Диффузия катионов в расплавах стёкол

Возможности теплового дрейфа катионов–модификаторов гораздо выше, чем катионов–стеклообразователей (рис. 4.4). Катион Si4+ прочно связан кислородным окружением.

 


 

Рис. 4.4. Температурная зависимость коэффициента диффузии:

1 – компоненты–стеклообразователи (Si4+, В3+);

2 – компоненты–модификаторы (Мe+, Ме2+)

 

 

По порядку величины коэффициент диффузии в твёрдых телах составляет 10-6 см2/с. Пересчет на линейную скорость показывает, что в этом случае катионы перемещаются со скоростью порядка 1 см/год.

Коэффициенты диффузии Si4+, В3+, Ti4+ почти на два порядка величины меньше, чем у катионов–модификаторов:

 

При Т = 1450ºС: , .

 

Катионы Na+, Ca2+, K+, Mg2+ движутся в виде отдельных ионов по имеющимся в стеклорасплаве вакансиям и по междуузлиям (межтетраэдрическим пустотам). Причём коэффициент диффузии тем больше, чем меньше размер катиона. В случае ионов-стеклообразовате­лей реализуется механизм перемещения по дуге вокруг аниона кислорода в места, которые освободили катионы-модификаторы.

Так как за время варки стекла диффузионное смещение катионов составляет сотые, редко десятые доли миллиметра, возможности усреднения состава расплава стекла за счёт молекулярной диффузии в стекловаренной печи ограничены. Поэтому необходимо измельчать сырьевые компоненты и тщательно их перемешивать перед подачей в печь. Составные участки, а на крупных стекольных заводах - составные цеха занимаются приёмом сырьевых материалов, их сушкой, дроблением и помолом, перемешиванием в определённых пропорциях в соответствии с заданным составом стекла. Подготовленная таким образом стекольная шихта гарантирует высокую однородность стеклорасплава.

В бинарных системах Ме2О–SiO2 и МеО–SiO2 с повышением концентрации модификатора снижается энергия активации диффузии и растет диффузионный поток катионов. В трёхкомпонентных системах необходимо учитывать структурные изменения кислородных полиэдров.

В системе Ме2О–СоО–SiO2 кобальт может находиться в октаэдрической и тетраэдрической координациях. Соотношение группировок [СоО6] и [СоО4] зависит от содержания модификатора Ме2О (рис. 4.5).

 

Рис. 4.5. Влияние концентрации модификатора на коэффициент диффузии в системе Ме2О–СоО–SiO2

 

При переходе к менее плотной структуре скорость диффузии возрастает.

 


В системе Ме2О–Al2O3–SiO2 имеют место аналогичные явления (рис. 4.6):

 

 

Рис. 4.6. Влияние состава стекла системы Ме2О–Al2O3–SiO2

на диффузию одновалентного катиона Ме+

 


В системе Ме2О–B2O3–SiO2 повышение концентрации модификатора переводит бор в четверную координацию. Структура стекла уплотняется, полости между кислородными группировками уменьшаются. Как следствие снижается диффузионный поток (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Зависимость коэффициента диффузии Ме+

от концентрации оксида-модификатора МеО

в боросодержащем стекле

 






Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 26; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2019 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.005 сек.