ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОРСОДЕРЖАЩЕГО МИНЕРАЛЬНОГО СТЕКЛА И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Содержание
1. Введение
2. Литературный обзор
2.1. Стеклообразное состояние
2.2. Влияние скорости закаливания на структуру и свойства стекла
2.3. Типы стекол
2.4. Фосфатные стекла
2.5. Базальтовое волокно
3. Экспериментальная часть
3.1 Получение стекла
3.2Методы исследования
3.2.1 Рентгенофлуоресцентный анализ
3.2.2 Термический анализ
3.2.3 Рентгенофазовый анализ
4. Результаты и их обсуждение
5. Выводы
6. Список литературы

...

Содержание
1. Введение
2. Литературный обзор
2.1. Стеклообразное состояние
2.2. Влияние скорости закаливания на структуру и свойства стекла
2.3. Типы стекол
2.4. Фосфатные стекла
2.5. Базальтовое волокно
3. Экспериментальная часть
3.1 Получение стекла
3.2Методы исследования
3.2.1 Рентгенофлуоресцентный анализ
3.2.2 Термический анализ
3.2.3 Рентгенофазовый анализ
4. Результаты и их обсуждение
5. Выводы
6. Список литературы

Содержание
1. Введение
2. Литературный обзор
2.1. Стеклообразное состояние
2.2. Влияние скорости закаливания на структуру и свойства стекла
2.3. Типы стекол
2.4. Фосфатные стекла
2.5. Базальтовое волокно
3. Экспериментальная часть
3.1 Получение стекла
3.2Методы исследования
3.2.1 Рентгенофлуоресцентный анализ
3.2.2 Термический анализ
3.2.3 Рентгенофазовый анализ
4. Результаты и их обсуждение
5. Выводы
6. Список литературы

