Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Стеклокристаллические материалы на основе дисиликата лития и метабората цинка

Диссертация: Стеклокристаллические материалы на основе дисиликата лития и метабората цинка
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Ситаллы — перспективный новый класс материалов (ими начали заниматься около 50 лет назад), привлекающий внимание конструкторов, инженеров и научных работников во всем мире. В монографии Макмиллана «Стеклокерамика» 1967 года приведено первое систематическое описание ситаллов и их свойств, в том числе на основе метасиликата лития. Им на смену пришли прозрачные оптические ситаллы на основе… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Аналитический обзор
    • 1. 1. Высокоскоростные разрушающие нагрузки
      • 1. 1. 1. Использование керамических и стеклокристаллических материалов в военной технике. Их сравнительная характеристика
      • 1. 1. 2. Использование стеклокристаллических материалов при изготовлении абразивного инструмента
    • 1. 2. Структура стекол
      • 1. 2. 1. Литиево-силикатные стекла
      • 1. 2. 2. Борфосфатная система
    • 1. 3. Катализаторы кристаллизации
    • 1. 4. Выводы по аналитическому обзору
    • 1. 5. Цель и задачи работы 35 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТ
  • 2. Методика проведения экспериментов
    • 2. 1. Синтез стекол
    • 2. 2. Исследование физико-химических свойств стекол
      • 2. 2. 1. Дилатометрических свойств стекол
      • 2. 2. 2. Дифференциально-термический анализ
      • 2. 2. 3. Определение кристаллизационной способности стекол
      • 2. 2. 4. Дифференциально-сканирующая калориметрия
      • 2. 2. 5. Плотность
      • 2. 2. 6. Определение химической устойчивости
      • 2. 2. 7. Растекание
      • 2. 2. 8. Электрическая проводимость
      • 2. 2. 9. Акустические свойства
      • 2. 2. 10. Объемная твердость по Виккерсу
      • 2. 2. 11. Прочность на изгиб
      • 2. 2. 12. Вязкость разрушения
    • 2. 3. Методы исследования структуры стекол
      • 2. 3. 1. Качественный рентгенофазовый анализ
      • 2. 3. 2. РЖ-спектроскопия
      • 2. 3. 3. Рамановская спектроскопия
      • 2. 3. 4. Электронная микроскопия
      • 2. 3. 5. Сравнительные баллистические испытания
  • 3. Выбор состава и кристаллизация стекол литиево-силикатной системы
    • 3. 1. Расчет стехиометрических составов стекол
    • 3. 2. Варьирование основных компонентов в стеклах
    • 3. 3. Кристаллизация стекол
    • 3. 4. Исследование структуры литиево-силикатных стекол
    • 3. 5. Выводы
  • 4. Свойства синтезированных стекол и ситаллов
    • 4. 1. Плотность
    • 4. 2. Дилатометрические свойства
    • 4. 3. Электрические свойства
    • 4. 4. Химическая устойчивость стекол
    • 4. 5. Прочность
    • 4. 6. Твердость
    • 4. 7. Вязкость разрушения
    • 4. 8. Выводы
  • 5. Структура и кристаллизация стекол в борфосфатной системе
    • 5. 1. Структура и свойства в системе Ыа20-В2Оз-СоО
    • 5. 2. Структура борфосфатных стекол
      • 5. 2. 1. Выбор составов
      • 5. 2. 2. Кристаллизационная способность борфосфатных стекол 93 5.3 Выводы
  • 6. Свойства стекол и стеклокристаллических материалов на основе метабората цинка
    • 6. 1. Измерение плотности и дилатометрических свойств
    • 6. 2. Дифференициально-термический анализ
    • 6. 3. Растекание
    • 6. 4. Получение стеклокристаллического материала на основе метабората цинка
    • 6. 5. Выводы
  • ВЫВОДЫ
  • Список использованных источников
  • Приложения

