Исследование распределения микродобавок в производстве легированного кварцевого стекла
Незначительные добавки различных химических соединений в состав кварцевого стекла способны изменить его свойства и получить новые виды стекол с избирательным пропусканием в различных областях спектра, изменением коэффициента термического расширения и различной степенью упорядоченности структуры.
В работах специалистов ГОСНИИКСа были рассмотрены различные направления создания легированных стекол со специальными свойствами [1, 2], показано влияние чистоты сырьевых материалов на характер спектральных изменений стекла, рассмотрена роль добавок и условий плавки в образовании неоднородности легированных кварцевых стекол [3].
В данной работе рассматривается распределение легирующей добавки на стадии подготовки шихты и ее влияние на свойства получаемых стекол.
Известно, что качество получаемого стекла находится в прямой зависимости от степени однородности исходной шихты. Для легирования стекла применяется несколько способов введения легирующей добавки — механическое смешивание компонентов в заданных весовых соотношениях, пленочное и объемное легирование шихты [4].
Нами применен специальный способ внесения добавки в шихту методом смачивания поверхности раствором соли с последующим химическим осаждением легирующей добавки на поверхности кварцевых зерен; изучен характер распределения добавки двуокиси титана при введении ее растворимым соединением — титаном четыреххлористым марки ОСЧ 12-3.
Приготовление раствора производилось путем растворения добавки в дистиллированной воде с добавлением концентрированной соляной кислоты. Для нейтрализации кислоты и осаждения гидроокисей легирующей добавки применяется 26% раствор водного аммиака. Процесс распределения легирующей добавки и ее закрепление на поверхности зерен кварца осуществляется в специальной установке — реакторе барабанного типа, где происходит испарение, сушка, прокалка крупки при постоянном ее перемешивании (рис. 1).
Первоначально в строго регламентируемом порядке отвешивается порция кварцевой крупки и загружается в реактор. На поверхность крупки добавляется предварительно синтезированный раствор, содержащий легирующую добавку в виде двуокиси титана, введенную посредством четыреххлористого титана. Далее включается вращение реактора и производится перемешивание крупки и добавки до состояния однородной смеси, затем включается нагрев печи и осуществляется подъем температуры до 320 °С при постоянном вращении со скоростью до 3 об./мин. Время прокаливания — 4–5 час., время охлаждения при вращении реактора — 3–4 часа и время охлаждения без вращения — 4–5 час.
Далее из подготовленного состава крупки отбирается проба для контрольного определения содержания легирующей добавки.
Нами изучен характер распределения вводимой добавки, проведена оценка изменения элементного состава в зависимости от концентрации легирующей добавки, а также изучены оптические характеристики легированного кварцевого стекла.
Исследования проводились методом растровой электронной микроскопии и электронно-зондовым рентгеноспектральным микроанализом (измерения выполнялись Алиевым А. Д. в институте физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН). Пробы анализировались на растровом электронном микроскопе JSM-U3 фирмы JEOL (Япония) и рентгеновском спектрометре с энергетической дисперсией фирмы GETAC (Германия).
Получены микрофотографии снимков поверхности образцов при различных увеличениях — от 1000-кратного до 30 000.
В данной статье приведены полученные микрофотографии кварцевой крупки, легированной вышеуказанным способом. Наглядно выражены кристаллические частицы крупки с четко выраженными краями (А). Наблюдаются отдельные микрочастицы близких размеров, достаточно равномерно распределенные по поверхности подложки. В некоторых случаях наблюдается сегрегация таких частиц с образованием более крупных скоплений неопределенной формы (Б, В). Однако таких участков мало, что указывает на равномерность распределения введенной добавки.
Изучение состава показывает, что он представлен качественным элементным составом Si, O, C, характеризующим подложку (рис. 2 а). Состав изменяется при легировании с появлением двух пиков титана различной интенсивности (рис. 2 б, в), зависящей от концентрации титана.
Количественный элементный анализ показал изменение содержания титана, что видно на рис. 2 по изменению высоты пиков, характерных для двух модификаций титана.
Определены оптические спектры легированных составов кварцевых стекол марок КЛБ-6 и КЛБ-7, содержащих 0,13 и 0,05 мас. % двуокиси титана соответственно. На рис. 3 приведены кривые оптического пропускания стекол в интервале спектра пропускания 190–2 500 нм.
Стекла получены в промышленных условиях при кислородно-водородной плавке при температуре 2 000 °С. Для стекол с различной концентрацией титана характеристическими точками является светопропускание при 220, 250, 270 нм соответственно не более 10, 72 и 82% (стекло КЛБ-7) и при 220 нм не более 2%, а при 280, 400 и 600 — не менее 80, 88, 90% соответственно для стекла КЛБ-6.
Таким образом, рассмотренный способ введения в стекло легирующих добавок позволяет получать высокооднородные кварцевые стекла, характеризующиеся заданными оптическими характеристиками с гарантией воспроизводимости состава и свойств стекла.
А. В. КЛИМАШИН, Д. Н. БОНДАЛЕТО, А. Н. КУЛИКОВ,
В. А. ФЕДОРОВА, к. т. н.
ОАО Гусевский стеклозавод им. Ф. Э. Дзержинского (г. Гусь-Хрустальный, Россия)
Литература.
1. Прянишников В. П. «Современный уровень и задачи научных исследований в области кварцевого стекла». Материалы I Всесоюзного симпозиума по кварцевому стеклу. М.,1968 г.
2. Острогина О. М., Прохорова Т. И. «Влияние третьего компонента на спектральные свойства кварцевых стекол с самарием». Сб. «Изучение основ технологии и свойств кварцевого стекла». М.,1983 г.
3. Прохорова Т. И., Демская Э. Л., Козлова М. А. «К вопросу неоднородности легированных кварцевых стекол». Сб. трудов «Физико-химические исследования структуры и свойств кварцевых стекол», вып.2. М.,1974 г.
4. Вассерман И. М., Горовая Б. С., Хотимченко В. С., Шарапова В. И. «Получение синтетической легированной двуокиси кремния». Сб. трудов «Физико-химические исследования структуры и свойств кварцевых стекол», вып. 2. М., 1974 г.
| Автор: А. В. КЛИМАШИН Дата: 26.03.2012 Журнал Стройпрофиль 95 Рубрика: фасадные системы. фасады Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |