

1.1.Особенности изменений свойств стекол в интервале стеклования.

1.2. Стеклование и структурная релаксация

в оксидных расплавах.

1.3. Релаксация напряжений в оксидных стеклах.

1.4. Изменения свойств и структуры стекол

в результате ионного обмена.

1.5. Выводы и постановка задач исследования.
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ СВОЙСТВ СТЕКЛООБРАЗУЮЩИХ РАСПЛАВОВ И СТЕКОЛ.
2.1. Методы измерения вязкости стекол.
2.2. Дилатометрические измерения.
2.2.1. Температурные коэффициенты расширения
стекол выше и ниже интервала стеклования.
2.2.2. Гистерезис теплового расширения при
монотонном изменении температуры
2.3. Измерение электропроводности оксидных стекол
в широком интервале температур.
2.3.1. Методика измерений и обработки результатов
2.3.2. О температурах стеклования,
определяемых по различным свойствам
2.4. Механическая релаксация
2.4.1. Методика работы на релаксометре
2.4.2. Определение параметров механической релаксации.
2.5. Оптические методы измерения
2.5.1. Оптические методы измерения
механических напряжений в стеклах.
2.5.2. Волноводный метод восстановления
профиля показателя преломления.
2.6. Объекты исследования и подготовка образцов.

2.6.1. Определение концентрационного профиля.
2.6.2. Расчет толщины стравливаемого слоя.
2.6.3. Определение коэффициента
взаимодиффузии серебра.
2.6.4. Измерение концентрационного профиля
калия в ионообмененных слоях листового стекла.
Глава 3. РЕЛАКСАЦИЯ СТРУКТУРЫ И
НАПРЯЖЕНИЙ В ОКСИДНЫХ СТЕКЛАХ.
3.1. Физико-химические механизмы, определяющие дробноэкспоненциальный характер распределения
времен релаксации в интервале стеклованияю.
3.2. Новое в описании структурной релаксации в
оксидных стеклах.
3.2.1. Методы определения параметров
структурной релаксации.
3.2.2. Условия измерения свойств при
фиксированной структуре.
3.2.3. Структурная релаксация в
многокомпонентных и модельных стеклах.
3.2.4. Структурная релаксация плотности (длины) и электропроводности в некоторых
модельных и промышленных стеклах.
3.3. Модель релаксации напряжений.
3.3.1. Расчет релаксации напряжений в нестабилизированном стекле при несоблюдении
принципа термореологической простоты
3.4. Выводы по главе 180 Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ
СВОЙСТВ СТЕКОЛ ПРИ МОДИФИЦИРОВАНИИ ИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ.
4.1. Понятия “координационная релаксация” и “структурная концентрация”.
4.2. Основные положения модели.
4.2.1. Детализированная модель образования
напряжений при ионном обмене.
4.2.1.1. Диффузионный расчет
4.2.1.2. Вычисление профиля свойств в

модифицированном слое
4.2.1.3. Расчет изменений свойств при
координационной релаксации
4.2.1.4. Вычисление эпюры напряжений
4.3. Определение констант модели ионного обмена.
4.3.1. Определение диффузионных параметров калия.
4.3.2. Расчет остальных констант модели
4.3.3. Расчет изменений градиента показателя преломления.
4.4. Механизмы изменения показателя преломления калыдиевоалюмосиликатных стекол.
4.5. Выводы по главе. 246 Глава 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ И
МЕТОДОВ РАСЧЕТА.
5.1. Влияние замены оксида натрия оксидом калия
на вязкость оконного стекла.
5.2. Практическое использование обобщенной модели ионного обмена между стеклом и расплавом соли.
5.3. Машинный эксперимент как способ совершенствования технологических режимов в стеклоделии и
при исследовании физических свойств стекол.
5.3.1. Метод расчета релаксации напряжений в несимметричных спаях стекла с упругим материалом
5.3.2. Расчет напряжений в спаях стекла со стеклом.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
Список цитируемой литературы
Список публикаций, в которых изложено
основное содержание работы

ния образца в динамическом режиме изменения температуры и т.п. В главе 2 будет изложена экспериментальная методика, разработанная с участием автора и-позволяющая учесть часть из приведенных особенностей, влияющих на измеряемые, “реальные” гистерезисные петли, а в главе 3 будет показано их применение для определения параметров структурной релаксации.
1.3. Релаксация напряжений в оксидных стеклах.
Процессы, описываемые в этом разделе, имеют место при статическом механическом деформировании стеклянного образца в условиях, когда все внешние параметры (температура, давление, состав стекла) остаются постоянными, а внутренние - равновесными. Динамическим методам исследования механической релаксации посвящено большое число работ [64, 65], но в задачи наших исследований такие методы не включались. Если деформирование образца вызывает, кроме мгновенной реакции, еще и развивающуюся во времени компоненту, то говорят о неупругом поведении исследуемого материала.
Проблема отжига стекла является, вероятно, одной из наиболее древних проблем стеклоделия, т.к. грамотное ее решение определяет сохранность изделия как целого при эксплуатации. Здесь и далее под отжигом стекла будем понимать [66] процесс достижения напряжениями в стеклянном изделии или в стеклянном компоненте спая некоторой заданной величины (в подавляющем числе случаев стремятся к их минимальной величине, но для некоторых ситуаций лучший результат дает формирование в образце некоторого уровня напряжений сжатия или растяжения [2]). Математический аппарат теории релаксационных процессов в стеклах не содержит принципиальных различий для отжига собственно изделий из стекла, спаев со стеклом и закалки стекла, если не учитывается перенос тепла через стекло излучением [67, 68].
Длительный интерес к проблеме отжига и расчета напряжений, возникающих при термообработках стеклянных изделий, а также в спаях стекол с другими материалами, не снизил актуальность этих проблем. Применявшиеся ранее эмпирические критерии, предложенные Адамсом и Вильямсоном [69], Бартеневым [70] и Инденбомом [71] были основаны на теории мгновенного затвердевания. Несмотря на большое число неизбежных упрощений, вводимых этой теорией, и сравнительно невысокую точность расчетов, определенные по ее критериям реальные режимы часто вполне удовлетворяют технологов, о чем свидетельствует многочисленная литература по этой проблеме,