Стеклокристаллические материалы на основе дисиликата лития и метабората цинка (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Ситаллы — перспективный новый класс материалов (ими начали заниматься около 50 лет назад), привлекающий внимание конструкторов, инженеров и научных работников во всем мире. В монографии Макмиллана «Стеклокерамика» 1967 года приведено первое систематическое описание ситаллов и их свойств, в том числе на основе метасиликата лития. Им на смену пришли прозрачные оптические ситаллы на основе алюмосиликатной группы (эвкриптитовые, кордиеритовые, цельзиановые). Результаты испытаний этих материалов свидетельствуют об их превосходстве над многими обычными техническими материалами по твердости, механической прочности, термостойкости. В нашей стране одним из основных направлений в области изучения неорганических стекол являлось исследование новых стеклокристаллических материалов и физико-химических основ катализированной кристаллизации.

В последние годы наблюдается увеличение спроса на универсальные материалы, которые способны выдерживать высокоскоростные механические воздействия (защита от пуль, изготовление абразивного инструмента и т. д.) и конкурировать с более дорогими уже известными керамическими аналогами. Чаще всего для решения этих задач используются ситаллы на основе метасиликата лития или кордиерита, но они уже не способны удовлетворить возросшие требования по механической прочности, твердости и технологичности. Эти обстоятельства послужили основанием для разработки и синтеза новых составов ситаллов на основе более прочного соединения — дисиликата лития.

Высокоскоростное воздействие проявляется и в абразивной технике. Назначение и эксплуатационные характеристики абразивного инструмента определяются его структурой, которая характеризуется соотношением объемов шлифовального материала, связки и пор. Большинство стеклосвязок созданы на силикатной основе. Поэтому целесообразно было рассмотреть литиево-силикатные ситаллы в качестве связки для электрокорунда. Однако, следует учитывать возможность рассыпания получаемого материала вследствие возникновения в пограничном слое абразив — ситалл литиево-алюмо-силикатной фазы с низким или отрицательным коэффициентом теплового линейного расширения (KTJIP). Это послужило причиной для создания стеклокристаллического материала^ лишенного подобного у* отрицательного свойства. В этой связи актуальным является создание стеклокристаллического материала, лишенного указанного недостатка. Таким образом, замена использующихся в настоящий момент стеклосвязок на стеклокристаллические с более высокой механической прочностью является перспективным направлением в области применения ситаллизирующихся материалов, а создание по стекольной технологии новых материалов с высокими механическими показателями является до сих пор актуальным и целесообразным.

Основные положения, защищаемые в работе.

1. Литиево-силикатные стекла, оптимизация их состава, физико-химические свойства, в том числе высокое удельное электрическое сопротивление близкое по значению к показателям промышленных диэлектриков и объемной твердостью, достигающей 9 ГПа.

2. Усовершенствование технологии синтеза стеклокристаллических материалов на основе дисиликата лития.

3. Сравнительные баллистические испытания полученных ситаллов с карбидом бора (материала взятого для сравнения) при защите от пуль ЛПС с сердечником из мягкой стали.

4. Борфосфатные стекла, их физико-химические свойства, в том числе кристаллизационную способность, технологию синтеза стеклокристаллических материалов на их основе.

5. Борфосфатные стекла, содержащие добавки AI2O3, AIPO3 и LiF, возможность их использования в качестве ситаллизирующейся стеклосвязки для изготовления абразивного инструмента из электрокорунда.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

выводы.

1. Методами ДТА, ДСК, РФА, электронной микроскопии и Рамановской спектроскопии определено влияние температурно-временных условий на структуру литиево-силикатных стекол. Выявлено, что в данных стеклах процессу кристаллизации предшествует ликвация.

2. Разработан режим термообработки литиево-силикатных стекол для получения высокопрочных стеклокристаллических материалов. Установлено, что основными кристаллизующимися фазами после ситаллизации являются дисиликат лития и p-кварц. Размер кристаллов составляет 0,6 — 1,0 мкм.

3. Получены стеклокристаллические материалы со значениями объемной твердости 8−9 ГПа, прочности на изгиб до 400 МПа и высоким удельным электрическим сопротивлением 7,58−109 Ом-см.

