Структурные превращения на стадиях золь-гель синтеза кварцевого стекла из высокодисперсных кремнеземов

• Автор: Семенов, Алексей Дмитриевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 158 с. : ил.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ З
{*!- Актуальность работы- З
1.2 Цели работы
1 . (І >* "> ~ Пі іі Л У і ; і - — ії
1.4 Практическая значимость
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ-ОЗОР-

2.1 П(шучс.п«і‘ особо ЧИСТЫХ МЩЇЩІИТПЬЇХ КВіф!!?ВШ СТСКР ІОЛї»-ГЄЛЬ СШЇТСШ
2.2 Структурообразовакие дисперсных систем*
2.3 Выпады ні литературного обіора
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Вм6ф.яшдаш форм кремпезема с учетом используемых способов форммім
3.1.1 Свободный отлив б ішсртиьіс формы
3.1.2 Чпсіпрофорстичсскос оспж.пгснис
3.1.3 Рсакіїнокнос Бакуумко-ід}г>шреееионкое спекание (РВКС)
3.2 Физико-хнмпческое обоснование методов шселедавашш истодпмх материалов
3.3 Методики исследований
3.3.1 Исследование отруїггурцо-мотяничгекиу СВОЙСТВ іиспгргий Іфсмнсзсна
3.3.2 ОпределениеэлектропоБсрхкостныххарактеристик
3.3.3 Дисперсионный яняпиз 52-
3.3.3.1 Седкмснтаїдиокньїй анализ
3.3.3.2 Шчепня« поточна« у ;утту;т;ІУЛГУ-ЧА:! і;
3.3.4 Исследование агрсгативіюй устойчивости
3.3.5 Раенеты суммарных потенциалов юан>;оде1ктвиа.ц.факторов устойчивости
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
4.1 Определение элскцтдпшуждшпдьа: характеристик золей и суспензий
4.2 Дисперсионный анализ порошков и кремнезолей
4.2.2 Метод лазерной поточной ультрамикроскопам
4.3 Исследование агрегаїїгоімш устойчивости
4.4 Исследование структурно-механический свойств дисперсий 8і02 методом ротационной
вискозиметрии
4.4.1 Система "ОХ50-вода"
4.4.2 Система “А200-вода”
4.4.3 Система "ОХ5и-этанол"
4.4.4 Система "ОХ50-К1-формамид-зммиак"
4.5 Нефелометрия
4.6 Исследование пористой евдщрц кесрогедей методом изотерм адааршши пшищы на

4.6.1 Методика.
4.6.2 Ксеттсли К1-900 н КЬбОО-
4.6.3 Образцы кеерогслей с аэроенлом 0X50 (N4, N6, N8)

5. ПОЛУЧЕНИЕ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА

5Л Полунеа
5.1.1 Получение кеерогслей на основе (
5.1.2 Получение кССЮтСл» і
5.1.3 Спекание образцов кварцевого стекла.
: кремнезолей
£-50—

(золей, суспензий)

5.2.2 Водные дисперсии синтетических модификаций кремнезема.

Вакуумкомпрсссиопное реакционное спекание золь-гель порошков

Колпие-ствсппое определение концентрации гцдроксильпмх групп в кварцевом стекле.

6.2 Я СС-ЛС ДО:* :С *
р амаповской спектроскопи??.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Общая характеристика работы
1.1 Актуальность работы
Золь-гель технология стеклообразных материалов - технология будущего
благодаря низкой энергоемкости, безотходности и возможности получать изделия сложной конфигурации высокой степени однородности. В последние годы она находит все большее применение в производстве оптических волокон, покрытий и пленок, монолитных стеклянных заготовок и т.п. и начинает конкурировать с традиционными технологиями.
К преимуществам золь-гель технологии относят; большую химическую однородность распределения частиц в продукте, сильно развитую поверхность порошков, способствующую понижению температур стеклования, высокую химическую чистоту и возможность изготавливать продукцию из сравнительно простых растворов при низких температурах, исключающих стадию плавления.
Наиболее актуальной и достаточно сложной проблемой является получение плотных монолитных прозрачных материалов из стеклообразного кремнезема.
При использовании традиционных схем золь-гель синтеза на основе растворимых силикатов щелочных металлов или кремнийорганических соединений лимитирующей стадией процесса является сушка гелей. Во-первых, процесс изотермической сушки длителен по времени, а использование гиперкритической или криогенной сушки требует больших затрат. Однако следует отметить перспективность этих методов с точки зрения использования концентрированных золей. Во-вторых, трудности возникают из-за растрескивания монолитных прозрачных ксерогелей или превращения их в порошок на заключительной стадии сушки. Это связано со значительными усадками, обусловленными низкой концентрацией твердой фазы в исходных золях и малыми размерами первичных частиц кремнезема.
Кроме того, в монолитных образцах часто наблюдается значительное светорассеяние, препятствующее их эффективному использованию в ответствен-

В работе [59] на основе принципов неравновесной статистической механики и кинетических уравнений для релаксации напряжений показана взаимосвязь между реологией и микроструктурой текущей субстанции. Неньютоновский стационарный поток в структурированных жидкостях может быть объяснен на основе явления кооперативной релаксации и определяется координационным числом ъ единиц кооперативного течения, и при малых скоростях сдвига т
Сравненительный анализ существующих структурных теорий проведен в работе Чеффи [61]. Рассмотрены как кинетические теории, т.е. теории, учитывающие образование и разрыв связей между частицами, так и теории, рассматривающие равновесные условия. В качестве структуры системы использовались цепочечная модель и модель сферических агрегатов. В основном рассмотренные теории применимы для не слишком концентрированных дисперсных систем.
К числу наиболее детально разработанных теорий течения упруго-вязких ньютоновских систем относится теория Френкеля-Эйринга [65], которая в определенной степени упитывает коллективный характер взаимодействия частиц. Согласно предложенной модели частицы плотно упакованы и образуют правильную кристаллоподобную решетку с периодом в = п '1/3. Решетка имеет дефекты (вакантные узлы), благодаря которым и возможно течение дисперсной системы путем последовательных перескоков частиц из узла решетки в вакантный узел или, что то же самое, путем встречного перемещения вакансии. Оно сопряжено с преодолением потенциального барьера и, который является мерой коллективного взаимодействия частиц.
Перемещения вакансий обусловлены тепловым движением частиц, а напряжение т, создаваемое в решетке, лишь задает преимущественное направление этих перемещений, т.е. течения. Основной результат теории, предсказывающей тиксотропный характер течения, выражается зависимостью скорости сдвига О от напряжени:
оЬЙ (т/ 2кТп) (4)