Халькогенидными стеклами называются стекла, образованные из сульфидов, селенидов и теллуридов. Стеклообразователями в таких случаях следует считать серу, селен и теллур. В сочетании с ними применяются фосфор, кремний, германий, сурьма, висмут, олово, ртуть, медь, золото и др. Таким образом, халькогенидные стекла весьма разнообразны по составу. Все они не прозрачны для видимого света, но отличаются прозрачностью в широкой инфракрасной области спектра.Оксидные стекла – это стекла, состоящие из оксидов. К классу оксидных стекол принадлежат: силикатные, боратные, фосфатные, германатные, теллуритные, селенитовые, алюмосиликатные, галлатные, арсенитные, антимонитные,висмутитные, титанатные, ванадатные, молибдатные, вольфрамовые стекла. Главнейшее значение в практике имеет класс силикатных стекол. С силикатными стеклами не могут сравниться по распространенности никакие другие классы стекол. Они дешевы, доступны, химически устойчивы, тверды и сравнительно просто получаются.Все стеклянные волокна можно условно разделить на два больших класса: дешевые волокна общего применения и дорогостоящие волокна специального применения. Почти 90% выпускаемых сегодня волокон – это дешевые волокна марки E. Остальные 10% - это волокна специального назначения. Стекловолокна получают названия благодаря своим специфическим свойствам:‐ Е (electrical) – низкой электрической проводимости; ‐ S (strength) – высокой прочности; ‐ C (chemical) – высокой химической стойкости; ‐ M (modulus) – высокой упругости; ‐ А (alkali) –высокое содержание щелочных металлов, известково-натриевое стекло; ‐ D (dielectric) – низкая диэлектрическая проницаемость; ‐AR (alkaliresistant) – высокая щелочестойкость.Химический состав этих стекол представлен в таблице 1.Таблица 1: состав некоторых стекол (масс. %).[7]МаркастеклаОксидыАСЕSARБазальтовоеSiO270.564.053.064.260.647.5-55.0Al2O33.15.515.024.80.214.0 – 20.0Fe2O30.21.00.10.21-7.0-13.5CaО8.712.017.00.01-7.0 -11.0MgO3.12.04.010.27-3.0 -8.5Na2O +K2O129.50.30.2714.12.5 -7.5B2O3-2.0100.01--BaO-2.0-0.2--TiO2----0.10.3 – 2ZrO2----18.1-Прочие2.42.00.60.03-1-22.4. Фосфатные стеклаВ основных двухкомпонентных системах фосфатные стекла имеют стеклообразное состояние, кроме систем P2O5 – SiО2 и P2O5 – B2O3. Так как оксид фосфора – очень летучий компонент, то на практике применяют трех-, четырех- и пятикомпонентные сложные фосфатные стекла. Особенно полезным компонентом фосфатных стекол считается оксид алюминия, резко улучшающий их физико-химические свойства. Из оксидов двухвалентных элементов предпочтение следует отдать оксиду цинка. Недостатки этого вида стекла: большая склонность к кристаллизации, малая химическая устойчивость к химическим реагентам, сильная летучесть, резкий переход от жидкого состояния к твердому, высокая стоимость. Но все же они имеют преимущества перед силикатными: они устойчивы к воздействию паров плавиковой кислоты, они сильнее поглощают инфракрасные лучи и лучше пропускают видимые лучи, поэтому их используют в теплозащитных стеклах. Цветные фосфатные стекла характеризуются большей чистотой окраски, чем силикатные. Из них получают светофильтры, оптические стекла. Фосфатные стекла могут быть как легкоплавкие, так и тугоплавкие. [8]2.5. Базальтовое волокноБазальты – основные каменные породы вулканического происхождения. Они практически повсеместно распространены в земной коре. Минеральный состав горных пород зависит от химического состава магмы и от условий ее кристаллизации.Стекло из базальта – неорганическое твердое аморфное тело, получаемое путем переохлаждения расплава и обладающее в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых кристаллических тел. При температурах от 700 до 9000С происходит кристаллизация базальтового стекла, которая обусловлена минералогической памятью.Базальтовые волокна превосходят традиционные теплоизоляционные итемпературостойкие вещества, такие как обычное стекловолокно и асбест, не только по целому ряду эксплуатационных свойств, но и по экологичности производства. Асбесты, асбестоподобные пыли, пыли природных минеральных веществ при содержании в них асбеста в разных процентных соотношениях являются канцерогенами фиброгенного действия. Поэтому актуальна замена хрупких асбестосодержащих материалов на эластичные материалы избазальтового волокна. Базальтовые волокна обеспечивают минимальный экологический рюкзак (по терминологии Э. Вайцзеккера), который составляет 1:1,2 (при получении единицы сырьянеобходимо переработать 1,2 единиц породы).[9]3.Экспериментальная часть3.1 Получение стеклаБазальтовые стекла готовили на основе базальта Сильцевского месторождения (Карпаты, Украина). Предварительно базальтовый щебень перемалывали в шаровой мельнице до состояния мелкодисперсного порошка.Для получения стеклас содержанием фосфора 1% (в пересчете на оксид, масс.) вводили гидрофосфат аммония (NH4)2HPO4 марки х.ч.Выбор именно этого соединения был связан с его полным разложением до метафосфорной кислоты по реакции:(NH4)2HPO4 = HPO3+ 2NH3↑ +H2O↑,при этом соотношение остальных оксидов в базальтовом стекле остается неизменным.Процесс варки стекла в высокотемпературной печи состоял из трехэтапов: быстрый нагрев до 1150 °С в течение 5 часов, медленный нагрев в течение 3 часов до 1600 °С, и выдержка при температуре 1600 °С в течение 24 часов для обеспечения гомогенности расплава.Рис. 1. Зависимость температуры от времени при получении стеклаВ процессах предварительного отжига базальта и при стекловарении по литературным данным [10] возможно протекание следующих реакций:SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2↑SiO2 + 2CaCO3 = Ca2SiO4 + 2CO2↑SiO2 + MgO = MgSiO3SiO2 + CaCO3 + MgO = CaMgSiO4 + CO2↑SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑SiO2 + K2CO3 = K2SiO3 + CO2↑SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 = CaNa2SiO4 + 2CO2↑SiO2 + CaCO3 + Na2CO3 + Al2O3 = 2CaNaAlSiO5 + 3CO2↑SiO2 + Na2CO3 + Al2O3 = 2 NaAlSiO4 + CO2↑2SiO2 + 2CaCO3 + K2CO3 + Al2O3 = 2CaKAlSiO5 + 3CO2↑SiO2 + K2CO3 + Al2O3 = 2KAlSiO4 + CO2↑Для предотвращения кристаллизации после варки стекло закаливали путем выливания в воду. По данным РФА полученное стекло являетсярентгеноаморфным, т.е. у него отсутствуют кристаллические фазы.Химический состав полученного стекла был определен методом рентгенофлуоресцентного анализа, результаты которого представлены в таблице 2. В таблицах и диаграммах используются следующие обозначения: BG – исходное базальтовое стекло; PBG – полученное базальтовое стекло.Таблица 2. Химический состав исходного и полученного стекол (масс. %).ОксидыNa2OK2OMgOAl2O3SiO2P2O5CaOTiO2Fe2O3BG2.1(1)1.9(1)3.7(1)15.4(4)55.9(6)–9.2(3)1.2(1)10.5(2)PBG2.1(1)1.9(1)3.7(1)15.4(4)55.9(6)1.09.2(3)1.2(1)10.5(2)3.2Методы исследования3.2.1 Рентгенофлуоресцентный анализРентгенофлуоресцентный анализ полученного стекла проводили на анализаторе AxiosAdvanced фирмы PANanalytical. В качестве источника возбуждения характеристического излучения использовали рентгеновскую трубку с Rh-анодом мощностью до 4 кВт. Регистрация возбужденного излучения проводилась сканирующим каналом с пятью сменными кристаллами и детектором. Геометрия расположения пробы – облучение «снизу». Измерения проводились в атмосфере аргона. Пробы для анализа готовили методом сплавления с флюсом в соотношении проба: флюс равном 1:12.3.2.2 Термический анализТермические исследования полученных стекол проводили на установке синхронного термического анализа (СТА) марки STA Jupiter 449С фирмы NETZSCH, позволяющего одновременно получать температурные зависимости тепловых эффектов (ДСК) и изменения массы (ТГ) образца. Данный прибор оснащен высокотемпературной печью (Трабоч. = 20 ÷ 1500 °С) и электромагнитными компенсационными микровесами с верхней загрузкой, точность которых составляет 0.1 мкг. Для исследований использовался высокочувствительный держатель образцов с Pt/PtRh термопарами.