Состав стекло: Из чего делают стекло. Виды, способы изготовления стекла ☑️ EraGlass

Содержание

Стекло: состав, строение, свойства

Содержание статьи

1. Структура стекла

2. Состав стекла

3. Свойства стекла

Структура стекла

Определение 1

Стекло – это некристаллическое аморфное твердое вещество.

Стекло может быть сформировано естественным путем — например, при попадании молнии в песок или в вулкане. Строение стекла до сиx пор окончательно не установлено. Имеются расхождения между его основной массой и поверхностным слоем.

Это обусловлено тем, что различные виды стекол обладают разным составом, кроме того, на его структуру оказывает влияние технологический процесс.

Строение стекла подразумевает описание тесно связанных, но рассматриваемых отдельной друг от друга двух аспектов — геометрии взаимного расположения ионов и атомов и характер химических связей между образующими стекло частицами. Структура стекла соответствует структуре жидкости в интервале стеклования. Таким образом, вопросы, которые касаются строения стеклообразующих расплавов тесно связаны с друг другом. Развитие представления о строении стекла происходит благодаря гипотезам и объясняющим экспериментам, а также теориям, которые оформляются математически и предполагающие количественную проверку во время экспериментов.

Состав стекла

По составу существуют следующие главные виды стекла: калийно-свинцовые, калийно-известковые и содово-известковые. Стекло обладает свойствами сверхвязкой жидкости и твердого тела. Особенность стекла заключается в том, что оно может переходить из жидкого состояния в стеклообразное, без потери полезных свойств. Его вязкость настолько высока, при комнатной температуре может не проявляться сотни лет. По химическому составу различают следующие виды стекол:

Оксидные. Такой состав характерен для фосфатных и силикатных стекол. Оксидные стекла обладают хорошей защитой от химического воздействия и высокой пропускаемостью света. Оксидный состав также присущ боросиликатным и германатным стеклам.
Фторидные. Фторидными изготавливаются половолоконные системы передачи данных, потому что они обладают защитой от радиации, расширенным спектральным коэффициентом пропускания и высокой чувствительностью. Фторидные стекла также используются в медицинском оборудования, например, лазерах.
Сульфидные. Данный вид стекол используется в производстве посуды и декора.

Основой состава любого стекла является диоксид кремния. При промышленном производстве стекла примеси в песке не должны превышать 2 %, так как это влияет на прозрачность готового изделия. В состав стекла могут добавлять разнообразные оксиды щелочных металлов. Например, при изготовлении оптических приборов добавляются алюминий, барий, бор, а при производстве оконных стекол могут быть добавлены оксиды натрия, кальция или алюминия. В качестве веществ, которые придают стеклу дополнительные особые свойства, может быть использован оксид бария, способствующий увеличению устойчивости стекла к высоким температурам. Дополнительными веществами в составе стекла могут быть обесцвечиватели, рассеиватели света, красители, осветители и металлы — титан, платина, железо, вольфрам или молибден.

Свойства стекла

К самым важным свойствам стекла относятся:

Плотность. Данный показатель зависит от химического состава стекла и может составлять от 2,2 до 7,5 грамм на кубический сантиметр. В некоторой степени плотность стекла также зависит от температуры, с ее увеличением она становится меньше.
Прочность. Прочность стекла заключается в его способности сопротивляться проникновению более твердого вещества. Прочность большинства стекол составляет 7 по шкале Мооса, у некоторых видов стекла данный показатель находится в диапазоне от 5 до 6 по шкале Мооса.
Теплопроводность. Под теплопроводностью подразумевается способность стекла проводить тепло без перемещения вещества. Коэффициент теплопроводности стекла составляет от 0,0017 до 0,032. Например, у оконных стекло теплопроводность около 0,0023.
Тепловое расширение. Тепловое расширение стекла представляет собой способность увеличивать свои линейные размеры при нагревании, у стекла данный показатель незначителен.

Термическая устойчивость. Данный показатель включается в способности стекла выдерживать резкое изменение температуры без разрушения. Это свойство играет важную роль в строительных работах. Термическая устойчивость стекла составляет около 80 — 90 градусов по Цельсию. Во много данное свойство зависит от химического состава стекла, например, кварцевое стекло способно выдерживать перепад температур до 1000 градусов по Цельсию.
Оптические свойства. К данным свойствам относятся преломление и отражение света, светопрозрачность и светопоглощение. Поглощение света стеклом невелико, например, у оконных стекол оно равняется 88 %. Чтобы получить стекло с высокой степенью прозрачности сырье для его производства должно максимально очищаться от примесей.

Сообщество экспертов Автор24

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 14.04.2022

2. Состав и структура стекла

Стекло принадлежит к классу неорганических материалов, находящихся в состоянии, промежуточном между жидким и твердым.

Химический состав стекла различен в зависимости от требований, предъявляемых к свойствам стеклоизделий, от условий эксплуатации, а также способа выработки. Главной стеклообразующей частью большинства стекол является кремнезем (SiO₂), который вводят в состав стекла с песком или кварцем. Состав оксидов, образующих стекла, ограничен главным образом оксидами, обладающими кислотными свойствами:, B₂O₃, P₂O₅, оксиды мышьяка и германия, а кроме того, и вещества, не являющиеся оксидами, например, сера, селен и флюорид свинца, также могут образовывать стекла. Кроме стеклообразователей имеется ряд оксидов, которые входят в состав стекла. Они называются модификаторами сетки (каркаса) стекла. К ним относятся основные оксиды щелочных и щелочноземельных металлов — Na

2O, K₂O, MgO, CaO. К третьей категории веществ относятся некоторые оксиды, которые в чистом виде не могут образовать каркаса стекла, но могут включаться в состав уже существующей сетки. Это – промежуточные оксиды. Примерами служат глинозем и оксид бериллия.

Стекла представляют собой сложные системы, состоящие не менее чем из пяти окислов. Названия стекол зависят от содержания в них тех или иных окислов: натриево-известковые, калиево-известковые, фосфатные, боратные, калиево-свинцовые (хрустальные) и др.

Структура стекла.

Стекло является изотропным материалом, так как по всем направлениям в среднем имеет однородные структуру и свойства. Однако само строение стекла, т.е. внутреннее расположение его частиц окончательно не определено. Это связано с тем, что разные стека имеют различное строение, наблюдаются различия даже в строении основной массы стека и поверхностного его слоя, и кроме того, на строение стека влияет технологический процесс и другие факторы. Предложено несколько теорий строения стекла: кристаллитная; ионная; агрегативная.

По кристаллитной теории стекло состоит из кристаллитов. Кристаллиты — это мельчайшие, очень деформированные структурные образования. Кристаллитная теория позволила объяснить изменение коэффициентов термического расширения стекла, показателей преломления свет при различных температурах.

Согласно ионной теории стекло представляет собой непрерывную сетку с ионами или их группами в определенных положениях, но в отличии от настоящих кристаллов эта сетка не имеет симметрии и определенной периодичности. На основании этой теории можно объяснить изменение цвета при введении красителей в стекло.

Агрегативная теория строения стекла исходит из того, что в стекле всегда существует усложненные группировки – агрегаты молекул. При нагревании происходит распад этих группировок, при охлаждении сложность агрегатов и их число растут. При быстром охлаждении стекломассы вязкость возрастает, атомы не успевают занять нужное положение, возникает неуравновешенное состояние стекла, которое устраняется отжигом.

Производство стеклянных изделий состоит из трех основных этапов: получение стекломассы; формирование изделий; обработка изделий.

Получение стекломассы

Сырьевые материалы делят на главные или стеклообразующие и вспомогательные.

К главным, стеклообразующим материалам относятся вещества, с помощью которых в стекломассу вводят кислотные, щелочные и щелочноземельные окислы, обеспечивающие получение изделий с необходимыми

физическими и химическими свойствами. К ним относятся кварцевый песок, борная кислота или бура, полевой шпат, каолин, сода и сульфат натрия, поташ, известняк и мел, доломит, сурик, окиси цинка, алюминия, магния, кальция и бария, нефелин, стеклянный бой и другие соединения. Кварцевый песок служит основным сырьем для введения в состав стекла кремнезема, которого в нем содержится от 60 до 75 %. Лучшим считается песок без примесей окрашивающих окислов, в том числе окислов железа, титана, хрома. Наиболее вредными примесями являются соединения железа, которые придают стеклу желтовато-зеленоватую окраску, что резко снижается светопропускание и ухудшает внешний вид готовых изделий.

Борная кислота или бура необходимы для введения в стекло борного ангидрида, образующегося после разложения при высокой температуре. Он понижает коэффициент расширения, химическую и термическую устойчивость и прочность изделий.

Полевой шпат – исходное сырье для введения в состав стекла глинозема (Al₂O₃). Для этой цели используют также каолин, являющийся продуктом разложения полевого шпата. Он замедляет скорость варки, но способствует осветлению стекломассы, повышает термическую и химическую стойкость, механическую прочность и твердость, снижает коэффициент термического расширения стекла.

Сода служит для введения в состав стекла окиси натрия. Недостаток соды – большое содержание вредных примесей хлористого и сернокислого натрия, окиси железа. С аналогичной целью чаще применяют сульфат натрия как более дешевое и менее дефицитное сырье по сравнению с содой.

Поташ – основное вещество для введения в состав стекла окиси калия. Окись калия придает изделиям блеск, прозрачность, уменьшает способность к кристаллизации.

Известняк и мел применяют для введения окиси кальция, которая придет стеклу химическую устойчивость и способствует осветлению и ускорению варки стекломассы.

Окись магния снижает термическое расширение стекла и уменьшает способность к кристаллизации, а также повышает его вязкость, прочность и химическую устойчивость.

Цинковые белила служат для введения в стекло окиси цинка, который повышает химическую и термическую стойкость стекла, а также прочность при сжатии и растяжении. Изделия, содержащие окись цинка, сильно преломляют лучи света, отличаются повышенным блеском и прозрачностью.

Сурик используют при производстве ценных хрустальных изделий и оптического стекла с высокой плотностью, характерным блеском и игрой света.

