Введение
1. Описание явления метастабильного фазового разделения (ликвации) в оксидных стеклообразующих системах и его практического использования 20
1.1 Метастабильная ликвация в щелочноборосиликатных системах 21
1.1.1. Общие положения 21
1.1.2. Методы исследования диаграмм фазового разделения и структуры двухфазных стекол 29
1.1.3. Диаграммы несмешиваемости щелочпоборосиликатных систем 34
1.1.4, Коноды 48
1.1.5. Структура двухфазных стекол 53
1.1.6. Свойстваликвировавшихщелочноборосиликатныхстекол 55
1.1.6.1. Реологические свойства 56
1.1.6.2. Электрические свойства 60
1.1.6.3. Температура стеклования 62
1.1.6.4. Химическая устойчивость 68
1.1.6.5. Плотность 73
1.2. Практическое использование явления ликвации в щелочноборосиликатных системах 77
1.2.1 Общие представления о процессе получения высококремнеземных пористых стекол на основе щелочноборосиликатных стекол с двухкаркасной структурой 79
1.2.2. Области применения пористых стекол 85
2. Объекты и методы исследования процесса получения и свойств пористых и кварцоидных стекол 102
2.1. Объекты исследования 102
2.1.1. Двухфазные стекла 102
2.1.1.1. Объекты исследования влияния температуры на направления конод в области ликвации натриевоборосиликатной системы 103
2.1.1.2. Объекты исследования влияния относительных объемов, размеров и состава фазовых образований па химическую устойчивость двухфазных стекол 108
2.1.1.3. Объекты исследования процессов выщелачивания двухфазных стекол с кислотно-солевыми растворами в зависимости от состава стекла и химических условий взаимодействия 113
2.1.2. Однофазные стекла 116
2.2. Методы исследования процесса выщелачивания стекол 120
2.2.1. Применение методов электронной микроскопии для изучения структуры стекол 120
2.2.2. Определение температуры стеклования двухфазных стекол 121
2.2.3. Методы исследования процесса взаимодействия щелочноборосиликатиых стекол с водными кислотно-солевыми растворами 123
2.2.3.1. Исследование кинетики выщелачивания двухфазных стекол 124
2.2.3.1.1. Регистрация роста пористого слоя в двухфазном стекле в процессе выщелачивания 125
2.2.3.1.2. Определение содержания компонентов стекла в растворе, контактирующем со стеклом 128
2.2.3.1.3. Исследование страттообразования в продуктах сквозного кислотного выщелачивания двухфазных стекол 132
2.2.3.2. Изучение кинетики взаимодействия однофазных натриевоборосиликатпых стекол с растворами кислот 132
2.2.3.3. Изучение кинетики реакций с участием кремнезема в растворах 136
2.3. Методы исследования характеристик пористых стекол 139
2.3.1. Исследование морфологии пор пористых стекол 140
2.3.1.1. Определение общей пористости весовым методом 140
2.3.1.2. Применение адсорбционных методов для исследования структуры пористых стекол 141
2.3.1.3. Определение среднего радиуса пор 144
2.3.2. Исследование электроповерхностных свойств пористых стекол 146
2.3.2.1. Определение адсорбции потенциалопредсляющих ионов. 149
2.3.2.2. Определение электропроводности мембран из пористых стекол 155
2.3.2.3. Определение чисел переноса ионов в мембранах из пористых стекол. 157
2.3.2.4. Определение электрокинетического потенциала пористых стекол методом потенциала течения 160
2.3.3. Методика исследования скорости диффузии электролитов в пористом стекле 160
2.3.4. Методики исследования оптических свойств пористых стекол 165
2.3.5. Методы исследования изменений структуры и свойств пористых стекол в процессе спекания 166
2.4. Методы исследования свойств кварцоидных стекол 169
2.4.1. Измерение вязкости 169
2.4.2, Определение спектральных характеристик фотохромных кварцоидных стекол 169
3. Физико-химические закономерности взаимодействия двухфазных щелочноборосиликатных стекол с водными растворами кислот 172
3.1. Обзор литературных данных 172
3.1.1, Влияние различных факторов на состояние кремнезема в водных растворах. 173
3.1.2, Представления о структуре пор пористых стекол 187
3.1.3, Влияние различных факторов на скорость выщелачивания двухфазных щелочноборосиликатных стекол и структуру пор пористых стекол (литературные данные) 197
3.1.3.1. Влияние состава исходного стекла и режима его тепловой обработки. 199
3.1.3.2. Влияние условий химической обработки двухфазного стекла 210
3.1.4. Объемные изменения и напряжения в пористом слое двухфазных стекол и в пористых стеклах 216
3.1.5. Заключение по разделу 3.1 226
3.2. Исследование процесса взаимодействия двухфазных щелочноборосиликатных стекол с водными растворами кислот и структуры пористых стекол (собственные данные) 227
3.2.1. Влияние состава стекла и режима его тепловой обработки 228