4. Методом оптического индикатора изучен механизм координационных превращений атома бора в натриево-боратных стеклах, активированных кобальтом. Установлено, что при увеличении содержания натриевой составляющей в стекле свыше 18 мол.% происходит переход бора из тройной координации в четверную по кислороду. Эти структурные изменения сопровождаются изменением цвета стекол от розового до темно синего. Выявлено, что нагревание стекол до температуры стеклования приводит к увеличению концентрации групп трехкоординированного бора.

5. Определены две области стеклообразования в системе ZnB204 — ИаРОз: при содержании NaP03 от 0 до 30 мол.% и от 60 до 80 мол.%. Установлена связь между стеклообразованием и сменой боратной матрицы на фосфатную.

6. Определены температурно-временные условия для получения катализированной объемной кристаллизации в системе ZnB204 — NaP03. Выявлено, что основной кристаллизующейся фазой этих стекол является вро4.

7. Получены новые стеклокристаллические материалы с катализированной объемной кристаллизацией на основе стекол, содержащих NaP03 от 20 до 33 мол%, с добавками фторида лития и оксида алюминия. Их прочность на изгиб достигает 250 МПа. Показана перспективность их применения в качестве ситаллизирующихся связок для абразивного инструмента на основе электрокорунда.

8. Сравнительные баллистические испытания ситаллов 2 и 3 и карбида бора (материала взятого для сравнения) показали конкурентную способность первых при защите от пуль ЛПС с сердечником из мягкой стали.

