Бинарные щелочно-силикатные стекла.

⇐ ПредыдущаяСтр 46 из 77Следующая ⇒

Бинарные щелочно-силикатные стекла систем Ме₂О—SiО₂ (где Me—Li, Na, К, Rb, Cs, Tl). Введение в состав стекла оксидов щелочных металлов приводит к разрыву структурной сетки и выстраиванию атомов щелочных металлов по месту разрыва по схеме:

В том месте, где выстроились ионы щелочного металла, отсутствует химическая связь между элементами структуры (место разрыва на схеме обозначено пунктирным овалом). Ионы щелочных металлов являются модификаторами. По мере увеличения концентрации Me₂О в составе стекла растет число разрывов в структурной сетке и число не мостиковых атомов кислорода, приходящихся на один тетраэдр SiО₄. При концентрациях Ме₂О более 60 мол. в % создаются условия для образования изолированных тетраэдров SiО₄. Кристаллизуются подобные расплавы чрезвычайно быстро, так как облегчаются условия переориентации структурных единиц, в то время как застывание расплава в виде стекла при этом затруднено.

Области стеклообразования в бинарных щелочно-силикатных системах непрерывны. В системе с Li₂O содержание предельных концентраций SiO₂ составляет 100 – 64 мол. %, с Na₂О 100 – 48 мол. %, с К₂О 100 – 46 мол. %, с TI₂O 50 – 33 мол. %.

Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO₂), соды (Na₂CO₃) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na₂O*CaO*6SiO₂.

Фосфатные стекла.

Фосфатные стекла построены из тетраэдров [PО₄]^3- . Один из атомов кислорода тетраэдра не может участвовать в образовании связи с другими компонентами структуры из-за наличия двойной связи фосфор – кислород. В структуре фосфатных стекол мостиковыми могут быть только три атома кислорода фосфор кислородного тетраэдра.

Структура стёкол на основе Р₂0₃ отличается от структур других стеклообразователей, у которых все атомы кислорода мостиковые. Пространственная структура фосфатных стекол может состоять из колец различного размера, образованных чередующимися атомами фосфора и кислорода, лент или цепочек из тетраэдров РО₄. По данным рентгеноструктурного анализа расстояние P – О в стеклах равно 0,157 нм, угол Р – О – Р равен 140⁰.

Результаты рентгеноструктурного анализа показывают, что структура двойных фосфатных стекол подобна структуре двойных силикатных стекол по следующим двум параметрам: структурной основной единицей являются тетраэдрические элементокислородные группировки; с добавлением модифицирующих оксидов растет число не мостиковых атомов кислорода.

Микронеоднородное строение стекол.

Согласно современным представлениям, все однофазные стекла имеют микронеоднородное строение. Речь идет об образовании в структуре микрообластей размером от 1 до 20 нм, отличающихся химическим составом или геометрическим упорядочением в расположении частиц. Прямые доказательства микронеоднородного строения стекол были получены методами рентгеноструктурного, электронномикроскопического, спектрального анализов.

Микрообласти не имеют поверхностей раздела фаз. Они являются неотъемлемой частью структуры сложного однофазного стеклообразного силиката, но концентрация модифицирующих компонентов в них выше или ниже средней статистической.

Идея о микронеоднородном строении стекол была заложена в гипотезе А.А. Лебедева и получила развитие в работах Е. А. Порай-Кошица, На рис. 8.1. представлена схема образования геометрически и химически упорядоченных областей в стеклах. Четко видно равномерное распределение этих областей в микрообъеме, отсутствие границ раздела фаз, постепенный переход от геометрически упорядоченного строения микрообласти к полностью неупорядоченному строению каркаса из тетраэдров SiО₄.

Щелочно-боросиликатные стекла являются одним из примеров того, что при микронеоднородном строении может наступить фазовое разделение, сопровождающееся образованием границ раздела фаз. При выщелачивании стекол в области составов, отмеченных на рис. 8.2. растворами соляной, уксусной и других кислот образуется высокопористый кремнеземистый каркас (95–96мол % SiO₂), сохраняющий исходную форму, размеры и прочность (кварцоидные стекла, викор). Средний диаметр пор, в которых располагается натриево-боратная фаза, составляет 2—6 нм.

Рис. 8.1. Схемы кристаллитного строения кварцевого (а) и натриево-силикатного (б)стекол (по Порай-Кошицу). Обозначения: 1 – кристаллы кварца; 2 – кристаллы силиката натрия; 3 - ионы натрия; 4 - тетраэдры Si0₄.

Рис. 8.2. Области стеклообразования (заштрихованы) в системе Na₂O – B₂O₅ – SiO₂: 1 – стекло пирекс; 2 – стекло викор. В - граница стеклообразования.

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 450; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 41 42 43 44 454647 48 49 50 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!