3.2.2. Влияние условий химической обработки двухфазных стекол 243
3.2.2.1. Влияние температуры раствора, концентрации и вида аниона кислоты 243
3.2.2.2. Влияние добавки солей в выщелачивающий раствор кислоты 256
3.2.3. Влияние состава стекла и условий выщелачивания на структуру пор пористых стекол 264
3.2.4. Неоднородности в структуре порового пространства пористых стекол 268
3.3. Заключение по главе 3 278
4. Экспериментальное моделирование процессов, происходящих при выщелачивании двухфазных щелочноборосиликатных стекол и сопровождающих получение пористых стекол 282
4.1, Кинетические закономерности межфазного взаимодействия однофазных стекол, отвечающих по составу химически нестойкой фазе двухфазных стекол, с кислотно-солевыми растворами 282
4.1.1. Влияние состава стекла на характер его взаимодействия с раствором кислоты 283
4.1.2. О составе и рН кислотных растворов, контактирующих с однофазным натриевоборосиликатным стеклом 293
4.1.3. Кинетика установления равновесных концентраций компонентов однофазных натриевоборосшшкатных стекол в растворах кислоты 300
4.1.4. Зависимость скорости избирательного растворения стекла в кислоте от степени насыщения раствора продуктами растворения 307
4.1.5. Механизм извлечения щелочных боратов из стекла в растворы кислоты 310
4.1.6. Кинетика структурирования кремнезема в кислотных растворах, контактирующих со стеклом 315
4.2. Электроповерхностные свойства пористых стекол 319
4.2.1. Электрохимические явления при взаимодействии пористого боросиликатного стекла с водными растворами электролитов (литературные данные) 321
4.2.1.1. Представления об образовании и строении двойного электрического слоя на межфазной поверхности «оксид кремния-раствор электролита» 321
4.2.1.2. Электрокинетические характеристики тонкопористых мембран 331
4.2.1.3. Химические свойства поверхности пористых стекол 337
4.2.1.4. Изучение электроповерхностных свойств пористых стекол 338
4.2.2. Результаты экспериментального исследования электроповерхпостных свойств пористых стекол (собственные данные) 344
4.3. Массоперенос растворенных веществ в пористых стеклах 361
4.4. Заключение по главе 4 369
5. Разработка концепции реакционной диффузии для описания процесса кислотного выщелачивания стекол лидировавших щелочноборосиликатных систем 372
5.1. Описание кинетики взаимодействия щелочноборосиликатных стекол с водными растворами (литературные данные) 372
5.2. Применение диффузионных моделей для расчета кинетики взаимодействия щелочноборосиликатных стекол с растворами кислот 375
5.2.1. Обсуждение известных моделей (литературные данные) 375
5.2.2. Расчет кинетических параметров взаимодействия щелочноборосиликатных стекол с водными растворами кислот (собственные данные) 381
5.3. Физико-химическая модель, описывающая взаимодействие двухфазных щелочноборосиликатных стекол с растворами кислот (МВС) 386
5.3.1. Общие положения концепции реакционной диффузии для описания процесса кислотного выщелачивания стекол лидировавших щелочноборосиликатных систем 386
5.3.2. Диффузионная кинетика процесса выщелачивания двухфазного щелочноборосиликатного стекла 390
5.3.3. Анализ влияния различных факторов на процесс получения пористого стекла с позиции модели выщелачивания двухфазного стекла (МВС) 394
5.3.4. Представления о формировании структуры пор и кремнеземных неоднородностей в пористом стекле 398
5.4. Заключение по главе 5 403
6. Экспериментальное исследование оптических и термомеханических свойств пористых стекол 405
6.1. Оптические свойства пористых стекол 406
6.2. Влияние нагревания на характеристики пористых стекол 428
6.2.1. Представления о процессах, происходящих при спекании пористых стекол (литературные данные) 429
6.2.1.1. Общие закономерности спекания пористых материалов 429
6.2.1.2, Структурные превращениях в пористых стеклах, происходящие при их нагревании в печи 433
6.2.2. Характеристики пористых стекол, подвергнутых специальной тепловой обработке (собственные данные) 441
6.2.2.1. Влияние тепловой обработки пористых стекол на параметры их структуры 441
6.2.2.2. Изменение линейных размеров пористых стекол в процессе спекания 448
6.2.2.3. Вязкость спеченных пористых (кварцоидных) стекол 452
6.2.2.4. Пропускание пористых стекол, подвергнутых специалыюй тепловой обработке 455
6.2.2.5. Оптические свойства спеченных пористых стекол, импрегннрованных светочувствительной компонентой (фотохромных кварцоидных стекол) 458
6.2.2.6. Кинетика спекания и лучевая прочность пористых стекол при воздействии лазерного облучения 467
6.3. Заключение по главе 6 475
Выводы 477