Изделия с окисью свинца легко поддаются гранению, хорошо шлифуются, полируются, сильно преломляют лучи света, имеют пониженную химическую устойчивость, поглощают рентгеновские лучи. Недостаток свинцового хрусталя – высокая чувствительность к окислительно-восстановительным условиям варки. Этого недостатка лишен бариевый хрусталь, практически не отличающийся от свинцового хрусталя.

Стекольный бой способствует ускорению процесса варки стекломассы. Химический состав боя должен соответствовать составу основной шихты, т.к. разный состав приводит к изменению процесса варки стекломассы. В состав стекломассы вводят от 15 до 30 % стекольного боя.

Основными вспомогательными материалами являются красители, глушители, обесцвечиватели, осветлители, окислители, восстановители и ускорители варки стекломассы.

Красители вводят в шихту для придания стеклу определенного цвета. К молекулярным красителям (их большинство) относятся, как правило, окислы тяжелых и редкоземельных металлов (Co, Ni, Mn, Cu, Cr) Закись кобальта придает стеклу синий цвет (0,1-0,5 %) или фиолетово-синий с красноватым оттенком (более 0,5 %). При совместном введении соединений кобальта и перекиси марганца получают стекла пурпурного, фиолетового и черного цветов. Перекись марганца окрашивает калиево-кальцевые стекла в красновато-фиолетовый цвет, а натриево-кальцевые – в фиолетовый или в красновато-фиолетовый цвет. Окись меди придает стеклу голубой (1–2 %) или зеленый цвет, а окись хрома – зеленый. Стекло желтого цвета может быть получено при введении в стекломассу сернистого кадмия, сернистого железа, окиси урана. Закись железа окрашивает стекло в сине-зеленый цвет, окись железа – в желтый, а при совместном действии – зеленый цвет. Белый цвет придает двуокись олова; черный цвет – окись марганца (12–13 %) и сульфаты железа.

Коллоидно-дисперные красители окрашивают стекло после тепловой обработки (наводки). К таким красителям относятся золото, серебро, медь, селен, сурьма, а также сульфиды свинца, железа, меди, кадмия, селена и др. Их применяют для получения рубиново-красного стекла. Золотой рубин, например, получают при добавлении в стекломассу 0,02 % хлорного золота и двуокиси олова. При использовании сульфидов цинка, изменяя соотношение компонентов можно получать стекла от прозрачных до полностью заглушенных, от светло-зеленых, серых, сиреневых, бирюзовых, голубых оттенков до почти черных тонов.

Глушители вводят в шихту для придания стеклу молочно-белого цвета, а также для устранения его прозрачности и увеличения рассеивающей способности. Такие стекла называются глушенными. В качестве глушителей применяют фосфорнокислые соли кальция, костяную муку, тальк.

Обесцвечиватели устраняют либо ослабляют нежелательный цвет или оттенок. Различают химическое и физическое обесцвечивание. При химическом обесцвечивании в шихту вводят вещества (селитра, трехокись мышьяка, двуокись церия и др.), выделяющие при разложении большое количество атомного кислорода. При физическом обесцвечивании подбирают краситель, нейтрализующий окраску стекла закисью железа, например, перекись марганца, селен, закись никеля, и др.

Осветлители вводят в шихту, чтобы освободить стекломассы от различных включений газа и воздуха, а также окислить закись железа до окиси. К ним относятся вещества, которые при разложении выделяют большое количество газа, способствующего перемешиванию стекломассы и объединению мелких разрозненных пузырьков в крупные (трехокись мышьяка, селитру, сульфат натрия, аммониевые соли и др. )

Окислители и восстановители используют для создания и поддержания соответствующей среды при варке стекломассы, для окисления закиси железа.

Подготовленные соответствующим образом сырьевые материалы взвешивают на автоматических весах и тщательно перемешивают по определенной рецептуре для получения однородной по составу порошкообразной смеси – шихты.

Весь процесс варки стекломассы можно разделить на основные этапы: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизация и охлаждение стекломассы до рабочей вязкости.

Силикатообразование начинается с удаления гигроскопической воды (при 100–120 С), затем при дальнейшем нагревании образуется натриево-кальциевый карбонат, при 600 С начинается выделение углекислого газа, при 740–800 С появляется расплав, активно взаимодействующий с кремнеземом, образуется метасиликат. Заканчивается силикатообразование при температуре около 1000 С. Стеклообразование протекает при температуре 1150–1500 С и отличается большей интенсивностью диффузных процессов. Стекломасса становится более прозрачной и подвижной, но в ней еще много газовых и твердых включений. При осветлении стекломасса освобождается от газовых и воздушных включений. Осветление проводят при температуре 1450–1500 С, при этом вязкость стекломассы понижается, что облегчает удаление из нее пузырей. Гомогенизацию проводят при максимальной температуре варки одновременно с осветлением стекломассы. Стекломасса выдерживается в спокойном состоянии, выравнивается по химическому составу и освобождается от стекловидных включений – свилей.

Стекломассу охлаждают до вязкости, при которой из нее можно сформировать изделия (200–300 С).

Основными факторами, ускоряющими варку стекломассы и влияющими на ее качества, являются температура, величина поверхности нагрева шихты и степень дисперсности зерен песка. Основными причинами образования дефектов являются неоднородный состав шихты, нарушение температурного и газового режимов варки, парциального давления в печи и стекломассе. Варку стекломассы осуществляют в печах непрерывного и периодического действия. Время варки, например, посудного стекла 16–18 часов.

Формование изделий

В зависимости от вида, размера, массы, назначения, сложности формы и химического состава изделий применяют ручной или машинные способы формования. Ручным способом изготовляют изделия сложной формы и высокохудожественные.

Применяют следующие методы формования изделий: прессование, выдувание, прессовыдувание, вытягивание, прокатку, литье, а также комбинированный метод сочленения, центробежного вращения и плавающей ленты. Стабильную форму однотипным изделиям придают в чугунных или стальных пресс-формах, внутренняя поверхность которых покрыта нержавеющими жароупорными сплавами.

Прессование изделий производят в специальных пресс-формах, внутренняя поверхность которых может быть с рельефным рисунком или гладкой. Формы бывают неразъемные и разъемные, состоящие из двух или более частей. Методом прессования изготовляют изделия с толстыми стенками, закругленными ребрами и углами, плоские, цилиндрические, несколько суживающиеся книзу. Рисунок на поверхности изделий всегда имеет острые грани.

Выдувание – ручное (свободное) и механизированное (в формы) применяют для изготовления разнообразных изделий сложной формы, чаще всего полых. При ручном выдувании основным инструментом является специальная полая трубка длиной 1200–1400 мм.

При механизированном способе изделие выдувают и формуют в металлической раскрывающейся форме. Формование изделия, которое имеет ножку, ручку и другие детали, проводят в несколько этапов: вначале формуют корпус изделия со стеблем, затем к нему присоединяют основание ножки и т.д. Этим способом изготовляют изделия разнообразные по форме, размерам и сложности. Поверхность этих изделий без швов.

Прессовыдувной метод формирования сочетает прессование и выдувание. Для прессовыдувных изделий характерно наличие шва от соединения двух (или более) частей формы, что ухудшает их внешний вид и упрощает композицию.

Метод сочленения – комбинированный: элементы изделия формуются отдельно, а затем сочленяются в горячем состоянии. Этот метод более производителен, но изделия часто разрушаются по месту сочленения.

Методом литья получают изделия художественно-декоративного назначения, скульптуру и оптическое стекло. Стекломассу заливают в специальную форму, где она охлаждается и принимает очертания формы. Этим методом вырабатывают изделия полнотелые и пустотелые.

Методом центробежного вращения изготовляют полые, крупногабаритные и тяжелые изделия. Металлическую форму определенного размера, установленную на вращающемся столе, заполняют стекломассой, которая при вращении под действием центробежной силы равномерно распределяется по стенкам формы. После формирования пресс-форму раскрывают, изделие извлекают и подвергают соответствующей обработке.

Метод вытягивания и прокатки применяют для получения листового стекла.

После формования изделиям придают соответствующий внешний вид и необходимые свойства путем дальнейшей тепловой, химической или механической обработки. К такой обработке относятся отжиг, отрезка колпачка (для выдувных изделий), обработка края (шлифовка, огневое оплавление) и др.

При формовании между внутренними и поверхностными слоями стеклоизделий наблюдается значительный перепад температур вследствие быстрого охлаждения. При этом в толще стекла остаточные напряжения, которые отрицательно влияют на прочность стеклянных изделий, резко снижая ее. Во избежание этого изделие после формования подвергают отжигу. Отжиг заключается в нагреве изделий до температуры начала размягчения (530–580 ⁰С), выдержке при этой температуре и медленном охлаждении.

Состав старых стекол | История производства стекла в России

У Плиния записан рецепт стекла, который был в ходу в древнем Риме. И современные ученые, произведя анализы старинных стекол, узнали, что в общем состав древнего стекла тот же, как и простого оконного стекла в наше время.

В некоторых старинных стеклах найдено значительное количество элемента калия. По-видимому, для приготовления этого стекла служила зола растений. В золе имеется поташ, который теперь применяется при варке стекла.

Стекло в Киевской Руси приготовляли из тонкого речного песка, поташа, полученного из золы растений (обыкновенно из клена, ясеня, вяза или осины), извести, и иногда пользовались и поваренной солью. Для того чтобы стекло легче плавилось, прибавляли в него окислы свинца. Окрашивали стекло только легкодоступными красителями.

Окись меди окрашивала в зеленый и в зеленовато-синий цвет, часто встречающийся в старинных браслетах. Желтый цвет получался при добавлении серы. Фиолетовый — добавлением двуокиси марганца, залежи которого имеются по нижнему течению Днепра.

Та же двуокись марганца, в случае введения ее в небольшом количестве, служила для обесцвечивания стекла. При приготовлении из неочищенного песка стекло получалось полупрозрачным и мутно-зеленым.

Это происходило вследствие содержания в песке малых примесей железа. Двуокись марганца маскировала эту неприятную зеленоватую окраску.