Показать весь текст

Список литературы

  1. .Л., Куропатенко В. Ф., Новиков С. А. Исследование прочностиматериалов при динамических нагрузках Новосибирск: Наука, 1992.- 294 с.
  2. Разрушение деформируемых сред при импульсных нагрузках. Б. Л. Глушак, С. А. Новиков, А. И. Рузанов, А.И. Садырин- Нижегородский ун-т Нижний Новгород, 1992.- 192 с.
  3. А.Я., Бонюшкин Е. К., Новиков С. А., Завада Н. И. Откольное разрушение металлов в режиме быстрого объемного разогрева. М.: ЦНИИатоминформ, 1991 84 с.
  4. А. Крепка ль броня?: Электронный документ.// Мастер ружье — 2003- № 44.-6 с. (http://ww.mastergun.ru/filing/186/). Проверено 10.12.2003.
  5. А.Е. Конструктор баллистических материалов: Электронный документ.// Справочник по средствам поражения .-(http://www.bccon.ru/giugeammoru 1 .htm). Проверено 25.11.2003.
  6. А.Г. Физические величины.-М.: Высшая школа, 1990.-335 с.
  7. Бор, его соединения и сплавы /Г.В.Самсонов, Л. Я. Марковский, А. Ф. Жигач, М.Г.Валяшко- АН УССР.- Киев, 1960.-590 с.
  8. Г. В., Серебрякова Т. И., Неронов В. А. Бориды — М.: Атомиздат, 1975.-376 с.
  9. Т.Я., Андреева Т. В., Бартницкая Т. С. Неметаллические тугоплавкие соединения-М.: Металлургия, 1985.-224с.
  10. КосолаповаТ.Я. Карбиды.-М.: Металлургия, 1968−299с.
  11. С.С.Кипарисов, Б. Д. Гуревич. Современное состояние производства карбида бора и его применение М.: Цветметинформация, 1968.- 68с.
  12. Д. Введение в керамику.- М.: Высшая школа., 1967.—214 с.
  13. А.П., Гропянов В. М., Лагунов Ю. В. Абразивные материалы.- Л.: Машиностроение, 1983.-231 с.
  14. М.Г., Миронюк B.C. Современные абразивные инструменты. Л.: Машиностроение, 1987.-300 с.
  15. А.И. Полировка. -СПб.: АБ Универсал, 2002.-240 с.
  16. Справочник технолога-машиностроителя: Справочник В 2-х т.— Т. 2/ Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова —М.: Машиностроение, 1985 — 496 с.
  17. В.В., Мозовая К. К. Успехи химии.-М.: Наука, 1959 783 с.
  18. ТолстогузовВ.Б. Неорганические полимеры-М.: Наука, 1967.-259 с.
  19. И.Д. Проектирование и синтез стекол и ситаллов с заданными свойствами — М.: Высшая школа, 1977 — 358 с.
  20. Г. М. Сверхпрочные и высокопрочные неорганические стекла — М.: Стройиздат, 1974. -240с
  21. М.Д. Электрические свойства неорганических диэлектриков в диапазоне СВЧ.-М.: Высшая школа, 1989 — 186 с.
  22. Катализированная регулируемая кристаллизация стекол литиевоалюмо-силикатной системы: В 2 ч.-Ч.2/ В. В. Варгин, М. В. Засолоцкая, Н. Е. Кинд, Ю. Н Кондратьев- Химия- Л., 1971.-278 с.
  23. Н.М. Основы технологии ситаллов.-М.: Высшая школа, 1979.-258 с.
  24. В.Н., Райхель A.M. Дефектность и уровни прочности ситаллов// Проблемы прочности.- 1984-№ 7 С. 79−84.
  25. А.И. Ситаллы и фотоситаллы.-М.: Машиностроение, 1966 — 240 с.
  26. Ф.К., Паулавичус Р. Г., Парфенов В. А. Стеклообразное состояние М.: Наука, 1965 — С. 398.
  27. В.Н. Структурные превращения в стеклах при повышенных температурах — М.: Наука, 1965 С. 49.
  28. П.У. Стеклокерамика.-М.: Мир, 1967.-260 с.
  29. И.П. Исследование фазовыделения в стеклах системы Li20— А12Оз—Si02 спектроскопическими и рентгеновскими дифракционными методами: Дис. канд.тех.наук/ ГОИ им. Вавилова Л., 1980.-150 с.
  30. Н.Ф. Исследование стеклообразования и свойств стекол в системах Я0-В20з-Р205 : Дис. канд.хим.наук/ ЛТИ им. Ленсовета— Л., 1974.-145 с.
  31. .Г., Лысак С. В., Елисеева Г. Г. Комплексное исследование кристаллизации стекол в системе ВаО—А1203—Si02// Физика и химия стекла.- 1992.-т. 18, № 5.-С. 102−108.
  32. Д.Ф. Основы технологии ситаллов: Текст лекций/ ЛТИ им. Ленсовета Л.: 1985 — 54 с.
  33. Стрнад 3. Стеклокристаллические материалы М.: Стройиздат.- 1 988 300 с.
  34. Химия и технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов/ Под. Ред. М. М. Шульца Л.: Наука, 1989 — 304 с.
