Особенности стеклования и свойства стеклокристаллических материалов в системе MgO/MgF2-B2O3-SiO2
Authors: Кумкумаджан Е. В. , Григорян Т. В. , Тороян В. П. , Князян Н. Б. 
Published: December 2022

Повышенный интерес к стеклокристаллам магниевоборосиликатного состава, вызванный появлением новых областей их применения, связанных с их эксплуатацией при высоких температурах и давлениях, обусловил важность исследований, снижающих температуры варки и термической обработки стекол, повышающих термостойкость и механические характеристики стеклокристаллических материалов. Изучены область и особенности стеклообразования, и часть диаграммы состояния псевдотройной системы 0.9MgO/0.1MgF2-B2O3-SiO2, характер кристаллизации стекол от состава и температуры по разрезу Mg(O0.9 F0.2)B2O3 – MgSiO3 при частичной замене кислорода на фтор. Исследованы закономерности изменения физико-химических свойств стекол и стеклокристаллических материалов, полученных направленной кристаллизацией стекол. Выявлено, что область образования стекол граничит с областью ликвации в системе, где в равновесии при температуре 1200 ОС находятся два расплава, содержащие разные количества магнийборатной и магнийсиликатной составляющих. Выявлено, что при низкотемпературной кристаллизации стекол, содержащих до 30 мол.% SiO2, основной кристаллической фазой является Mg2B2O5, структура которой строится на основе полиионов из ВO3 и ВO4 групп, а при высокой температуре выделяются одновременно борат и метасиликат магния MgSiO3. Обнару-жено, что введение фтора расширяет область образования стекол как в двойной, так и в тройной системе. Показано, что при одностадийной термообработке стекла можно синтезировать стекло-кристаллические материалы с относительно низкими значениями термического расширения (55-60).10-7.K-1 и высокой микротвердостью (Hv- 650-700 кг/мм2).
Մագնեզիումի բորոսիլիկատային բաղադրության ապակեբյուրեղների նկատմամբ աճող հետաքրքրությունը կապված է դրանց կիրառման նոր ոլորտների առաջացման հետ՝ բարձր ջերմաստիճանների և ճնշման պայմաններում դրանց շահագործմամբ՝ պայմանավորված ապակու եփման և ջերմային մշակման ջերմաստիճանը նվազեցնող, ապակեբյուրեղային նյութերի ջերմակայունությունը և մեխանիկական բնութագրերը բարձրացնող հետազոտությունների կարևորությամբ։ Ուսումնասիրվել են ապակեգոյացման տիրույթը և առանձնահատկությունները, ինչպես նաև 0.9 MgO/0.1 MgF2-B2O3-SiO2 կեղծ եռակի համակարգի վիճակի դիագրամի մի մասը, ապակու բյուրեղացման բնույթը՝ կախված բաղադրությունից և ջերմաստիճանից Mg(O0.9F0.2)B2O3 – MgSiO3 կտրվածքի երկայնքով՝ թթվածնի մասնակի փոխարինմամբ ֆտորով: Ուսումնասիրվել են ուղղորդված բյուրեղացումով ստացված ապակիների և ապակեբյուրեղային նյութերի ֆիզիկաքիմիական հատկությունների փոփոխությունների օրինաչափությունները։ Պարզվել է, որ ապակեգոյացման տիրույթը սահմանակից է համակարգի լիքվացիայի տիրույթին, որտեղ 1200 °C ջերմաստիճանում տարբեր քանակությամբ մագնեզիումի բորատի և մագնեզիումի սիլիկատային բաղադրիչներ պարունակող երկու հալույթները հավասարակշռության մեջ են։ Պարզվել է, որ մինչև 30 մոլ.% SiO2 պարունակող ապակիների ցածրջերմաստիճանի բյուրեղացման ժամանակ հիմնական բյուրեղային ֆազը Mg2B2O5 է, որի կառուցվածքը կազմված է BO3 և BO4 խմբերի պոլիիոններից, իսկ բարձր ջերմաստիճանում միաժամանակ անջատվում են մագնեզիումի բորատ և մետասիլիկատ MgSiO3: Պարզվել է, որ ֆտորի ներմուծումն ընդլայնում է ապակեգոյացման տիրույթը ինչպես երկակի, այնպես էլ եռակի համակարգերում: Ցույց է տրված, որ ջերմային ընդարձակման գործակցի համեմատաբար ցածր (55-60) 10-7.K-1 և բարձր միկրոկարծրության (Hv-650-700 կգ/մմ2) արժեքներով ապակեբյուրեղային նյութերը կարող են սինթեզվել միաստիճանային ջերմային մշակմամբ։
The increased interest in glass-ceramic of magnesium boron-silicate composition, caused by the emergence of new areas of their application associated with their operation at high temperatures and pressures, determined the importance of studies that reduce the temperatures of melting and heat treatment of glasses, and increase the thermal stability and mechanical characteristics of glass-ceramic materials. The area and features of glass formation, and part of the state diagram of the 0.9MgO/ 0.1MgF2 - B2O3 -SiO2 pseudo-ternary system, the nature of glass crystallization as a function of composition and temperature along the Mg(O0.9 F0.2) B2O3– MgSiO3 section with partial replacement of oxygen by fluorine were studied. Regularities of changes in the physicochemical properties of glasses and glass-ceramic materials obtained by directional crystallization of glasses are studied. It was revealed that the area of glass formation borders with the area of liquation in the system, where two melts containing different amounts of magnesium borate and magnesium silicate components are in equilibrium at a temperature of 1200 °C. It was found that during low-temperature crystallization of glasses containing up to 30 mol.% SiO2, the main crystalline phase is Mg2B2O5 , the structure of which is built on the basis of polyions from BO3 and BO4 groups, and at high temperature magnesium borate and metasilicate MgSiO3 precipitate simultaneously. It has been found that adding the fluorine expands the region of glass formation in both binary and ternary systems It has been shown that glass-ceramic materials with relatively low thermal expansion values (55-60).10-7. K-1 and high microhardness (Hv-650-700 kg/mm2) can be synthesized with single-stage heat treatment of glass.