Песок, служащий для приготовления лучших сортов стекла, не должен по возможности содержать железо. Последнее обычно находится в виде окиси на поверхности чистых кристалликов кварца, из которых состоит песок.

Кроме красителей, иногда употреблялись глушители — вещества, делающие стекло непрозрачным. Глушителями служили окись олова и костяная мука.

Во второй половине XVII века в Чехии было получено стекло со значительно большим содержанием извести. Оно даже в толстом слое было почти бесцветным и по блеску напоминало горный хрусталь.

Цепные качества вновь полученного сорта стекла недостаточно проявлялись в тонкостенных выдувных сосудах. Стекло лучше блестело и переливалось радужными искрами в толстых гранях. Но для получения граней приходилось срезать толстые куски стекла, а делать это было невозможно на выдувных тонких сосудах. Поэтому стали выдувать стекло в формы.

Новое, богатое содержанием извести, стекло стали называть хрусталем, по сходству с кристаллами горного хрусталя. Но это не было хрустальным стеклом, которое получается в наше время. Теперь хрусталем называется стекло, содержащее в своем составе до 40 % окиси свинца или свинца и бария. Такое свинцово-баритовое стекло отличается еще большим блеском.

Многие современники Петра I ратовали за освобождение России от ввоза иноземных товаров и доказывали необходимость самим производить разные товары, в том числе и стекло. «Привозят к нам стеклянную посуду, чтобы нам, купив, разбить да бросить. А нам, если заводов пять — шесть построить, то мы все их государства стеклянного посудою наполнить можем», — писал Иван Посошков, известный современник Петра.

Подобные высказывания делались не зря. В начале XVIII века продолжали работать старые стекольные заводы и возникали новые. В первые же годы прихода к власти Петра I «торговый человек гостиной сотни» Яков Романов принялся за строительство стекольного завода на берегу Москвы-реки.

Купец Василий Мальцев построил первую стекольную фабрику в Можайском уезде под Москвой.

В первой четверти XVIII века центр стекольного производства переселился к «Северной Пальмире» — в Петербург. Один завод был основан в Ямбурге, другой — в деревне Жабино, а третий — в самом Петербурге, на реке Фонтанке.

Выделывали эти заводы главным образом граненые изделия: штофы, кубки, рюмки, стаканы из высококачественного бесцветного стекла с разными орнаментами. Это стекло было очень слабо окрашено примесями или двуокисью марганца, которая маскировала его неприятную зеленоватую окраску. И еще выделывалось белое или бутылочно-зеленое стекло, расписанное эмалями.

В Русском музее в Ленинграде до сих пор можно видеть стеклянный колокол, сделанный в 1723 году на ямбургском заводе.

Этот колокол был частью музыкального фонтана, состоявшего из целого набора стеклянных колоколов разного размера и разного звона. Движение воды раскачивало колокола, и они начинали мелодично звенеть.

На многих изделиях — графинах, рюмках и другой посуде того времени — была выгравирована надпись: «придворная». Эта посуда была предназначена только для царского двора. Ее украшали замысловатым гранением и часто в стекло вводили окрашенные нити и пузырьки воздуха. На протяжении всего XVIII века для штофов была характерна четырехугольная форма.

Более дешевое и простое стекло, которым в большинстве случаев пользовались средние классы населения, в основном купечество, расписывали эмалями. Изображали на стекле разных птиц, зверей, цветы. Иногда изображали картины на религиозные темы.

В XVIII веке стеклянная посуда была еще недоступна народу, и все по-прежнему обходились деревянной и глиняной. Стекло было дорого, хотя заводы выпускали лишь бутылочно-зеленое и синее стекло не яркого и не чистого цвета.

Мастера не умели изменять состав стеклянной массы. Они не знали, что делать для получения более чистого, бесцветного и прозрачного или яркоокрашенного стекла.

Стекло, его виды и классификация

Похожие презентации:

Технология перевозочного процесса

Сложные эфиры. Жиры

Физические, химические свойства предельных и непредельных карбоновых кислот, получение

Организация работы и расчет техникоэкономических показателей участка механической обработки детали

Газовая хроматография

Грузоподъемные машины. (Лекция 4.1.2)

Безопасное проведение работ на высоте

Геофизические исследования скважин

Хроматографические методы анализа

Искусственные алмазы

1. Стекло, его виды и классификация

Лекция 1

2. Определение стекла

Согласно научному
определению, стеклом
является всякое аморфное
тело, полученное методом
расплава, которое при
увеличении вязкости
приобретает свойства
твердого тела. При этом
процесс перехода из одного
состояния в другое является
обратимым.

3. Состав стекла

В состав стекла входят обычно три
основных компонента.

• кремнезем или кварцевый песок,
• сода (оксид натрия)
• известь (оксид кальция).
Составляющие соединяются в
определенных пропорциях и плавятся
в печи при температуре до 2500 °С.
Промышленные составы стекол
содержат, как правило, не менее 5
компонентов, а специальные и
оптические стекла могут содержать
более 10 компонентов.

4. Виды стекла

В зависимости от используемых
компонентов в составе шихты, разделяют
следующие виды стекла:
• Кварцевое. Изготавливается из одного
компонента – кварца. Обладает высокими
качествами: устойчиво к высокой
температуре (до 1000 °С) и термоудару,
пропускает видимый и ультрафиолетовый
спектр излучения. Основные сферы
применения – химическая и лабораторная
посуда, части оптических систем, ртутные
лампы и другое.

5. Виды стекла

• Натриево-силикатное (жидкое
стекло). Изготавливается из двух
компонентов, состав стекла –
силикатный песок и сода (1:3).

По
своим свойствам имеет широкое
применение в промышленности в
качестве компонента какого-либо
процесса, но не применяется в других
сферах, изделия из него не
изготавливаются. Основной недостаток
– растворяется в воде.

6. Виды стекла

• Известковое. Самый
распространенный вид
материала, из которого
производится большинство
изделий – листовое стекло,
стеклотара, зеркальное полотно,
посуда и многое другое.

7. Виды стекла

• Свинцовое. В классический состав стекла
добавляется оксид свинца. Свинцовое стекло
отличается повышенными диэлектрическими
свойствами, что позволяет использовать его в
качестве лучшего изолирующего состава в
телевизионных трубках, осциллографах,
конденсаторах и пр. Наличие свинца в
стеклянной массе придает материалу
дополнительный блеск, сверкание, что часто
используется при изготовлении
художественных изделий, посуды и т. д.
Хрусталь – один из видов свинцового стекла.

8. Виды стекла

• Боросиликатное. Добавка оксида бора в
состав материала увеличивает его
устойчивость к термическому удару до 5 раз,
существенно улучшаются химические и
оптические свойства. Боросиликатное стекло
используется для изготовления линз, труб и
лабораторно-химической посуды, изделий
для бытовых нужд. Масштабным примером
использования служит зеркало, созданное на
основе боросиликатного стекла для
крупнейшего в мире телескопа.

9. Виды стекла

• Алюмосиликатное стекло в основном
состоит из оксида алюминия (Al2O3) и
кремния (SiO2). Оно более устойчиво к
образованию царапин, более ударопрочное,
чем обычное силикатное стекло.
• Алюмоборосиликатные стекла.
Стойки к любым реагентам, кроме HF,
крепких щелочей и ортофосфорной кислоты
(при t>150 ОС). Оптически изотропны и
прозрачны

10. Классификация стёкол по назначению

• Строительное стекло
• Тарное стекло
• Сортовое стекло
• Техническое стекло
• Специальное стекло

11.

Классификация стёкол по назначениюСтроительное стекло
Листовое стекло
Архитектурностроительное стекло
• Оконное
• Витринное
• Триплекс
• Защитное
• Солнцезащитное
• Теплоизоляционное
• Другие
• Стеклопакеты
• Блоки
• Профиль
• Облицовочное стекло
• Коврово-мозаичные
плитки
• Пеностекло

12. Классификация стёкол по назначению

Тарное стекло
Узкогорлая тара
Широкогорлая тара
• Бутыли для
пищевых продуктов
• Аптекарские
склянки
• Склянки для
парфюмерии
• Банки
• Бутыли с широким
горлом
• Широкогорлая
аптекарская посуда

13. Классификация стёкол по назначению

Сортовое стекло
• Посуда для сервировки стола
• Посуда для приготовления пищи
• Декоративно-художественные
изделия

14. Классификация стёкол по назначению

Техническое стекло
Оптические стекла
• Линзы
• Призмы
Химически и
термически стойкие
стекла
• Лабораторная
посуда
• Лабораторные
аппараты
• Изделия для
пищевой
промышленности
Электровакуумные
стекла
• Колбы для ламп
накаливания,
светодиодных и
др.

• Колбы для
электронных и
ионных приборов
Светотехнические
стекла
Светофильтры
Сигнальные стекла
Увиолевые стекла
Защитные стекла
Устойчивые к
излучениям

15. Классификация стёкол по назначению

Стекловолокно
• Армирующие сетки
• Стеклообои
• Наполнитель для бетонов
• Утеплитель
• Другое

English Русский Правила

Химический состав и свойства электроламповых стекол | Производство источников света

Сторінка 8 із 67

б) Химический состав и свойства электроламповых стекол.

В производстве источников света широко используются 15—20 наименований стекол. Все они, за исключением кварцевого стекла, многокомпонентные, т. е. в их состав входят три или более различных окислов. Это позволяет изменять в широких пределах свойства стекол. Химический состав основных электроламповых стекол приведен в табл. 1.5.
Входящие в стекло окислы разделяются на следующие группы:

кислотные и стеклообразующие SiO2, В2O3, Р2О5, которые служат основой стекла и без одного из них стекло не может образовываться;
щелочные Na2O и К2O, которые понижают температуру варки и размягчения стекла, уменьшают вязкость и твердость, понижают термическую и химическую стойкость, уменьшают склонность стекла к кристаллизации, повышают электропроводность и температурный коэффициент линейного расширения; .
щелочноземельные СаО и MgO, которые ослабляют некоторые отрицательные свойства, придаваемые стеклу окислами первых двух групп;
окислы тяжелых металлов РЬО и ВаО, которые повышают плотность стекла, придают стеклу блеск, улучшают его электроизоляционные свойства, понижают вязкость и твердость.

