Структурные превращения легкоплавких стекол на основе оксидов свинца, кремния и бора на микроуровне

Автор: Илья Хребтов
Руководитель: Просекина Ирина Геннадьевна
Достижения: победа там, победа здесь

Стекла на основе оксидов свинца, бора и кремния относят к легкоплавким стеклам (температура размягчения которых находится ниже 600 градусов С) и они имеют множество технических применений. С их помощью спаивают различные металлы, герметизируют приборы и улучшают краски и эмали. Легкоплавкие стекла выдерживают воздействие более высоких температур, по сравнению с органическими диэлектриками.

Именно получению и исследованию таких стекол посвящено наше исследование. При помощи СЗМ «Nanoeducator» были исследованы структуры поверхности 17 образцов, полученных при разных концентрациях компонентов, с разными добавками, в разных условиях остывания. Поскольку стекла аморфные, то полученные изображения поверхности говорят не только о структуре поверхности, но и расположении атомов во всем материале, расположении зон аморфности и кристалличности.

Целью нашей работы являлось изучение структурных превращений легкоплавких стекол на основе оксидов свинца, кремния и бора с добавками меди, железа и марганца на микроуровне. Полученные стекла являются аморфными материалами, однако их механические свойства, хрупкость, цвет и другое определяют минералообразующие добавки, образующие микро и нано кристаллы в аморфной матрице.

Были решены следующие частные задачи:
Задача 1. Рассмотрены превращения структур при изменении концентрации свинца, бора и кварца
Задача 2. Изучено изменение морфологии в зависимости от содержания оксидов меди, марганца и железа
Задача 3. Проверено влияние скорости охлаждения на кристалличность структур

Основные полученные результаты:
Вывод 1
Чем больше оксида кремния, тем более аморфным получается стекло, однако при этом растет и температура размягчения. При составе оксид свинца, оксид бора и оксид кремния происходит кристаллизация именно свинца, что подтверждают косвенно три фактора

• Именно используемая модификация свинца - глет оказывается неустойчивым при высоких температурах и разлагается
• Цвет стекол близок к металлическому и слабо прозрачен

Вывод 2

• Наилучший результат по изменению цвета получился с добавками оксидов меди. Цвет изменяется от ярко зеленого до темного болотного. На сканах видны частицы похожей формы, что позволяет предполагать их именно медьсодержащими частицами. На цвет основное влияние оказывают их количество и размер.
• Изменение окраски с введением оксидов марганца практически не наблюдалось.
• Небольшая добавка оксидов железа заметно влияет на структуру аморфных стекол. Образовавшиеся кристаллики на поверхности занимают большой объем. Формы этих образований заметно отличаются от образований образцов без добавок и с добавками других металлов.

Вывод 3

• Образцы стекла, охлажденные при комнатной температуре успели кристаллизоваться, а те же образцы, охлажденные быстро при помощи азота не кристаллизовались и образовали более аморфную структуру с меньшими размерами кристаллических зерен.