Термический анализ теллуритных стекол для волоконной оптики

• Автор: Плехович, Александр Дмитриевич
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И КИНЕТИКА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТЕЛЛУРИТНЫХ СТЕКОЛ (Литературный обзор)

1.1. Теллуритные стекла и их физико-химические свойства

1.2. Стекла систем Те02-МоОз и Те02-\Юз; их структура и устойчивость к кристаллизации

1.2.1. Фазовое равновесие в системе Te02-W03. Границы стеклообразования

1.2.2. Фазовое равновесие в системе Те02-МоОз. Границы стеклообразования

1.3. Состояние исследований теллуритных стекол как материалов для волоконной оптики

1.4. Применение теллуритных стекол

1.5. Кинетика кристаллизации стекол

1.5.1. Феноменологический подход. Геометрико-вероятностные модели кристаллизации

1.6. Существующие оценки кристаллизационной устойчивости стекол
1.7. Задачи научного исследования
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЛЛУРИТНЫХ СТЕКОЛ МЕТОДОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СКАНИРУЮЩЕЙ КАЛОРИМЕТРИИ
(Оборудование; методики измерений; температуры стеклования, кристаллизации, плавления)
2.1. Используемое термоаналитическое оборудование
2.2. Методика измерений удельной теплоемкости на приборе DSC 404 Fl Pegasus
2.3. Термический анализ теллуритных стекол. Определение температур стеклования, кристаллизации, плавления
2.3.1. Термографическое исследование теллуритно-молибдатных стекол
2.3.2. Термографическое исследование теллуритного стекла состава (Те02)о,72^0з)о.24(Га2Оз)о.04
ГЛАВА 3. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ
СВОЙСТВА ТЕЛЛУРИТНЫХ СТЕКОЛ
3.1. Термодинамические свойства и теплопроводность стекла
(Т с02)о.72(^У Оз)о.24(Га20з)о.
3.1.1. Термодинамические функции стеклообразных веществ и их расчет
по термографическим данным о теплоемкости
3.1.2. Теплопроводность стекла (Те02)о.72(^^Оз)о.24(Еа2Оз)о.о
3.2. Кинетика кристаллизации теллуритных стекол систем ТеСЬ-МоОз и Те02-''Л/0з-Га20з
3.2.1. Полуэмпирические модели исследования кристаллизации методом ДСК
3.2.2. Новые методики обработки неизотермических данных ДСК кристаллизационных процессов в теллуритных стеклах
3.2.3. Математическая обработка совмещенных процессов кристаллизации
и плавления по данным ДСК
3.2.4.1, Т- диаграмма, как основа выбора оптимального режима термической обработки стекол и вытяжки волоконных световодов
Выводы:
Список литературы
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования
Теллуритные стекла - перспективные оптические материалы для волоконной оптики. Их достоинства - широкая область прозрачности (0,4 - 5 мкм), потенциально низкие оптические потери (20,1 дБ/км на ~ 3,08 мкм), высокая нелинейность оптических свойств.
Стекла систем Te02-WOз, Те02-М0з добавлением в качестве третьего и четвертого компонентов оксидов РЗЭ, висмута, цинка пригодны для изготовления волоконных световодов и других оптических устройств. При этом стекла должны иметь высокую химическую и фазовую чистоту, которую необходимо сохранить при изготовлении из них волоконных световодов и других функциональных изделий. Химическая чистота стекол по лимитируемым примесям (переходные металлы, гидроксильные группы, атомы Мо, ¥ в низших валентных состояниях) обеспечивается их низким содержанием в прекурсорах и предотвращением загрязнения ими при получении стекол и переработки их в оптическое изделие. Фазовая чистота стекол определяется присутствием гетерофазных включений (кристаллы, поры, микропоры), имеющих иной показатель преломления, чем стекло, и рассеивающих излучение. Теллуритные стекла склонны к кристаллизации, имеющей место при отвердевании расплава в стекло, его последующих термообработках, в том числе при изготовлении волоконных световодов.
Фазовая чистота (микрооднородность) стекол обеспечивается проведением процессов в оптимальных температурно-временных режимах и в аппаратуре, оптимизированной по размерам и некоторым другим параметрам. Для выбора и разработки рациональной аппаратуры, процессов и их режимов, минимизирующих образование кристаллической фазы, необходимы данные о теплофизических свойствах стекол, термодинамике и кинетике фазовых переходов. К сожалению, эти сведения для стекол изучаемых систем отсутствуют. Значения теплоемкости и теплопроводности

анализа. К наиболее распространенным методам относятся термогравиметрия (ТГ), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) [91].
Термогравиметрия - это метод термического анализа, при котором регистрируется изменение массы образца в зависимости от температуры. ТГ-кривая позволяет судить о термической стабильности и составе образца в начальном состоянии, о термостабильности и составе веществ, образующихся на промежуточных стадиях процесса, о составе осадка, если таковой имеется. Метод эффективен при условии, что образец выделяет летучие вещества в результате различных физических и химических процессов.
Метод дифференциального термического анализа основан на сравнении термических свойств образца исследуемого вещества и термически инертного вещества, принятого в качестве эталона (в нашем варианте пустой тигель) [91]. Изменения температуры образца могут быть вызваны физическими переходами или химическими реакциями, связанными с изменением энтальпии.
Прямое измерение мощности или энергии тепловых эффектов, как вид измерения, относится к калориметрии. В методе ДСК теплоту определяют через тепловой поток, как производную теплоты по времени (отсюда в названии термин «дифференциальный»). Тепловые потоки измеряются по разнице температур в двух точках измерительной системы в один момент времени Ф ~ Д Т= 7Ха-|)-7Хл-2) = / (л). Измерения можно проводить как в изотермических условиях, так и в динамическом режиме при программируемом изменении температуры печи (калориметры такого типа называют «сканирующими»).
Результатом измерения является термограмма - кривая зависимости мощности компенсации, определяемой разностью температур калориметрических ячеек, от температуры в режиме сканирования.