Помимо того, в состав стекла для придания ему специфических свойств могут вводиться и другие окислы — алюминия, цинка и т. д.
Некоторые важнейшие свойства электроламповых стекол приведены в табл. 1.6.

Механические свойства.

Стекла отличаются малой прочностью при растяжении и сравнительно большой прочностью на сжатие. Предел прочности при растяжении отожженных стекол колеблется от 35 до 1250 МПа. Механическая прочность стекол повышается при увеличении содержания в нем двуокиси кремния, окислов кальция, бария и бора и уменьшается при увеличении содержания окислов свинца, натрия и калия. Однако прочность стекла больше зависит от размеров, формы, состояния поверхности и режима термической обработки (наличия напряжений), чем от химического состава.

Таблица 1.5. Химический состав стекол

Поэтому специальное повышение механической прочности, т. е. упрочнение стекла, может быть получено несколькими способами; тщательным отжигом, огневой полировкой поверхности, стравливанием поверхностного слоя, нанесением на поверхность стекла за щитных пленок, созданием в поверхностном слое равномерного напряжения путем ионного обмена из газовой или жидкой среды, а также конструктивными приемами.
Твердость электроламповых стекол колеблется в пределах 4—7 единиц по десятибалльной шкале Мооса. Наиболее твердыми являются кварцевое и вольфрамовые стекла, наименее твердыми — свинцовые.
Стекло плохо переносит динамические нагрузки (удары), т. е. оно хрупко. Особенно сильно хрупкость стекла повышается при наличии на его поверхности или в толще микротрещин, напряжений.

Химические свойства.

При производстве источников света и их последующем использовании большое значение имеет стойкость стекол к действию кислот, щелочей, паров некоторых металлов, влаги. К действию большинства кислот стекла, как правило, стойки. Только фосфорная и плавиковая кислоты оказывают на стекла сильное воздействие. Это используется для матирования и очистки силикатных и боросиликатных стекол.
По отношению к щелочам большинство стекол мало стойки. Обычные силикатные стекла нестойки к действию паров щелочных и щелочноземельных металлов. Поэтому в натриевых, цезиевых и некоторых других газоразрядных лампах с парами указанных металлов применяются специальные стекла с нулевым или очень малым содержанием двуокиси кремния.

Под действием влаги стекло способно разрушаться («выветриваться»). При этом происходит гидролиз входящих в состав стекла силикатов щелочных металлов. В результате на поверхности стекла появляются трудно удалимые мутные разводы, стекло тускнеет, теряет прозрачность. При нагревании в пламени газовой горелки «выветренное» стекло еще более мутнеет и кристаллизуется. Качество стеклоизделий резко ухудшается. Иногда удается «выветренное» стекло восстановить путем стравливания поверхностного слоя с помощью плавиковой кислоты.
Хорошо защищают стекло от воздействия влаги при хранении гидрофобные кремний-органические покрытия и парафинированная бумага. Стекла, прошедшие огневую обработку, становятся более устойчивыми.
Химическая стойкость стекла определяется в первую очередь его химическим составом. Все стекла по химической стойкости подразделяются на пять гидролитических классов. Наиболее стойкие стекла относят к первому классу, а наименее стойкие — к пятому.

Термические свойства.

Важнейшими термическими свойствами стекла являются теплоемкость, теплопроводность, температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), стойкость к термоударам и температура размягчения.

Таблица 1.6. Физико-химические свойства и применение электроламповых стекол

Стекла обладают малой удельной теплоемкостью — от 400 до 1000 Дж/(кг-К) и малой теплопроводностью — 3 от 0,7 до 1,3 Вт/(м-К). Теплоемкость имеет значение как фактор, определяющий затраты теплоты на нагрев стекла при его обработке, скорость нагрева и охлаждения. Малая же теплопроводность Стекла является основной причиной неравномерного охлаждения стекла и возникновения в стекле внутренних напряжений.
Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) показывает относительное приращение длины стеклянного образца при его нагреве на один кельвин:

где l — первоначальная длина образца, мм; Δl — приращение длины образца при нагреве, мм; ΔΤ — приращение температуры, К.

От ТКЛР зависит прочность спаев стекол, а также стойкость стекла к резким переменам температур. Он определяется химическим составом стекла. Окислы калия и натрия увеличивают ТКЛР, а двуокись кремния, окислы магния, алюминия и бора — уменьшают его.
В условном обозначении марки стекла указывают значение ТКЛР, измеренное на дилатометрах типа ДКВ, усредненное в интервале температур 20—300 °C и уменьшенное в 107 раз. В производственных условиях ТКЛР обычно контролируется не реже 1 раза в месяц дилатометрическим методом и ежедневно — методом двойной нити по ОСТ 16. 0649.001-74.
Соединение стекол между собой, а также с другими материалами требует знания усредненного значения ТКЛР и его зависимости от изменения температуры.

Стойкость к термоударам — это способность стекла выдерживать максимальные изменения температур без разрушения. Стойкость стекла к термоударам характеризует допустимую скорость охлаждения и нагрева стеклянных деталей и спаев в процессе их производства и эксплуатации. Для большинства электроламповых стекол стойкость их к термоударам (термостойкость) находится в пределах от 120 до 280 °C. Стандартные испытания производятся на стеклянных стержнях определенного размера с оплавленными концами, которые подвергаются соответствующему прогреву и затем погружаются в воду.
Двуокись кремния, окислы алюминия и бора увеличивают термостойкость стекла, а окислы щелочных металлов — понижают. Изделия, имеющие посторонние включения в стекле, большую толщину стенок, резкие переходы от одной толщины к другой, дефекты на поверхности стекла, внутренние напряжения, обладают пониженной термостойкостью. Можно считать, что термостойкость прямо пропорциональна механической прочности стекла и обратно пропорциональна его ТКЛР.
Стекло в отличие от кристаллических веществ не имеет определенной температуры плавления. Поэтому для оценки степени тугоплавкости стекла и для характеристики его поведения при огневой обработке введено понятие о температуре размягчения, тесно связанное с понятием вязкости стекла. Температура, при которой стекло начинает деформироваться под действием собственного веса, называется температурой размягчения.
Ввиду большого значения температуры размягчения в производстве электроламповых стекол ее ежедневно контролируют для двух точек, соответствующих вязкости стекла 1010 и 106,65 Па-с. При изменении температуры вязкость стекла может меняться в очень широких пределах. Знание кривой вязкости (см. рис. 1.2) данной марки стекла имеет большое значение для установления оптимальных режимов обработки стекла путем нагрева, а также оценки возможности его применения.
При варке стекла вязкость стекломассы обычно находится в пределах от 1 до 103 Па-с. Вязкость застывающего стекла при комнатной температуре равна примерно 1015 Па-с. В диапазоне вязкости 103—107 Па-с стекло может подвергаться пластическим деформациям. При этом практически вязкость определяют по цвету размягченной части стекла в рабочем состоянии (кварцевое — ослепительно белое, молибденовое — темно-красное с белым свечением и т. д.).
Большое практическое значение имеет скорость изменения вязкости стекла при изменении температуры. В зависимости от температурного интервала пластического состояния различают «длинные» и «короткие» стекла. У длинных стекол этот интервал больше, чем у коротких.
Электроламповые стекла не должны быть слишком длинными или слишком короткими. Изделия из короткого стекла требуют быстрой выработки и обработки на огне. Чем короче стекло, тем труднее выдержать температуру, соответствующую необходимой рабочей вязкости. У длинных стекол небольшие колебания температуры практически не сказываются на вязкости, поэтому изготовление и обработка изделий из такого стекла легко поддается автоматизации. Однако длинные стекла требуют более продолжительного нагрева в начале огневой обработки и более длительного остывания после окончания ее. Вследствие этого уменьшается производительность оборудования.
Стекла, содержащие значительные количества окислов PbO, Na2O, К2О, ВаО, являются длинными, a SiO2, ZnO, А12O3, MgO — короткими. Одним из наиболее коротких стекол является кварцевое, а одним из наиболее длинных— свинцовое стекло марки СЛ93-1.

Электрические свойства.

При обычных комнатных температурах стекла обладают очень высоким удельным электрическим сопротивлением, которое в зависимости от химического состава имеет значения от 1010 до 1013 Ομ·μ.
Стеклообразующие окислы кремния и бора, а также окислы тяжелых металлов (свинца и бария) улучшают электроизоляционные свойства стекла, а окислы щелочных металлов (натрия и калия)—ухудшают.
С повышением температуры проводимость стекла быстро увеличивается и в интервале 1200—1400 °C стекло становится проводником с ионной проводимостью. При повышенных температурах электрические свойства стекол оцениваются коэффициентом ТК-100, т. е. температурой нагрева стекла, при которой его удельное электрическое сопротивление снизится до 106 Ом-м (100 МОм-см).
Чем выше ТК-100, тем лучше электроизоляционные свойства стекла. Особенно важно иметь большое значение ТК-100 у стекол, используемых для изготовления ножек ламп с большими градиентами потенциала между электродами. Недостаточно высокое значение ТК-100 может в этом случае привести к электролизу стекла ножки между электродами, обусловленному высокой подвижностью ионов лития, натрия и калия. Электролиз особенно опасен в двухсветных автомобильных лампах, имеющих малое расстояние между электродами и высокую температуру ножки (300°C и выше).

Стекло обладает также поверхностной проводимостью, которая во влажной среде может быть больше объемной. Поверхностная проводимость стекол в первую очередь зависит от содержания в стекле щелочных окислов и возрастает при их увеличении. Для устранения поверхностной проводимости стекла обрабатывают гидрофобными веществами (например, парафином, кремний органическими соединениями и т. п.).
Напряжение электрического пробоя стекол находится в пределах 20—30 кВ/мм и сильно понижается при увеличении температуры.

Оптические свойства.