  35. С.С., Морозов Е. М. Разрушение стекла. М.: Машиностроение, 1978.-152 с.
  36. Ю.Н. Стеклообразное состояние— М.: Наука, 1965, С. 344.
  37. Р.Я. Химия титансодержащих стекол и ситаллов,— М.: Стройиздат, 1978.-230 с.
  38. Л.А., Кузьменков М. И., Яглов В. Н. Пироксеновые ситаллы-Минск: Химия, 1974.-150 с.
  39. Г. Т., Мансурова Э. П. Базальтовые породы койташского рудного поля в производстве строительной керамики и фильтрующих материалов // Стекло и керамика 1999.-№ 1. — С.17−18.
  40. Г. Т., Горностаева С. А., Кулагина Н. А. Стеклокристаллические материалы на основе базальтовых пород койташского рудного поля// Стекло и керамика.- 2002 № 9- С. 10−12.
  41. Н.М., Баранцева С. Е., Кононович В. М. Синтез износостойкой керамики // Стекло и керамика-2002 — № 11.- С. 9−11.
  42. В.К. Твердость и микротвердость металлов. — М.: Наука, 1976.- 230 с.
  43. Ю.В. Современные проблемы измерения твердости материалов. Краков: Польская Академия наук, 1993 С. 47−61.
  44. А.Б. Об измерении твердости хрупких тел. // Техническая физика-2003 .-№ 11.- С. 18−21.
  45. Мак-Скимин Г. Акустические методы исследования жидкостей и твердых тел. Физическая акустика. М.: Мир, 1966.-320 с.
  46. В.Ф., Федорищенко Н.В.Молекулярная акустика- М.: Высшая школа, 1974.-238 с.
  47. Справочник по сопртивлению материалов: Справочник/ Г. С. Писаренко, А. П. Яковлев, В.В. Матвеев- Под. ред. Г. С. Писаренко- Киев: Наукова думка, 1975.-704 с.
  48. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений: Справочник/ Под ред. Ю. Мураками.-М.: Мир, 1990.-448 с.
  49. Л.Г. Введение в термографию — М.: Наука, 1969. -395с.
  50. Peter K.W. Inorganic lithium silicate glasses: structure and properties.// Non-Crystalline Solids.- 1970.-№ 5.-P. 103.
  51. Г. М. Строение и механические свойства неорганических стекол-М.: Стройиздат.- 1966.-240 с.
  52. В.Ф. Стеклообразное состояние — JL: Наука, 1971.- С. 87−92.
  53. Ф.Я., Варшал Б. Г. Ликвационные явления в стеклах// III Всесоюз. Симпозиум по химии стекла: Тез. докл.- Л.: 1969 С. 6−11.
  54. .И., Седлецкий И. Д. Новые виды стекол // ДАН СССР.- 1964 -Т. 154, № 5. С. 1125−1127.
  55. И., Дэфей Р. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966.-509 с.
  56. Ликвационные явления в литиево-силикатных стеклах/ Филиппович B.H., Дмитриев Д. Д. // Тез. докл. III Всесоюз. Симпозиума по химии стекла — Л.: 1969.-С. 11−21.
  57. .Г. Исследования структуры магматических расплавов — Свердловск: Наука, 1981-С. 41−51.
  58. О.В., Роскова Г. П., Аверьянов В. И. // Физика и химия стекла-1978.- Т. 4.- № 2.- С. 110−121.
  59. А.Н. Колебательные спектры и строение силикатов — Л.: Наука, 1968.- С. 348.
  60. Г. В., Свердлова О. В. Практическое руководство по молекулярной спектроскопии Л.: Изд-во ЛГУ, 1980.-С. 25−30.
  61. А.И. Введение в колебательную спектроскопию неорганических соединений М.: Изд-во МГУ, 1977 — С. 16−31.
  62. А.Н., Миргородский А. Г., Игнатьев И. С. Колебательные спектры сложных окислов.-Л.: Наука, 1975.-348 с.
  63. R.Sprengard, K. Binder and other // On the interpretation of the experemental Raman spectrum of (3-eucryptite LiAlSi04 from atomistic computer modeling // J. Of Non-Crystalline Solids 2000 — P. 264−270.
  64. H.M. Физическая химия силикатов и тугоплавких соединений. Минск: Вышэйшая школа, 1984 — 256 с.
  65. Технология строительного и технического стекла и шлакоситаллов. В. В. Полляк, П. Д. Саркисов, В. Ф. Солинов, М. А Царицын- М.: Стройиздат, 1983-С. 27−49.
  66. В.К., Мазурин О. В. Свойства кварцевого стекла. Л.: Наука, 1985-С. 40−46.
  67. Л.Н., Петровская М. Л. Химическая устойчивость стекол: Методические указания/ СПбГТИ (ТУ).- СПб., 1998.-15 с.
  68. Г. М. Сверхпрочные и высокопрочные неорганические стекла-М.: Стройиздат, 1974.-240 с.
