Ликвация в силикатных и боратных стёклах

Положение и параметры бинодали и спинодали зависят от природы оксидов (рис. 3.38).

Рис. 3.38. Метастабильная ликвация в силикатных

и боратных двойных стёклах

Ликвирующая способность возрастает с уменьшением радиуса катиона, т.е. с увеличением электростатического поля иона. Эта особенность соблюдается и в тройных системах (рис. 3.39).

Рис. 3.39. Области метастабильной ликвации

в тройных системах MeO-B₂O₃-SiO₂

Увеличение ликвирующей способности происходит в ряду:

BaO → PbO → CaO → ZnO

Система Na₂O–B₂O₃–SiO₂ (рис. 3.40).

Рис. 3.40. Метастабильная ликвация в системе

Na₂O–B₂O₃–SiO₂

Причина ликвации – несовместимость группировок тетраэдров [SiO₄] и треугольников [BO₃]. При содержании Na₂O > 20% ликвация исчезает, т.к. Na₂O переводит бор в четверную координацию и образуется единая кремнеборокислородная сетка стекла.

Ликвирующая способность зависит от силы поля катиона. Чем меньше радиус катиона r, тем выше ликвирующая способность (рис. 3.41).

Сила поля пропорциональна : ,

где Δ – ширина купола ликвации при .

z – заряд катиона.

Рис. 3.41. Влияние природы катионов

на ширину купола ликвации

При ликвации бинарных силикатных расплавов происходит деление на две фазы. Одна фаза — это высококремнезёмистая стеклофаза, близкая по составу к кварцевому стеклу. Для этого стекла характерна каркасная структура и предельно высокая степень полимеризации. Для разных бинарных систем состав этой фазы примерно одинаковый. Вторая фаза содержит относительно много катионов-модификаторов. Она имеет цепочечную или слоистую структуру и низкую степень полимеризации. Состав фазы, обогащенной катионами-модификаторами, специфичен для разных бинарных силикатных расплавов. Она имеет различное содержание кремнезёма и разную структуру для различных бинарных систем Me₂O(MeO)-SiO₂.

Ликвация используется при получении стёкол с повышенной химической устойчивостью. Так в стекле пирекс химически малостойкая фаза изолируется в каплевидной фазе. Ликвирующие стёкла используют для получения молекулярных сит. Для этого стёкла подвергают промывке кислотами, вымывающими натрий боратную составляющую. Остаётся скелет, близкий по составу к кварцу. При получении глушенных стёкол стараются избегать применения фторидов, так как они вредны для здоровья. Поэтому для получения глушенных стёкол используют ликвацию. В стёклах системы Me₂O-CaO-MgO-SiO₂ с добавками Al₂O₃ выделяются мелкие капельки ликватов, показатель преломления которых отличается от матрицы. Происходит сильное рассеяние света и возникает эффект глушения.