Одним из наиболее важных оптических свойств стекла является его прозрачность, т. е. способность пропускать излучения в заданном диапазоне длин волн. Прозрачность стекла в первую очередь определяется его химическим составом. Обычные электроламповые стекла при толщине 1—2 мм поглощают в видимой части спектра от 6 до 20% света. Пониженное пропускание света обусловлено наличием в стекле красителей, вызывающих избирательное поглощение лучей определенной длины волны. Эти красители в стекле часто малозаметны. Например, поглощение света в кажущихся бесцветными, но слабоокрашенных фактически стеклах вызвано присутствием соединений железа. Особенно сильное поглощение видимого излучения вызывается соединениями двухвалентного железа (закисью железа FeO).
Так как для большинства источников света требуется бесцветное стекло, хорошо пропускающее излучение в видимой части спектра, то предпринимаются все меры для его обесцвечивания. С этой целью ограничивают присутствие в стекле закиси железа, проводя химическое и физическое обесцвечивание стекла и тщательно очищая исходные материалы и т. п.
Прозрачность обычных электроламповых стекол сильно уменьшается при переходе в диапазон инфракрасных и ультрафиолетовых излучений. Поэтому для специальных ламп применяют особые стекла, имеющие высокую прозрачность для инфракрасного и ультрафиолетового излучений. Так, колбочное стекло с хорошим пропусканием ультрафиолетового излучения содержит не более 0,006%, примеси железа и большое количество окислов цинка, бора и алюминия.
Часто применяют окрашенные стекла, имеющие избирательное пропускание в нужной части спектра. Окраску производят введением в состав стекла соответствующих окислов. Стекла, содержащие окись хрома, становятся прозрачными для желто-зеленых и темно-красных лучей и интенсивно поглощают синие и фиолетовые. Примесь сульфида кадмия придает стеклу желтую, а примесь окиси кобальта — синюю окраску. Вводя в состав фосфатных стекол окись кобальта или никеля, получают черные увиолевые стекла, хорошо пропускающие ультрафиолетовое излучение и почти полностью поглощающие видимое. Цветное стекло используют в производстве сигнальных и фотоламп, ламп для медицинских целей некоторых газоразрядных источников света.
Для получения непрозрачных опаловых и молочных стекол в их состав вводят фториды натрия и кальция.
Общее и спектральное пропускание электроламповых стекол может сильно изменяться под действием подающего на них излучения. Этот процесс называется соляризацией стекла. Основной причиной соляризации служит переход под влиянием ультрафиолетового облучения окиси железа в закись. На процесс соляризации влияют также примеси сурьмы, селена, мышьяка и др. Сильно соляризуются мягкие стекла, имеющие в своем составе окислы щелочных металлов. Менее склонны к соляризации стекла с большим содержанием окислов бора, кальция и магния. Установлено, что чем короче длина волны падающего излучения, тем интенсивнее соляризация. Процесс соляризации обратимый: при нагреве стекла до 300—500 °C его прозрачность восстанавливается.

Вакуумные свойства.

Важнейшими из вакуумных свойств стекла являются его газопоглощение (и соответственно газоотдача) и газопроницаемость.
После затвердения стекла в нем остается растворенным некоторое количество газов (двуокись углерода, водород, кислород, азот, окись углерода) и паров воды. В 1 г стекла содержится примерно 1—2 см³ газов и паров воды. Основную массу составляют водяные пары. Особенно богата газами и парами поверхность стекла. Толщина поверхностной пленки газов и паров на стекле составляет 50—100 молекулярных слоев и зависит от состава стекла и условий его хранения. Свинцовые и боросиликатные стекла в значительно меньшей степени поглощают газы. Хранение стекла во влажной среде приводит к повышенному растворению в нем газов и паров воды.
Технологический процесс изготовления источников света предусматривает обезгаживание стекла. Хорошее обезгаживание стекла может быть достигнуто его прокалкой в сухом воздухе или в вакууме. Снижение парциального давления вредных газов в стекле можно получить, выдерживая его в атмосфере рабочего газа лампы (например, аргона). Окончательное обезгаживание стекла всегда проводится при вакуумной обработке ламп.

Типичная кривая газовыделения стекол при нагревании приведена на рис. 1.3. Основную массу выделяющихся газов ∆Q составляют пары воды и меньшую часть — углекислый газ, кислород, азот и окись углерода.
Первый максимум газовыделения при температуре t1(для мягких стекол 50°C) связан с обильным выделением паров воды с поверхности стекла. По мере истощения этого источника газовыделение уменьшается даже при дальнейшем повышении температуры. Однако, начиная с температуры tmin (350 °C для мягких стекол), количество выделяющихся газов вновь резко возрастает за счет их выделения из объема стекла и начала разложения химических соединений самого стекла. Характер кривых газовыделения сохраняется и для других стекол, меняется только количество газов, состав их и положение максимумов на оси температур.

Рис. 1.3. Кривая газовыделения из стекла
Колбы из окрашенного, матированного или натурального цветного стекла, а также колбы с напыленным слоем вольфрама или другого металла при работе ламп нагреваются до более высоких температур и выделяют поэтому большую массу газов и паров воды, чем колбы из прозрачного бесцветного стекла.
Газопроницаемость большинства электроламповых стекол достаточно мала. Наибольшей способностью проникать через стекло обладает гелий, затем водород. С повышением температуры проницаемость стекол для газов несколько возрастает.

Попередня
Наступна

Показатели качества стекла — «Приоргласс»

Показатели качества стекла подлежат обязательному контролю. Каждое изделие, выполненное из этого материала, должно строго соответствовать установленным образцам по своим конструктивно-размерным и функциональным особенностям. Контролируя качество стеклоизделий, можно своевременно выявить и отбраковать предметы, имеющие дефекты стекломассы, выработки или обработки.

К дефектам материала, возникающим во время варки, относятся газовые, прозрачные и кристаллические включения. Недостатками выработки стекла признаются любые неровности, щербины, сколы, кривизна, а также разная толщина полотна. Такие проблемы могут возникнуть во время процедуры формования материала. Выделяют также дефекты, появляющиеся на стеклянных изделиях в процессе обработки. К ним относятся: переправление краев, выгорание пленок и красок, несимметричность рисунков, потеки, царапины, растрескивания.

Изображение №1: дефекты стекла

Свойства и характеристика стеклянной продукции

Свойства и характеристика стеклянной продукции — вопрос, требующий внимательного рассмотрения. Стекло представляет собой твердый аморфный материал, получаемый из силикатных расплавов путем быстрого охлаждения. Все стеклянные изделия по назначению делятся на три большие группы:

бытовые;
архитектурно-строительные;
технические.

Изображение №2: состав стекла

Различают физические и химические свойства стекла. К первой группе относятся:

Плотность. Для различных типов стекол эта величина составляет 2,2 — 6,0 Мг/м³.
Прочность. Показатели при растяжении — 35 до 90 Мн/м², при сжатии — от 500 до 2000 Мн/м²
Хрупкость. Обычное стекло является очень хрупким материалом, понизить этот показатель можно с помощью оксидов МgО и Аl2О3.
Твердость. Для разных видов стекол диапазон составляет от 4,5 до 7,5 по минералогической шкале.
Термостойкость. Для большинства стекол показатель колеблется от 90 до 170 °С.

К химическим свойствам стекла относится его невосприимчивость к действию реагентов и различных сред.

Отдельно выделяют потребительские свойства стеклянной продукции: эргономические, функциональные, эстетические, а также надежность. Согласно этим параметрам, каждое стеклянное изделие должно точно соответствовать своему назначению, иметь рациональную форму, быть долговечным и удобным в использовании.

Оценка уровня качества стеклянной продукции

Оценка уровня качества стеклянной продукции проводится органолептическим (визуальным) и физико-химическими методами. Все предметы, изготовленные из этого материала, должны строго соответствовать международным стандартам. Так, для оценки посуды и декоративных изделий из стекла применяют нормы ГОСТ 30407-96. Согласно требованиям, такие предметы должны быть термически устойчивыми и ровно стоять на горизонтальной поверхности. Изделия, созданные выдувным методом, должны выдерживать температурные перепады 95-70-20 °С, прессованные — 95-60-20 °С. Если на посуду нанесено декоративное покрытие, оно должно быть кислостойким.

На стеклянных изделиях недопустимо наличие сколов, острых граней, сквозных посечек, осыпающихся частиц, инородных включений, вокруг которых появляются трещины. Торцевые поверхности и швы должны быть гладкими. Предельная миграция выделяемых вредных веществ устанавливается органами Госсанэпиднадзора.

Изображение №3: свойства стекла

Как проверить качество стекла

Проверить качество стекла можно, проведя химическую экспертизу. Она позволит с точностью установить вид, тип, состав материала и его свойства:

температуру плавления;
ударостойкость;
условия эксплуатации.

В соответствии с поставленной задачей, эксперт проверяет качество стеклоизделий и их соответствие по следующим параметрам: способу выработки и обработки полотна и его краев, массе, цвету, размеру, форме, вместимости. Выявляется наличие дефектов, отрицательно влияющих на термические, оптические, механические, эстетические и санитарно-гигиенические свойства.

Нормируемые показатели качества стекла

Нормируемые показатели качества стекла рассчитываются в соответствии с требованиями оптической системы. Номинальными значениями являются:

Показатель преломления, коэффициент дисперсии. Устанавливается пять категорий.
Однородность по n_e партии заготовок. Устанавливается четыре класса качества по данному значению.
Оптическая однородность. Характеризуется максимальным расхождением показателей для различных зон стеклянного изделия. Устанавливается шесть категорий однородности.
Интегральный показатель ослабления, коэффициент пропускания. Устанавливается восемь категорий.
Двулучепреломление. Устанавливается пять категорий. Учитывается разность движения лучей при длине волны 550 нм, замеряемой по определенному краю.
Бессвильность. Выделяют две категории стекол по данному показателю.
Пузырность. Классифицируется пятью группами с допустимой совокупной площадью сечений пузырей для каждой.

