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
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (584)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |