Введение к работе
Актуальность темы. Германаты свинца, обладая пьезо-, сегнето-, пироэлектрическими и особыми оптическими свойствами, являются важными материалами современной электроники. Свинцово-германатные стекла применяются в волоконно-оптических системах связи и перспективны для лазерной техники. Особенностью фазовых взаимодействий в бинарной системе, содержащей оксид свинца(П) и оксид германия, является легкая достижимость и относительно высокая устойчивость метастабильных состояний, которые не только являются причиной имеющихся противоречий в характере фазовых отношений, но и оказывают значительное влияние на процессы получения и служебные характеристики функциональных материалов на основе германатов свинца.
Метастабильные состояния вещества, являясь энергонасыщенными состояниями,
характеризуются новыми, часто - экстремальными по величине, свойствами,
обеспечивая возможность получения новых материалов или применения уже
известных - в новых областях. В частности, метастабильные материалы перспективны
как исходные вещества для синтеза новых, или совершенствования технологии уже
известных керамических материалов. В этом случае основную роль играют процессы
управляемого распада метастабильных состояний, протекающие, в отличие от обьшных
полиморфных переходов, необратимо (монотропные превращения). Такие
превращения сопровождаются образованием промежуточных состояний с повышенной реакционной способностью (аналог эффекта Хедвала), способных существенно повлиять на скорость твердофазных процессов. Для оптимизации технологии уже использующихся и прогнозирования технологических перспектив новых материалов в указанной и родственных системах, необходимы надежные представление о характере фазовых отношений с участием метастабильных фаз, особенностях их образования и термической устойчивости.
Результаты исследований, выполненных в разное время и посвященных изучению метастабильных состояний, не позволяют получить представления о влиянии способа получения метастабильных фаз на их структуру и термическую устойчивость, а также о перспективах их использования в технологии материалов на основе германатов свинца.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках тематического плана ФГАОУ ВПО СФУ № Т-1 "Фазовые превращения в твердых растворах на основе полиморфных металлов при субкритических температурах в условиях фазового равновесия"; раздел: "Исследование процессов образования и распада метастабильных фаз и их влияния на кинетику и механизм фазовых превращений в металлах и оксидах"
Цель работы. Исследование закономерностей взаимосвязи условий формирования метастабильных состояний (кристаллизация расплава и стекла, механохимическое взаимодействие) в системе PbO-Ge02 с их составом, структурой и термической устойчивостью как физико-химической основы технологии метастабильных материалов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: экспериментально исследовать условия реализации метастабильного равновесия при кристаллизации переохлажденных расплавов в системе РЬО - Ge02, определить характер фазовых отношений и построить фазовую диаграмму;
- определить термическую устойчивость и особенности распада метастабильных
фаз, полученных кристаллизацией медленно охлажденных расплавов;
- исследовать условия стеклообразования и кристаллизации стекол в системах РЬО - Ge02H РЬО - Ge02 - Si02;
- изучить особенности формирования метастабильных состояний в процессе
механохимического взаимодействия смесей исходных оксидов РЬО и Ge02,
исследовать их термическую устойчивость
Научная новизна. Выявлена закономерность взаимосвязи режима
термообработки расплава с возможностью реализации метастабильного равновесия в системе РЬО - Ge02. Исследованы фазовые отношения, построена фазовая диаграмма метастабильного равновесия и изучена термическая устойчивость образующихся в этой системе метастабильных фаз в концентрационном интервале до 80 мол.% Ge02.
В системах РЬО - Ge02 и РЬО - Ge02 - Si02 определены концентрационные интервалы стеклообразования при закалке расплава, изучены основные этапы и кинетические характеристики процессов термически активированной кристаллизации свинцово-германатных стекол.
Исследованы особенности метастабильного фазообразования при механохимическом взаимодействии смесей оксидов свинца и германия и условия перехода к стабильному равновесию.
Практическая значимость. Выявленные в работе условия формирования, интервалы устойчивости и особенности распада реализуемых разными путями метастабильных состояний обеспечивают развитие физико-химических основ технологии стекол и метастабильных материалов, содержащих германаты свинца.
Достигнуто повышение эффективности процесса твердофазного синтеза керамических материалов в условиях управляемого распада метастабильных состояний и разработан защищенный патентом РФ способ получения пьезоэлектрической керамики на основе метагерманата свинца.
На защиту выносятся:
закономерность взаимосвязи режима термообработки расплава с условиями реализации метастабильного равновесия в системе РЬО - Ge02 и разработанная на ее основе методика определения величины критического перегрева расплава, обеспечивающая кристаллизацию метастабильных германатов свинца;
фазовые диаграммы метастабильных равновесий в системах РЬО - Ge02 и РЬО - Ge02 - Si02;
новые результаты исследования процесса кристаллизации стекла и синтеза керамики в системе РЬО - Ge02;.
особенностей формирования и распада метастабильных состояний в системе РЬО - Ge02B условиях механохимического взаимодействия исходных оксидов.
Апробация работы и публикации. Результаты диссертационного
исследования были доложены на Всероссийской научной конференции студентов-физиков-11 (Екатеринбург, 2005), Всероссийской научно-технической конференции "Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы" (VI Ставеровские чтения), Красноярск, КГТУ, 2006, Юбилейной научной конференции, посвященной 25-летию ИХХТ СО РАН (Красноярск, 2006), V Всероссийской научно-технической конференции "Молодежь и наука. Начало XXI века" (Красноярск, СФУ, 2009), на XI, XII и XVI Международных конференциях "Решетневские чтения" (Красноярск, СибГАУ, в 2007, 2009, 2012 г.г.), Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов "Актуальные проблемы авиации и космонавтики" (Красноярск :
СибГАУ, 2010), IX Международном Курнаковском совещании по физико-химическому анализу (Пермь, 2010).
По материалам диссертации опубликовано: 3 статьи, две из которых - в журналах из перечня ВАК, 9 работ - в материалах всероссийских и международных конференций, а также получен один патент Российской Федерации.
Личный вклад соискателя. Автор непосредственно участвовал в планировании и выполнении экспериментов, анализе и обсуждении полученных результатов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка цитируемой литературы из 105 наименований, изложена на 128 страницах, содержит 84 рисунка и 9 таблиц.
Похожие диссертации на Фазовые отношения в метастабильных состояниях системы PbO - GeO2