  69. Г. М., Измайлова Л. К. Стеклообразное состояние. — Л.: Наука, 1965.- С. 426−427.
  70. Г. М. Строение и механические свойства неорганических стекол. М.: Стройиздат, 1966.-235 с.
  71. Структура и физико-химические свойства неорганических стекол/ Под ред. Власова А. Г., Флоринской В.А.-М.: Химия, 1994.-С. 15−19.
  72. А.Г., Нестеренко М. Л. Изготовление художественного стекла. М.: Высшая школа, 1987.-304 с.
  73. А.П., Страхов В.И, Чеховский В. Г. Физико-химические методы исследования тугоплавких неметаллических и силикатных материалов: Учебное пособие для ВУЗов/ СПбГТИ СПб., 1995.-190 с.
  74. М.Л., Николина Г. П. Стеклообразное состояние. Электронно-микроскопический и ИК-спектроскопический методы исследования стеклообразных материалов: Учебное пособие/ ЛТИ им. Ленсовета.— Л., 1983.-25 с.
  75. О.В., Кабанов В. О., Мухиндинова И. А. Исследование натриево-боратных стекол методом спектроскопии КР // Физика и химия стекла — 1988.-Т.14, № 3, -С. 330−340.
  76. А.К. Дифракционные исследования стекол: первые 70 лет // Физика и химия стекла.-1998.-Т.24, № 3, С.217−248.
  77. Warren В.Е., Krutter Н., Morningstar О. Fourier analysis of X-ray patterns of vitreous Si02 and B203. // J Amer. Ceram. Soc 1936.-V.19.- P. 202−206.
  78. Химическая технология стекла и ситаллов/ Под ред. Павлушкина Н.М.-М.: Стройиздат, 1983.-432 с.
  79. Bray P.J. Structural models for borat glassis. // J. Non-Crystalline Solids. -1985.-V.75-P. 29−36.
  80. Mozzi R.L., Warren B.E. The structure of vitreous silica. // J. Appl. Crystallogr- 1969.-V. 2.-P. 164−172.
  81. В.В. Проблема неоднородного строения стекол. // Физика и Химия стекла. -1998.-Т. 24, № 3- С. 289.
  82. Krogh-Moe. J. The infrared spectra of some vitreous and crystalline borates. //Ark. For Kemi.-1958.-Bd.12., H.41.-S. 475−480.
  83. Silver A.H., Bray P.J. NMR absorption in glass. 1. Nuclear quadropole effects in boron oxide, soda-boric oxide, and borosilicate glasses. // J.Chem. Phys — 1958. V. 29, № 5.-P. 184−256.
  84. Paul A., Douglas R.W. Optical absorption of divalent cobalt in binary alkali borate glasses and its relation to the basicity of glass. //Physics and Chemistry of Glasses, 1968.-V.9, № 1.-P. 125−150.
  85. Lunter S.C., Mironov A.N. Melting in platinum or silica crucibles in electric furnace. // Fizika i Khimiya Stekla.- 1980.- V 6, № 6.- P. 700.
  86. Bamford C.R. Melting in platinum-rhodium crucible at 1250 °C for 2 h followed by 0.5 h at 1000 °C to decrease the viscosity of the glass. // Phys.Chem.Glasses-1962.-V3, № 6.-P. 189.
  87. Arbuzin Yu.M., Burkov V.I., Zelentsova S.A., Kotov V.A. and Poluvanova A.G. Numerical values were taken from curves having no experimental points // Fizika i Khimiya Stekla.- 1977.- V 3, № 5.- P. 524.
  88. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов: Справочник. В 6 т.—'Г.2./ Мазурин О. В., Стрельцина М. В., Швайко-Швайковская Т.П.- Л.: Наука, 1975.- 632 с.
  89. Суздаль Н. В, Прохоренко О. А., Халилев В. Д. Спектры поглощения щелочно-боратных стекол окрашенных кобальтом в зависимости от состава и температуры// Стекло и керамика.- 2003 № 3 — С. 7−10.
  90. Схема спектрофотометра СФ-4-ЛСС
  91. Лаборатория динамики материалов ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН
  92. Сравнительные баллистические испытания ситаллов и керамики (В4С) (Часть 2)1. Март 2003
  93. Целью настоящей работы является проверка возможности использования ситаллов в броневых конструкциях.
  94. В данном случае в качестве ударника была взята пуля ЛПС (d = 7.62 мм) с сердечником из мягкой стали. Удар производился по нормали со скоростью Vs = 850 м/с. Свойства исследованных ситаллов приведены в Таблице 1.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!