Особенности изменений свойств одно- и двущелочных боратных стекол, содержащих воду

• Автор: Голубева, Ольга Юрьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 137 с. : ил

1.1. Структура и свойства однощелочных боратных стекол

1.1.1. Структура

1.1.2. Свойства

1.1.2.1. Вязкость

1.1.2.2. Тепловое расширение

1.2. Структура и свойства щелочноборатных стекол, содержащих

два щелочных оксида

1.2.1. Полищелочной эффект

1.2.2. Структура полищелочных боратных стекол

1.2.2. Проявление полищелочного эффекта на свойствах боратных стекол

1.2.3.1. Вязкость

1.2.3.2. Тепловое расширение
1.3. Водосодержащие боратные стекла 3
1.3.1. Вода в структуре стекла 3
1.3.2. Методы количественного определения содержания
воды в стекле
1.3.3. Влияние воды на свойства боратных стекол
1.3.3.1. Вязкость
1.3.3.2. Тепловое расширение
1.4. Параметры релаксации и степень фрагильности
1.4.1. Структурная и механическая релаксация
1.4.2. Релаксационные постоянные и параметры фрагильности как характеристики структуры стекла
1.5. Выводы
Глава II. Объекты и методы исследования
2.1. Синтез стекол
2.2. Экспериментальные методы
2.2.1. Определение содержания воды в стеклах методом ИК спектроскопии поглощения
2.2.2. Вискозиметрия
2.2.3. Дилатометрия
2.2.4. Измерения механической релаксации
Глава III. Обработка экспериментальных данных и результаты
3.1. Определение содержания воды
3.2. Температурные зависимости вязкости
3.3. Тепловое расширение
3.4. Параметры структурной и механической релаксации Глава IV. Анализ результатов
4.1. Однощелочные боратные стекла
4.1.1 .Содержание воды
4.1.2. Вязкость и степень фрагильности
4.1.3. Коэффициенты теплового расширения и температуры стеклования
4.1.4. Параметры структурной и механической релаксации
4.1.5. Структурная интерпретация результатов
4.2. Поли щелочные боратные стекла
4.2.1 .Содержание воды
4.2.2 Вязкость и степень фрагильности
4.2.3. Коэффициенты теплового расширения и температуры стеклования
4.2.4. Параметры структурной и механической релаксации
4.2.5. Структурная интерпретация результатов Глава V. Основные результаты и выводы Литература
Приложение
Введение


В третьей главе описаны используемые методы обработки экспериментальных данных и представлены основные результаты. Четвертая глава посвящена анализу полученных результатов и их структурной интерпретации. Пятая глава включает в себя выводы по работе, являющиеся предметом защиты. Глава 1. Кардинальным вопросом при изучении щелочесодержащих борагных стекол является вопрос о координационном состоянии бора в сетке стекла, о причинах и концентрационных зависимостях его изменения. Роль координационных чисел по кислороду для оксидных стекол очень велика. Вопрос о координационном состоянии атомов в структуре стекол пока не решается с той же определенностью, как для кристаллов. Поэтому здесь исследователям приходится, используя данные по структуре соответствующих кристаллов, искать аналогии в строении стекол и кристаллов путем сопоставления их спектров и изучения особенностей их свойств. Определить координацию атома бора в стекле позволяет также применение такого структурночувствительного метода, как ядерный магнитный резонанс ЯМР. Как показывает сопоставление ИКспектров стеклообразного и кристаллического борного ангидрида 1, их структуры совершенно различны, поэтому о строении стеклообразного борного ангидрида по структуре кристаллического соединения даже ориентировочно судить нельзя. Рентгеноструктурными исследованиями 2 было показано, что сетка стеклообразного борного ангидрида состоит из бороксольных колец. Помимо бороксольных колец в структуру стеклообразного борного ангидрида входят также треугольники ВОз, хотя и связанные с этими кольцами, но в них не входящие. На концентрационных зависимостях ряда свойств щелочноборатных стекол, таких как тепловое расширение, вязкость, плотность и др. Проявление таких экстремумов было названо борной аномалией, так как на первом этапе их наблюдения они не могли быть объяснены какимлибо четким структурным механизмом. На основании анализа рентгеновских спектров в 3 было высказано предположение, что причиной наблюдаемой борной аномалии является переход части атомов бора из тройной координации в четверную. Кислород, вносимый в стекло оксидом щелочного металла ИгО, идет на построение тетраэдров ВО4, причем, согласно 3, этот процесс заканчивается при содержании 2СЫ7 мол. В более поздних исследованиях структуры щелочноборатных стекол различными методами вопрос о смене координации бора не подвергался сомнениям, однако авторы приводили разные величины концентраций щелочных оксидов, при которых, по их мнению, количество борокислородных тетраэдров 4 в стеклах состава хЯ 1хВ3 достигает максимума. Я, падают, т. Таким образом при введении в стеклообразный борный ангидрид оксидов щелочных металлов, часть бора меняет свою координацию с тройной на четверную, достраивая тетраэдр за счет кислорода, вводимого с оксидом. Однако, начиная с мол. Я, эта реакция начинает осуществляться лишь частично. Часть кислорода, вводимого с оксидом щелочного металла, переводит мостиковый кислород в немостиковый, например в В2Ж в дальнейшем 0, при этом бор остается в тройной координации по кислороду. При еще большей концентрации Я увеличение содержания щелочного оксида приводит к распаду ранее образовавшихся тетраэдров. В 9 приведены результаты исследований структуры бинарных щелочноборатных стекол методом ЯМР. На рис. Как видно из рис. Ы4 при заданной величине х1х зависит от типа щелочного иона, отражая соревнование двух процессов образование тетраэдров В и образование ЫВО. Образование четырехкоординированного бора при какомлибо определенном составе величине К уменьшается по мере роста размера щелочного иона. Авторами работы был использован термодинамический подход к моделированию структуры боратных стекол. При использовании модели идеальных ассоциированных растворов , и данных о химическом строении боратных расплавов, в были рассчитаны температурные зависимости распределения долей борокислородных тетраэдров 4, борокислородных треугольников со всеми мостиковыми атомами кислорода 3 и треугольников с одним, двуми и тремя немостиковыми атомами кислорода 3. С для области составов 0 рис. Полученные особенности
Рис.