Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ исследования кинетики фазового разделения в стёклах обусловлена рядом причин: во-первых, практической значимостью процессов фазового разделения, находящих всё более широкое применение при создании глазурных покрытий, эмалей , адсорбционных, мембранных и фильтрующих материалов. Во-вторых, детальное выяснение кинетических закономерностей фазового разделения в стёклах представляет несомненный интерес и для стимулирования развития теории, т.к. стёкла, сочетающие в себе одновременно такие свойства как гетерогенность, неравновесность и неупорядоченность структуры, могут иметь ряд особенностей по сравнению с фазовым разделением в металлических матрицах.
В-третьих, в настоящее время с теоретической точки зрения наиболее полно описаны начальная и поздняя стадии диффузионного распада слабо пересыщенных, бинарных метастабильных систем. В исследовании первой стадии (образование зародышей) используется обычно допущение о независимости отдельных зародышей. Анализ поздней стадии (переконденсации частиц) проводится на основе теории Е.М.Лифншца, В.В.Слёзова, которая принебрегает появлением новых зародышей и взаимодействием частиц в процессе их роста.
В системах с сильным пересыщением существенную роль играет промежуточная (замедленная) стадия диффузионного распада , когда одновременно важны такие факторы как влияние растущих частиц друг на друга и продолжаицаяся нуклеация.
Влияние малых добавок на кинетику фазового разделения в стёклах представляет интерес в связи с тем, что этот вопрос не нашёл отражения в теории диффузионного распада. В практическом отношении он важен потому, что путём введения добавок оксидов металлов к ликвирующим стёклам можно изменять морфологию и химический состав фаз, их объёмное соотношение,, управлять скоростью зарождения и роста частиц новой фазы, добиваясь оптимального сочетания характеристик.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состояла в экспериментальном исследовании кинетики фазового разделения в натриевоборосиликатном стекле с добавками оксидов титана, циркония, ванадия, кальция и сурьма.
ЗАДАЧА. РАБОТЫ включала в себя получение кинетических зависимостей среднего размера фазовых областей неоднородности, их общего числа в единице объёма, относительного объёма капельной фазы. Выяснение влияния добавок оксидов металлов на температуру ликвации натриевоборосиликатного стекла, морфологию ликваци-онной структуры, кинетику её зарождения и роста. Определение характера изменения функции распределения частиц по размерам в зависимости от условий термообработки и вводимых добавок; скорости изменения размеров частиц во времени, её зависимости от температуры и линейного размера частиц. Сопоставление экспериментальных результатов с теорией.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА проведённых исследований заключается в следующем:
Детально исследована кинетика фазового разделения в ликви-рующем натриевоборосиликатном стекле и показано влияние оксидов титана, циркония, ванадия, кальция и сурьмы на морфологию ликва-ционной структуры, кинетику её зарождения и роста; получены тем-пературно-временные зависимости среднего радиуса частиц выпавшей фазы, общего числа частиц, относительного объёма капельной фазы, скорости изменения размеров частиц.
Установлено противоположное влияние введённых оксидов на температуру ликвации основного стекла, морфологию и кинетику фазового разделения. Показано, что оксиды, уменьшающие температуру ликвации, ускоряют процесс зарозкдення и роста частиц выпавшей фазы; оксидн, повышающие температуру ликвации, увеличивают скорость зарождения частиц, но значительно замедляют их рост.
В условиях почти равновесных объёмов сосуществующих фаз зафиксировано существование замедленной (переходной) стадии фазового разделения, которая характеризуется низкими значениями показателей степени oL я J3 в кинетических уравнениях:
R'4'At» N^Bf""^ и сопровождается формированием многомодальных функций распределения частиц по размерам.
- Показано, что кинетика изотермического роста частиц на
этой стадии отклоняется от кинетики, вытекающей из теории Е.М.
Лифшица, В.В.Слёзова. В стёклах с добавками, ускоряющими рост
_ 3 -
частиц, кинетика роста близка основному теоретическому уравнению: R-v '6 . Однако выполнимость кубического закона роста не коррелирует с теоретической Функцией распределения. Установлено, что закону роста
- Впервые обнаружена немонотонная зависимость скорости изменения размеров частиц во времени при постоянной температуре; количественно подтверждена обратимость и асимметричность процессов роста и растворения частиц. Показано, что скорость растворения мелких частиц выше, чем их скорость роста, а скорость роста крупных больше их скорости растворения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы определяется её результата ми. Исследуемая система и вводимые оксиды широко применяются в производстве композиционных материалов, полученных путём фазового разделения. Установленное влияние оксидов металлов на морфологию фазовых областей неоднородности, их скорость зароадения и роста, объёмное соотношение фаз, температуру ликвации может облегчить возможности направленного поиска изменения свойств таких композиционных материалов. В силу универсальности С в определённых пределах) процессов фазового разделения в системах различной природы, ряд полученных результатов представляет интерес с точки зрения теоретических представлений о кинетике диффузионного распада.
АПРОБАЦИЯ работы: основные результаты работы докладывались на УІІІ Всесоюзном совещании по стеклообразному состоянию (Ленинград, 1986), Всесоюзном семинаре "Строение и природа металлических и неметаллических стёкол" ( Ижевск. 1987), II Всесоюзном совещании "Метастабильные фазовые состояния, тешгофизичес-кие свойства и кинетика релаксации (Свердловск, 1989), ХУ Международном Конгрессе по стеклу (Лениград , 1989).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
ОБЪЁМ и СТРУКТУРА работы: диссертация изложена на 177 стра-
-.4 -
ницах текста, который сопровождается 55 рисунками и фотографиями, 10 таблицами. Список литературы содержит 132 наименования. Диссертация содержит 7 глав; выводы, завершающие седьмую главу, являются предметом защиты.