Изображение №4: показатели качества стекла

Состав стекла, типы стекла

Состав стекла, типы стекла

Связанные сайты: Свойства стекла на GlobalSpec, GlassOnWeb, MatWeb, Glass Global

Общий обзор о стекольном искусстве, истории, науке, литература, общественные науки и технологии доступны в Музее стекла Корнинга (см. в формате PDF, 1,8 МБ). исследование Шотта и развитие обобщили их физические и технические свойства стекла (1,5 МБ). Многочисленное промышленное стекло составы и их свойства включены в «Базу данных свойств высокотемпературного расплава стекла для моделирования процессов».

Составы стекла на этом сайте указаны в молярных процентах (мол.%). Для преобразования мольных % в весовые проценты (мас.%) можно использовать преобразователь состава (Excel, 28 kB).

Композиция из натриево-известкового стекла (тара, флоат-стекло, например, для окон), мол.%

	Типовое тарное стекло	Типовое флоат-стекло	Приблизительные пределы
SiO ₂	74,42	71,86	63-81
Ал ₂ О ₃	0,75	0,08	0-2
МдО	0,30	5,64	0-6
СаО	11. 27	9,23	7-14
Ли ₂ О	0,00	0,00	0-2
На ₂ О	12,9	13.13	9-15
К ₂ О	0,19	0,02	0-1,5
Fe ₂ О ₃	0,01	0,04	0-0,6
Cr ₂ O ₃	0,00	0,00	0-0,2
MnO ₂	0,00	0,00	0-0,2
Со ₃ О ₄	0,00	0,00	0-0,1
TiO ₂	0,01	0,01	0-0,8
СО ₃	0,16	0,00	0-0,2
Se	0,00	0,00	0-0,1

E, D, R композиции боросиликатного стекла (текстильные волокно)

Приблизительный состав стекла Е в мол. %:

	Типовое стекло E	Приблизительные пределы
SiO ₂	56,99	43-74
Б ₂ О ₃	6.12	0-8,5
Ал ₂ О ₃	8,78	6-10
МдО	6,50	0,5-9
СаО	19,64	15-28
На ₂ О	0,61	0-2,5
К ₂ О	0,00	0-0,5
Fe ₂ О ₃	0,13	0-0,3
TiO ₂	0,44	0-1
Ф	0,70	0-2

Свойства стекла E, R и D (от Saint-Gobain Vetrotex) (0,1 МБ)

Состав стекла для телевизионной панели, мол. %

	Типовое стекло для ТВ панели	Приблизительные пределы
SiO ₂	71,93	62-85
Ал ₂ О ₃	1,42	0,5-2,5
МдО	0,00	0-2,7
СаО	0,06	0-4,5
СРО	6,23	0,5-7,5
БаО	4,23	0,5-6,5
Ли ₂ О	0,02	0-1,5
На ₂ О	8,66	6-11
К ₂ О	5,63	4-7
Fe ₂ О ₃	0,02	0-0,02
TiO ₂	0,38	0-0,5
ЦО ₂	0,11	0-0,3
ZrO ₂	0,79	0-2
ПбО	0,00	0-1
ZnO	0,44	0-1,5
Как ₂ О ₃	0,00	0-0,1
Сб ₂ О ₃	0,07	0-0,2
Ф	0,00	0-3

Прочие составы боросиликатного стекла

Боросиликатное стекло с низким коэффициентом расширения, напр. Pyrex ^TM, Kimax ^TM, Duran ^TM или Jenaer Glas ^TM, примерный состав стекла в мол.%:

	Типовое боросиликатное стекло с низким коэффициентом расширения	Приблизительные пределы
SiO ₂	83,34	65-85
Б ₂ О ₃	11.19	8-15
Ал ₂ О ₃	1,33	1-5
СаО	0,03	0-2,5
На ₂ О	4,08	3-9
К ₂ О	0,04	0-2
БаО	0,00	0-1

Боросиликатное стекловолокно, приближенное состав в мол. %:

	Типовое боросиликатное стекловолокно	Приблизительные пределы
SiO ₂	63,51	50-78
Б ₂ О ₃	2,89	2,5-9
Ал ₂ О ₃	2,92	0-4
МдО	5,22	1,5-8
СаО	8,97	5-15
На ₂ О	15,70	12-18
К ₂ О	0,54	0-1,5
Fe ₂ О ₃	0,12	0-0,3
Ф	0,00	0-2,5
СО ₃	0,13	0-0,2

Безщелочной составы стекла

Плоский панельные дисплеи, пример состава стекла в мол. %:

SiO2: 70

B2O3: 10

Al2O3: 10

СаО: 6

ООО: 3

БаО: 1

Твердооксидное стеклокерамическое уплотнение топливного элемента, пример состава стекла в мол.% [1]:

SiO2: 35,0

B2O3: 9,4

ВаО: 35,8

СаО: 12,6

MgO: 0,9

Al2O3: 5,2

ZrO2: 1,2

Плавленый кварц

Стекло из плавленого кварца

представляет собой чистый диоксид кремния (100% SiO2). в некристаллическом состоянии. Его очень сложно изготовить, поэтому самые дорогие из всех очков. Он может выдерживать рабочие температуры до 1200 ^o C на короткие периоды времени.

Состав свинцового стекла

Свинцовые стекла, не содержащие щелочи, для электрических применений, пример состава стекла в мол.% [2]:

SiO2: 62,9

B2O3: 13,6

Al2O3: 2,6

MgO: 10,3

ZrO2: 2,1

PbO: 8,5

Стекла свинцовые для художественных работ (хрусталь), примерный состав стекла в мол. %:

PbO: > 8

…

Свинцовые стекла для трубок термометров, примерный состав стекла в мол. %:

…

Стекло для отходов иммобилизация

Золотое рубиновое стекло

[1] З. Ян, Дж. В. Стивенсон, К. Д. Мейнхардт; «Химические взаимодействия барий-кальций-алюмосиликатных герметизирующие стекла из устойчивых к окислению сплавов», Solid State Ionics 160 (2003), стр. 213� 225 (доступно онлайн на сайте ScienceDirect)

[2] ZQ Zeng, P. Hing: «Подготовка и характеристики теплового расширения стеклянных покрытий для электронных приложений»; Химия и физика материалов, вып. 75, выпуски 1–3, 28 апреля 2002 г., стр. 260–264. (доступен онлайн по адресу ScienceDirect)

Стекло: состав, типы и применение

Стекло представляет собой некристаллическое аморфное твердое вещество, часто прозрачное и находящее широкое практическое, технологическое и декоративное применение, например, в оконных стеклах, посуде и оптоэлектронике. Сначала стекло производилось в Египте. Обычное стекло изготавливается из различных веществ, таких как кремнезем, хлорная известь, оксиды щелочных металлов, оксид кальция (известь) и т. д.

Шакил Анвар Обновлено: 22 марта 2016 г. 09:57 IST

Стекло представляет собой некристаллическое аморфное твердое вещество, которое часто бывает прозрачным и имеет широкое практическое, технологическое и декоративное применение, например, в оконных стеклах, посуде и оптоэлектронике. Сначала стекло производилось в Египте. Обычное стекло изготавливается из различных веществ, таких как кремнезем, хлорная известь, оксиды щелочных металлов, оксид кальция (известь) и т. д. Первоначально стекло производилось в Египте. В основном стекло представляет собой гомогенную смесь силикатов различных щелочных металлов некристаллических и прозрачных или менее прозрачных веществ.

Обычное стекло изготавливается из смеси различных веществ, таких как кремнезем, хлорная известь, оксиды щелочных металлов, оксид кальция (известь) и т. д. Эти составляющие стекла превращаются в мелкий микропорошок, который после плавления плавится в в печах при умеренной температуре и обычное стекло приготавливается подходящим механизмом охлаждения расплавленного или жидкого стекла. Таким образом, обычное стекло представляет собой некристаллическое вещество сверхохлажденного жидкого стекла.

Типы стекла

Жидкое стекло: Производится из соединения силиката натрия (Na ₂ Si0 ₃ ) путем нагревания карбоната натрия и кремнезема. Он растворим в воде.

Фотохроматическое стекло: Это особый тип стекла, которое чернеет в ярком ярком свете, поэтому такие очки используются в качестве светозащиты и средства для облегчения зрения и, следовательно, используются для изготовления глазных линз и защитных очков. Основной причиной черного цвета таких стекол является наличие йодистого серебра.

Стекло Pyrex: Его также называют боросиликатным стеклом. Он имеет некоторые специфические характеристики химической стойкости и более высокую термостойкость.

Свинцовый хрусталь: Это особый тип стекла, который используется для изготовления различных декоративных изделий путем соответствующей отделки, резки и оформления. При разрезании таких стекол оптическое явление полного внутреннего отражения имеет место очень резко, и таким образом получается приятный ослепляющий свет.

Содовое стекло: Его также называют мягким стеклом, которое является хрупким и самым дешевым и наиболее распространенным стеклом. Его очень удобно разбивать, и при изменении температуры в таких стеклах появляются трещины.

Зена Стекло: Это лучшая форма стекла, из которого изготавливаются химические контейнеры и оборудование для научных целей. Это стекло в основном состоит из боросиликата цинка и бария, что обеспечивает мягкость и хорошее качество стекла.

Бесцветное стекло: Производится из силикатов натрия, калия и свинца, которые используются при изготовлении идолов, имеющих культурное значение, дорогого оборудования или устройств из стекла. Такие стекла также используются при изготовлении электрических лампочек, линз телескопов, микроскопов, фотоаппаратов и призм и т. д.

Кроновое стекло: Обычно это натриево-кальциево-силикатное стекло, которое часто используется при изготовлении линз для очков. .

Стекло Crookes: В этом стекле в основном оксид церия (CiO ₂ ), который резко поглощает ультрафиолетовые лучи солнечного света, используемого при изготовлении линз для очков.

Кварцевое стекло: Его также называют кварцевым стеклом, потому что оно получается путем плавления кварца, и через него выходят ультрафиолетовые лучи. Таким образом, он используется при изготовлении колбы ультрафиолетовой лампы, при изготовлении емкостей для химических реагентов, лабораторного оборудования и т. д.0002 Очки

Состав

Использование

Стаканы для содовой

Карбонат натрия, карбонат кальция и диоксид кремния

При изготовлении ламп, бутылок, лабораторного оборудования, домашней посуды

Бесцветное стекло

Карбонат калия

При изготовлении электрических лампочек, линз фотоаппаратов и телескопов и т. д.

