Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Файлы

Бессмертный В.С. Ляшко А.А. Антропова И.А. Гурьева А.А. Крахт В.Б. Гусева Е.Н. Бахмутская О.Н.

Статья в формате PDF

1080 KB

Стеклошарики во всем мире находят все большее применение в технике, технологии и производстве товаров народного потребления. Одним из наиболее эффективных способов по­лучения микрошариков является плазменное распыление исходных материалов в факеле низ­котемпературной плазмы.

При плазменной обработке и распылении стеклянных стержней образуются стеклошарики, которые подвергаются интенсивному нагреву.

В результате этого происходит частичное испарение ингредиентов стеклошариков. Различ­ные оксиды в процессе плазменной обработки ис­паряются по различным механизмам. Это в значи­тельной степени зависит и от наличия в составе стеклошариков поверхностно-активных веществ.

В работе исследовано влияние плазмен­ного нагрева на стеклошарики на основе сорто­вых стекол.

Стержневое напыление производили по следующей схеме. Стержень подавали в плаз­менную горелку ГН-5Р плазмотрона УПУ-8М и затем поток плазмообразующего газа направ­лял частицы расплава в конический сборник с корундовым тиглем на торце. В тигле частицы стекла, прошедшие плазменную обработку, на­капливались для последующего анализа. Па­раметры работы плазмотрона были следую­щие: рабочее напряжение 30 В, сила тока 400 А. Плазмообразующим газом служил аргон, рас­ход которого составлял 1,8 м /час при давлении 0,25-0,27 МПа.

После плазменной обработки частицы стекла подвергали химическому анализу.

Анализ полученных результатов позволя­ет сделать следующие выводы. Стекла, прошед­шие плазменную обработку, обогащаются та­кими оксидами как SiO₂, Al₂O₃ и СаО. Щелоч­ные оксиды Na₂O и К₂О, а также оксиды свин­ца частично испаряются. В значительной сте­пени из состава стеклошариков удаляются поверхностно-активные компоненты, такие, как кадмий, селен, хром.

По стандартным методикам нами иссле­довались термические свойства стеклошариков, прошедших плазменную обработку. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1. Термические свойства стеклошариков, прошедших плазменную обработку

Анализ полученных результатов позволя­ет заключить, что у стеклошариков, прошедших плазменную обработку, смещается в область вы­соких температур T_g и T_f .

Это обусловлено не только изменением химического состава стеклошариков, но и высо­кими скоростями нагрева и остывания материа­ла, а также изменением структуры стекла за счет незначительного дефицита кислорода в структу­ре (SiO₂)_n. Кроме того, как видно из таблицы 1, снижается значение ТКЛР.

Данные факторы обуславливают измене­ние оптических характеристик стеклошариков, в частности показателя преломления. Показа­тель преломления определяли иммерсионным методом. Значения показателя преломления сте-клопорошков до и после плазменной обработки представлены в таблице 2.

Таблица 2.Показатель преломления стеклошариков, прошедших плазменную обработку

Из таблицы 2 видно, что значение показа­теля преломления стеклошариков, прошедших плазменную обработку, снижается.

Результаты исследований плотности сте-клошариков представлены в таблице 3.

У свинцовых хрусталей плотность умень­шалась за счет испарения тяжелых оксидов свин­ца. Плотность сортовых стеклошариков увели­чивалась за счет испарения щелочных и некото­рых других оксидов.

Таблица 3. Плотность стеклошариков, прошедших плазменную обработку 

Плотность, г/см³  

В отдельных случаях при плазменной об­работке в стеклах из свинцовых хрусталей мо­жет наблюдаться незначительное расстекловы-вание с образованием различных силикатов. C использованием метода рентгенофазового ана­лиза было установлено, что в свинцовом хруста­ле после его плазменной обработки образуется незначительное количество силикатов свинца PbSiO₄ (d=3,21; 3,11; 2,98). У бесцветных сорто­вых стеклошариков, прошедших плазменную обработку, имела место частичная выкристал-лизация различных полиморфных фаз кремне­зема (кварц).

Хромовое стекло, молочное стекло и ко­бальтовое стекло после плазменной обработки цвет не меняли. Однако, кадмиевый рубин (кото­рый относится к наводящимся стеклам) - свою окраску менял. Так, кадмиевый рубин бледно-розового цвета практически полностью обесцве­чивался за счет разложения красящего комплек­са CdSe-CdS. Красные кадмиевые рубины после плазменной обработки за счет вышеуказанного процесса и частичного испарения кадмия и се­лена переходили в розовый цвет. Темно-красные и коричневые рубины после плазменной обра­ботки переходили в алые и ярко-красные цвета.

Анализ полученных экспериментальных данных позволяет констатировать, что при плаз­менной обработке стеклошариков происходит плавление и сфероидизация. За счет высоких температур плазмы стекло изменяет свой хими­ческий состав вследствие частичного испарения его ингредиентов, изменяется плотность, пока­затель преломления и термические свойства.

Проведенные исследования позволят рас­ширить области применения стеклошариков на основе сортовых стекол.

Библиографическая ссылка