Прозрачные ситаллы щелочениобиевосиликатных систем Редин Андрей Владиславович

Введение к работе

Актуальность проблемы.

В настоящее время электрооптические материалы получают только на основе монокристаллов. Этот процесс является весьма трудоёмким; синтез крупных монокристаллов сложен и сопровождается малым выходом. В этой связи актуальной является разработка новых электрооптических материалов, в частности, на базе стеклокерамики, которую можно синтезировать с относительной лёгкостью в больших объёмах. Такая стеклокерамика может быть синтезирована, например, на основе стёкол, содержащих оксид ниобия. Так, в натрийниобиевосиликатной системе ранее были получены прозрачные ситаллы с заметной величиной электрооптического эффекта. Однако материалы получали только с высокой концентрацией оксида ниобия, и склонность к кристаллизации таких составов была очень велика. Поэтому большое практическое значение имеет разработка состава и технологии получения других прозрачных материалов, содержащих сегнетоэлектрические кристаллы, в частности, на основе стёкол системы К₂0 - Nb₂0s - SiO?. Возможность непрерывного изменения состава стеклообразных систем позволяет определить оптимальные составы стекол с заданными электрооптическими свойствами, хорошей технологичностью, высоким оптическИхМ качеством. Стекло как материал обеспечивает возможность получения пленарных и колосковых оптических волноводов методами ионообменной диффузии, а также формирование на их основе оптических волокон.

В мировой практике получения такой стеклокерамики не проводилось, и решение поставленной задачи позволит перейти на новый уровень в области создания изделий для специальной техники.

Цель и задачи исследования.

Целью данной диссертационной работы являлось установление возможности получения в системе К₂0 - Nb₂0₅ - Si0₂ прозрачных ситаллов, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами; изучение кинетики кристаллизации стёкол этой системы и исследование основных физико-химических характеристик этих ситаллов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Синтез стёкол в системе К₂0 - Nb₂Os - Si0₂ с относительно большим содержанием Nb₂0₅ (25-32,5 мол.%) в области избытка оксида ниобия над оксидом калия, в области избытка оксида калия над оксидом ниобия и с соотношением этих оксидов 1:1.

2. Исследование способности к объёмной кристаллизации стекол, как в изотермических, так и в динамических условиях.

3. Исследование природы и кинетики накопления в стёклах системы К₂0 - Nb₂0₅ - БіОг кристаллических фаз, анализ соответствия кинетических закономерностей теоретическим представлениям в рамках концепции Колмогорова-Аврами.

4. Разработка режимов термообработок, обеспечивающих получение прозрачных ситаллов.

5. Исследование физико-химических и электрооптических свойств полученных ситаллов.

6. Выбор оптимальных составов и оптимальных режимов термообработок для получения материалов с хорошими электрооптическими свойствами.

Научная новизна.

Впервые получена стеклокерамика в системе К₂0 - Nb₂Os - Si0₂, выявлена природа и изучена кинетика накопления кристаллизующихся фаз: одной неизвестной фазы - фаза "X" и K₂Si0₃.

Предложена модель, описывающая механизм кристаллизации стёкол системы К₂0 - Nb₂0₅ - Si0₂, которая подтверждена методом рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами.

Получены данные о показателях физико-химических и электрооптических свойств разработанных ситаллов. Выявлены составы, переспективные для промышленного производства.

Практическая ценность.

Выявленный характер кинетики накопления кристаллических фаз и предложенный механизм кристаллизации стёкол в системе K₂0-Nb₂05-Si02, а также изученные свойства полученных ситаллов позволяют прогнозировать производство стеклокерамики с заданными свойствами.

Оценка электрооптических свойств полученных ситаллов (высокие значения константы Керра, свидетельствующие о наличии

у них хороших сегнетоэлектрических свойств) позволяет рекомендовать эту группу материалов к использованию в оптоэлектронной промышленности.

Апробация работы.

Основные научные и практические результаты докладывались на международной научно-технической конференции по физике твёрдых диэлектриков "Диэлектрики - 97" (СПб, 1997); и на научно-технических конференциях аспирантов СПбГТИ(ТУ) (СПб, 1997г. и 1999г).

Публикации.

По теме диссертации опубликованы шесть печатных работ. Работа была поддержана грантом Российского фонда

фундаментальных исследований.

Структура и объём диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, выводов и библиографии, включающей 67 наименований. Объём работы - 116 страниц,рисунков - 30,таблиц - 26.