Стекло Crooks

Оксид церия и диоксид кремния

При изготовлении линз для очков.

Калийное стекло

Карбонат калия, карбонат кальция и диоксид кремния

При изготовлении стеклянной тары и лабораторного оборудования, стеклянной посуды, нагреваемой до очень высокой температуры.

Стекло пирекс

Силикат бария и силикат натрия

При изготовлении лабораторного оборудования и фармацевтических контейнеров или сосудов.

Краун Стекло

Окись калия, окись бария и диоксид кремния

При изготовлении линз глаз стеклянных.

Свинцовый хрусталь

Карбонат калия, оксид свинца и диоксид кремния

При изготовлении дорогостоящих стеклянных сосудов или сосудов и т. д.

Как окрашиваются очки?

При изготовлении стекол его различные компоненты или составляющие в расплавленном или расплавленном состоянии иногда изменяют (заменяют) или, что более целесообразно, добавляют или добавляют некоторые посторонние вещества, такие как оксиды металлов, после чего стекла окрашиваются. Также различные доступные вещества производят разные цвета в очках. Например; При попадании оксида железа в обычное плавленое стекло получается стекло коричневого цвета. Подобным образом такие вещества, как окись хрома, двуокись марганца, окись кобальта и т. д., при смешивании (соединении) в плавленом стекле получают стекла зеленого, красного и синего цвета. Как правило, для очаровательных цветных стекол используется небольшое количество металлических соединений в расплавленном или расплавленном состоянии с составляющими их компонентами.

Вещество, используемое для окрашивания стекла	Цвет очков
Оксид кобальта	Темно-синий
Хромат натрия или оксид железа	Зеленый
оксид селена	Оранжево-красный
Соль трехвалентного железа или уранет натрия	Желтый флуоресцентный
Золотой хлорид или пурпур кассии	Рубиново-красный
Окись меди, сульфид кадмия	Ярко-красный
Медная соль	Синий павлин
Дихромат калия	Зеленый и зелено-желтый
Марганца диоксид	От синего до светло-оранжевого
Медная соль	Красный
Сульфид кадмия	Желтый, как лимон
Углерод	Коричневато-черный

www. image.ec21.com

Получите последние общие знания и текущие события со всей Индии и мира для всех конкурсных экзаменов.

खेलें हर किस्म के रोमांच से भ выполнительный Химия

ГК для ССК

Влияние состава стекла, рН и температуры на скорость прямого растворения стекла

Реферат

Стекла из ядерных отходов растворяются со скоростью прямого растворения ( r _f ) в очень разбавленных водных растворах, что может изолировать влияние состава стекла от обратной связи растворения и эффектов продуктов изменения. Хотя уже давно известно, что pH и температура ( T ) сильно влияют на r _f , влияние состава стекла остается неопределенным. В этой работе были использованы данные r _f из 19 стекол ядерных отходов с целью выявления влияния состава стекла на р _ф . R _F Моделировали как: R _F = K ₀ 10 ^{— η рН} EXP ( — 728282828928 PH EXP (772828282828928 PH ( — 772828282828928 pH ( — 772828282828928 pH ( — E 28282828928. k ₀ , η , E _a и R , соответственно, представляющие собой собственную константу скорости, коэффициент pH, кажущуюся энергию активации и газовую постоянную. Однако между отдельными параметрами модели (log[ k ₀ ], η и E _a ) и состава стекла для стекол, рассмотренных в этом исследовании, результат, который объясняется сильной положительной корреляцией между log[ k ₀ ] и E _a параметры. Поэтому модель подгонялась сразу к комбинированным r _f из всех 19 стекол. Этот подход показал, что 90% вариации данных r _f можно объяснить исключительно T и эффекты pH. Следовательно, любые композиционные эффекты должны быть относительно небольшими. После нормализации различий в pH и T было обнаружено, что единственные заметные различия в r _f между стеклами коррелируют с вариациями доли стеклообразующих тетраэдров, вносимых тетраэдрическим бором, f (^{[4 ]} B), с резким порогом при высоком значении f ( ^[4] B) (~0,22), где выше r _f прогнозируются без заметных эффектов состава ниже порогового значения.

Введение

Распространенным методом обработки радиоактивных отходов является витрификация, при которой отходы превращаются в стеклянную матрицу, обычно из боросиликатного семейства. ^1,2 В сценариях долгосрочного захоронения отходов стекла наиболее вероятным механизмом выделения радиоактивных и химических веществ из стекла являются реакции с водой. По этой причине взаимодействие воды и стекла было областью обширных исследований. В общем, долговременная устойчивость стекла к водной коррозии, называемая долговечностью стекла, не является неотъемлемым свойством стекла, а скорее является реакцией стекла на ряд изменяющихся факторов окружающей среды. ³ Важными факторами, влияющими на долговечность стекла, являются температура, химические условия в ближней зоне, включая pH и концентрации других видов растворов, а также химический состав самого стекла. ⁴ Из этих переменных только химический состав стекла можно контролировать до его утилизации. Было обнаружено, что скорости коррозии стекла следуют повторяющимся тенденциям: ^3,5,6

Высокая начальная скорость, когда стекло подвергается коррозии в достаточно разбавленных условиях, чтобы избежать обратной связи с раствором — так называемая скорость прямого растворения, r _f , и его часто называют тарифом Stage I.
Низкая скорость коррозии стекла в растворе, сконцентрированном в продуктах коррозии стекла, таких как H ₄ SiO ₄, называемая остаточной скоростью и часто называемая скоростью Стадии II.
Потенциально ускоренная скорость, совпадающая с осаждением компонентов стекла в влиятельные кристаллические фазы, часто называемая скоростью Стадии III.

Предыдущие литературные исследования коррелировали состав боросиликатных отходов стекла с краткосрочными ответами на тесты (например, тест Сокслета, ^7,8 Тест на консистенцию продукта, ^{9,10,11,12,13,14,15,16 ,17} Центр определения характеристик материалов Испытание-1, ^7,9,13 Испытание на гидратацию паров, ^15,17,18,19 или аналогичный) или по долгосрочной норме в статических условиях. ^4,18,20 Но из перечисленных выше характеристических скоростей только r _f не зависит от обратной связи растворенного стекла и материалов ближнего поля. Таким образом, эта скорость находится в центре внимания данной работы, целью которой является выявление внутреннего влияния состава отходов стекла на скорость растворения.

Поскольку известно, что r _f зависит от pH и температуры, следующее уравнение, основанное на работе Аагарда и Хельгесона, ²¹, обычно используется для моделирования скорости прямого растворения стекла, 9{\pm \eta \cdot {\rm{pH}}}\exp \left( {\frac{{ — E _{\rm{a}}}}{{RT}}} \right)$$

( 1)

, где R _F — это скорость растворения (G M ^-2 D ^-1), K ₀ — континирование показателей внутренней скорости (G M ^{–2 9082 0 . −1} ), η — степенной коэффициент pH, E _a — кажущаяся энергия активации (Дж моль ⁻¹ ), R — постоянная идеального газа (~8,314 Дж моль ⁻¹ K ⁻¹ ), а T — абсолютная температура (К). Знак перед η отрицательный для кислотных условий и положительный для щелочных условий.

Наиболее эффективный метод получения параметров в уравнении. 1 заключается в измерении скорости растворения стекла в условиях, достаточно разбавленных, чтобы исключить эффекты обратной связи с раствором при систематическом (и независимом) изменении pH раствора и T . Для достижения этих условий был разработан однопроходный проточный тест (SPFT). ²⁵ См. дополнительную информацию в разделе 1 для краткого сравнения методов. В нескольких случаях данные SPFT использовались для исследования влияния состава на r _f простых модельных стекол или натуральных стекол. В одном из таких исследований Pierce et al. измерено r _f (преимущественно при 40 °C) серии нефелин/малинкоитовых стекол с систематической заменой Al ₂ O ₃ на Al ₂ O ₃ . ²⁶ Эти стекла не оказывали влияния состава на r _f до тех пор, пока не был превышен порог состава (B ₂ O ₃ /Al ₂ O ₃ >1,5). Преодоление этого порога состава также соответствовало наблюдению микродоменов в стекле, отличающихся по составу. Хопф и др. изучали влияние изменения концентрации HfO ₂ в простой стеклянной системе путем измерения r _f при комнатной температуре и рН 9. ²⁷ Наблюдалось значительное влияние HfO ₂, где более высокие концентрации HfO ₂ в стекле соответствовали уменьшению скорости растворения стекла. Другие исследования также показали некоторые зависимости состава r _f силикатных стекол и минералов. ^28,29,30 Все эти исследования касаются составов стекла, выходящих далеко за пределы диапазона, который, как ожидается, будет получен в результате стеклования отходов стекла. Хотя они предоставили ценную информацию, эти исследования были сосредоточены на изменении концентрации одного компонента стекла.

Статистический анализ большого набора данных, охватывающий широкий диапазон составов и включающий данные при нескольких значениях pH и T , необходим для максимизации вероятности надежного выявления корреляций между r _f и составом стекла. По этой причине настоящее исследование сосредоточено на диапазоне доступных данных о боросиликатных ядерных отработанных стеклах. В этом диапазоне составов стекла мы пытаемся статистически определить влияние различных компонентов стекла и структуры стекла на скорость растворения стекла.

