Кристаллизационная способность и физико-химические свойства стекол в системе Na2 O-K2 O-CaO-MgO-Al2 O3-SiO2 на основе расчетно-экспериментальных исследований

• Автор: Проскурин, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 241 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Список основных обозначений.

Введение

Глава 1. Аналитический обзор.

1.1. Роль кристаллизации в производстве СКМ и проблема управляемой кристаллизации.

1.2. Роль кристаллизации в производстве стекол.

1.3. Экспериментальные методы оценки скорости роста кристаллов .

1.4. Некоторые аспекты процесса кристаллизации стекол и стеклообразующих расплавов.

1.4.1. Кристаллизация переохлажденных жидкостей.

1.4.2. Расстеклование стекол

1.5. Теории роста кристаллов.

1.5.1. Диффузионная теория роста кристаллов.
1.5.2. Молекулярнокинетические теории роста кристаллов.
1.6. Исследование температурных зависимостей скорости роста кристаллов.
1.7. Оценка степени закристаллизованное СКМ.
1.8. Роль некоторых свойств стекол в процессе кристаллизации и
методы их расчета
1.9. Выводы по главе 1.
1 Постановка задачи исследования.
Глава 2. Разработка метода расчета свойств стекол
2.1. Разработка метода создания базы данных свойств эталонных
стекол.
2.1.1. Разработка метода дискретной базы данных и дискретного моделирования состава многокомпонентных стекол
2.1.2. Разработка базы данных нового типа.
2.2. Физикохимические принципы моделирования
многокомпонентных стекол
2.2.1. Выбор показателей структуры стекла. Критерии изоструктурности.
2.2.2. Разработка алгоритма моделирования состава и структуры стекла.
2.2.3. Алгоритм моделирования многокомпонентных стекол
методом пошагового включения стеколкомпонентов
2.2.4. Применение алгоритма моделирования многокомпонентных стекол для расчета свойств стекол
2.3. Проверка метода расчета свойств стекол.
2.4. Выводы по главе 2
Глава 3. Зависимость линейной скорости роста кристаллов от
химического состава стекол.
3.1. Методики проведения эксперимента по определению ЛСРК и характеристика исходных материалов.
3.2. Адаптация теоретического уравнения ТурнбаллаКоэна для аппроксимации экспериментальных данных по ЛСРК его функцией иЛТ
3.3. Аппроксимация экспериментальных данных по ЛСРК.
3.4. Исследование зависимости ЛСРК от химического состава стекол .
3.4.1. ЛСРК диоисида в стеклах пироксеновых составов.
3.4.2. Кристаллизация стекол в системе ЫазО СаОСЬ.
3.4.3. Кристаллизация расплавов альбитанортит
3.5. Глушение промышленной глазури К
3.6. Выводы по главе 3.
Глава 4. Проектирование второй ступени технологических режимов термообработки стекол в производстве СКМ.
4.1. Моделирование процесса кристаллизации стекол
4.1.1. Описание модели процесса кристаллизации стекол .
4.1.2. рименение модели процесса кристаллизации стекол для проектирования оптимальных режимов термообработки стекол в производстве СКМ
4.2. Метод количественного фазового анализа поликристаллических
материалов экспериментальная проверка метода
4.3. Режимы кристаллизации стекла Г
4.4. Выводы по главе 4.
Г лава 5. Технологическая апробация разработанных методов.
Общие выводы
Список литературы


ДТА не эффективен для поверхностного характера кристаллизации . Если для расчета температурных зависимостей вязкости экспериментальное определение которых также трудоемко, необходимых для расчета ЛСРК, разработаны методы и алгоритмы , то для расчета кристаллизационных свойств такие методы и алгоритмы отсутствуют не говоря уже о программном обеспечении. Таким образом, ощущается потребность в расчетном методе исследования кристаллизационных способностей промышленных стекол, в том числе и ситалловых. Для разработки такого расчетного метода, безусловно, необходим экспериментальный материал и серьезная теоретическая база для объяснения
результатов эксперимента и экстраполяции этих результатов на стекла других химических составов. Кристаллизация процесс, в ходе которого из малоупорядоченной структуры расплава создается упорядоченная решетка кристалла. Г. Тамман , провел исследования кристаллизации в переохлажденных вязких жидкостях. Механизм их кристаллизации включает две стадии образование центров кристаллизации зародышей и рост кристаллов на них. Центры кристаллизации представляют собой микрочастицы с упорядоченным составом и структурой, имеющие границу раздела фаз с окружающей средой. Центры кристаллизации могут зарождаться гомогенно в результате локальных флуктуаций состава и структуры состав выделяющихся кристаллов соответствует составу центров кристаллизации. Гетерогенная кристаллизация происходит на центрах инородной фазы состав кристаллов не соответствует составу центров кристаллизации. Кроме того, при неравновесной кристаллизации вследствие быстрого понижения температуры или малой скорости взаимодействия выделившихся кристаллов с переохлажденной жидкостью, непрерывно изменяющей свой состав, на этих кристаллах может происходить нарастание граней иного состава . Например, при неравновесной кристаллизации переохлажденных силикатных расплавов сложного состава в неизотермических условиях имеет место парагенезис минералов, означающий, в данном случае, совокупность совместно кристаллизующихся минералов . Исследования Г. Таммана показали, что в области ниже температуры равновесного плавления вещества существует температурный интервал, называемый метастабильной зоной, в котором образование зародышей с
заметной скоростью не происходит. В этой зоне, однако, кристаллы способны расти, если в расплав ввести зародыши, то есть затравить его. При температурах ниже этой зоны процесс кристаллизации зависит от двух факторов от скорости зародышеобразования и от скорости роста кристаллов. Г. Тамман показал, что скорость образования центров кристаллизации СОЦК и скорость роста кристаллов зависят от температуры. Так же как и при кристаллизации переохлажденных жидкостей, при расстекловании стекол являющихся, по сути, переохлажденными расплавами различают две стадии возникновение зародышей кристаллической фазы и их последующий рост. Отличие лишь в характере изменения температуры при девитрификации расстекловании стекол снизувверх, а расплавов сверхувниз. При температурах порядка температуры стеклования Т в массе стекла образуются центры кристаллизации . Их количество определяет размер кристаллов СКМ, а, следовательно, и его механические свойства. При повышении температуры выше на образовавшихся центрах начинают расти кристаллы основной или метастабильной фазы. Влияние химического состава исходного стекла на СОЦК изучено слабо. В частности, в показано, что такая зависимость существует, но даже в современных работах эта зависимость изучается в пределах малых вариаций концентраций компонентов . Более очевидна зависимость скорости образования центров кристаллизации от концентрации катализатора кристаллизации . Возможность расчета СОЦК по химическому составу стекла расплава в научной литературе не обсуждалась. Вместе с тем, выбор точных режимов термообработки СКМ на первой ступени соответствующей зарождению центров кристаллизации и оперативная их корректировка имеет важное практическое значение, так как позволит не только стабилизировать свойства материалов, но и снизить технологические энергозатраты.