В этом исследовании SPFT был применен для измерения r _f тестового стекла (EWG-C) в щелочных растворах (pH( T ) > 7) с систематическим изменением pH и T . Измеренные данные r _f затем были объединены с аналогичными данными по 18 репрезентативным стеклянным отходам, найденным в литературе. Эти 19 стекол представляют собой все стеклянные отходы с данными r _f, измеренными в зависимости как от pH, так и от T , известные этим авторам, и, следовательно, представляют собой наиболее вероятный набор данных, доступных для количественной оценки композиционных эффектов. Измерения r _f другими методами для выбранных стекол сравниваются в разделе 1 «Дополнительная информация». Щелочные растворы были выбраны, потому что для этих условий доступно больше всего данных, поскольку они представляют ожидаемые условия утилизации. Кроме того, реакция log( r _f) на изменения pH является линейной в щелочном диапазоне и, таким образом, позволяет избежать нелинейных реакций, наблюдаемых при r _f измеряется в нейтральном и кислом диапазонах рН. ³¹ Однако рекомендуется проводить аналогичные анализы в диапазоне pH от нейтрального до кислого, когда будет доступно достаточно данных.

Результаты и обсуждение

Результаты этого исследования разделены на несколько подразделов. Сначала представлены результаты тестирования скорости растворения стекла EWG-C, а затем объединенная база данных составов стекла и r _f . Параметры модели скорости ( k ₀ , η и E _a ) подгоняются к данным отдельных стекол r f

. Коэффициенты модели из уравнения 1 соответствуют составу стекла в следующем подразделе. Наконец, объединенные данные r _f для всех 19 стекол соответствуют одновременно pH, T и составу.
Скорость прямого растворения EWG-C
Скорость прямого растворения EWG-C определяли при четырех температурах (22, 40, 70 и 90 °C) и при шести значениях pH раствора при комнатной температуре (7 ≤ pH(22 °C) ≤ 12 с шагом в 1 pH). Чтобы определить экспериментальные условия, при которых стекло растворяется со скоростью прямого растворения, эксперименты проводились в диапазоне отношения скорости потока раствора к площади поверхности стекла (q/S), чтобы определить условия, при которых скорость растворения стекла была почти неизменной. относительно изменения q/S. Соответствующие скорости прямого растворения показаны на рис. 1. Затем параметры модели скорости определяли по результатам испытаний, полученным в диапазоне условий испытаний (линии на рис. 1).
Рис. 1
Нормализованные скорости прямого растворения, r _f , рассчитанные по выбросам B как функция pH при различных температурах. Обратите внимание, что символ × представляет выброс, удаленный во время подбора при 70 °C и pH(T) 8,08
Полноразмерное изображение
Объединенная база данных скорости прямого растворения
Составы стекол, проанализированных в этом исследовании, представлены в таблице 1. Комбинированный , эти данные охватывают значительную часть области состава отходов стекла, включая как высокоактивные радиоактивные отходы, так и низкоактивные радиоактивные отходы со всего мира. Диапазон состава особенно широк для элементов, которые обычно составляют более 5% состава стекла. Например, для Al ₂ O ₃ (1,24–7,54 моль%), B ₂ O ₃ (4,60–17,82 моль%), Na ₂ O (6,55–27,35 моль%), и 4 Si2O2 90 90 39,59–60,10 моль%). С другой стороны, второстепенные элементы, которые обычно составляют менее 5% состава стекла, имеют более непостоянный охват по сравнению с основными элементами, потому что они либо появляются только в избранных составах (например, SnO ₂ и TiO ₂ ) или высокие концентрации одного компонента исключают добавление другого (например, высокое содержание Na ₂ O исключает добавление количества Li ₂ O). Общий охват состава представлен на рис. 2, где показан график мольных процентов компонентов стекла для стекол, использованных в этом исследовании.
Таблица 1 Состав стекол (мол. % оксидов и галогенов)
Полная таблица
Рис. 2
График составов стекол (мольные доли компонентов). «LN ₂ O ₃» представляет собой комбинированные оксиды лантанидов
Изображение в натуральную величину
Измеренные значения r _f, основанные на нормализованном выделении бора, перечислены в таблице 2. См. дополнительную информацию в разделе 2 для сравнения нормализованных скоростей выделения бора и кремния. Данные охватывают диапазоны T , pH( T ) и log[ r _f ] 20–91,1 °C, 5,5–12,98 и −4,31–1,08 log[г м 12 ^{−2 d ^-1 ] соответственно. Одиннадцать точек с pH( T ) < 7 были удалены из 338 данных, представленных в таблице 2.}
Таблица 2 Логарифм (десятичный) скоростей прямого растворения ( r _f ) при различных значениях pH и температуры. R _F находятся в G M ⁻² D ^-1 и T в ° C
Полный размер Таблица
Моделирование первого распределения Парода. ,
η и E _a , модельные параметры уравнения. 1, уравнение было преобразовано в линейную зависимость следующим образом:
$$\log [r_{\rm{f}}] = \log [k_0] + \eta \cdot {\rm{pH}} — E_{\rm{a}} \cdot \frac{{\ log [e]}}{{RT}}$$
(2)
Линейная регрессия была выполнена с использованием JMP™ версии 13.2.1 (SAS Institute, Кэри, Северная Каролина) для показателей, указанных в таблице 2, для получения log[ k ₀ ], η и E _a значения, перечисленные в таблице 3. Выбросы были идентифицированы в этом процессе подбора с помощью студенческих остатков и поправки Бонферрони с p значение 5%. ³² Выбросы отмечены в таблице 2 квадратными скобками (12 из 327 точек данных или 3,7%). Пример подгонки для ISG показан графически на рис. 3. Среднеквадратическая ошибка (RMSE), оценка различий между прогнозируемыми и измеренными значениями, находится в диапазоне от 0,081 до 0,245.
Таблица 3 Подобранные параметры модели скорости ^a , количество наблюдений, R ² и коэффициенты корреляции параметров для набора данных, использованного в этом исследовании
Полноразмерная таблица
Рис. 3
Оценить соответствие модели ISG. a Измеренный и подогнанный log[ r _f (g m ⁻² d ⁻¹ )] в зависимости от pH(T) для каждой из четырех температур испытания (°C). b Прогнозируемый и измеренный log[ r _f ]. Обратите внимание, что символ × представляет выброс, удаленный во время подбора при 40 °C и pH(T) 9,55
Изображение в натуральную величину
Влияние состава на параметры подбора
9n {e_ix_i}$$
(3c)
where k _i , h _i , and e _i are fit parameters for the i ^{параметр композиции th}; x _i — параметр композиции i ^th; n – количество членов композиции в модели. Процедура пошаговой регрессии в JMP использовалась для соответствия этим трем моделям. Рассматриваемые параметры, связанные с составом, включали:
каждая концентрация монооксида,
доля тетраэдрических Al, B и Si – f ( ^[4] Al), f ( ^[4] B) и f ( ^[4] Si) соответственно,
Отношение
расчетного немостикового кислорода на тетраэдры с использованием двух методов (NBO/T и NBO/T’),
мольные доли отдельных и объединенных оксидов щелочных [Alk] и щелочноземельных [AE] оксидов,
по оценкам N ₄ и
сумма мольных долей четырехвалентного оксида (минус SiO ₂ ) ([4 V]).
См. дополнительную информацию в разделе 3 для расчетов основных параметров, связанных с составом.
Были опробованы различные критерии для выбора наиболее подходящих терминов модели. Наилучшие результаты (судя по статистике проверки) были получены при использовании порогового значения p , равного 0,20 (значения p были основаны на среднем ответе). Наилучшее соответствие для трех параметров подгонки модели, показанных в уравнении. 3а, б, в в зависимости от параметров состава стекла приведены в табл. 4. Валидация 92\)). Модель для E _a явно превосходит другие модели со статистической точки зрения. В настоящее время нет текущей теоретической базы или рационализации для выбранных терминов модели. Коэффициенты часто имеют противоположные направления, чем можно было бы ожидать на основе структурных теорий стекла. Это общее несоответствие может объяснить, почему о предыдущих попытках моделировать влияние состава на r _f широко не сообщалось.
Таблица 4 Сводка соответствия состава отдельным параметрам, log[ K ₀], η , E _A
Полный размер Таблица
Это теоризовано, что отсутствие подгонки и широкий диапазон K ₀], 0 ], 0 ], 0 ], 0 ], 0 ], 0 ], 0 ]. и E _a обусловлены сильной корреляцией между уравнением. 1 подходящие параметры, в частности log[ k ₀] и E _a, как недавно сообщалось Neeway et al. ³³ Корреляции параметров соответствия приведены в таблице 3. 80% положительная корреляция между log[ k ₀ ] и E _a свидетельствует о том, что эти параметры не могут быть надежно оценены по этим данным. ISG не уникальна в этом отношении. Коэффициенты корреляции параметров для всех 19 очков перечислены в таблице 3, где показаны корреляции log[ k ₀] − E _a >0,782 для всех подгонок. Положительный знак коэффициента корреляции предполагает, что модель с почти одинаковым представлением данных может быть создана с более высоким логарифмом [9].0327 k ₀ ] до тех пор, пока E _a также увеличивается, как подробно объяснено Neeway et al. ³³ Эта сильная корреляция приводит к почти плоской корреляции между тремя подгоночными параметрами, как показано на рис. 4. На рисунке показано, что параметры модели для всех 19 стекол ограничены почти плоской областью.
Рис. 4
Трехмерный график параметров уравнения скорости, показывающий почти плоское распределение. Показаны два разных поворота графика, чтобы подчеркнуть плоскую взаимосвязь между параметрами модели
Полноразмерное изображение
Другой подход к подгонке уравнения. 1 к данным, будет использовать энергию активации, полученную с помощью расчетов ab initio, и подогнать log[ k ₀] и η к экспериментальным данным. Этот подход эффективно устранит подгонку параметра E _a и позволит провести независимую оценку log[ k ₀] без корреляции, наблюдаемой в полученных здесь подгонках. Однако результатов систематических исследований реакций щелочно-бороалюмосиликатного стекла с водой, достаточных для проведения этого анализа, пока нет (см. обзор Du and Rimsza ³⁴).
Подгонка комбинированных данных
Потенциальные эффекты состава могут быть получены путем подгонки комбинированного набора данных r _f для всех 19 стекол с условиями состава, связанными с каждым из трех параметров. Этот подход можно также использовать для проверки наличия влияния pH на E _a или T на η . Комбинированный набор данных (19 очков, 315 точек данных, перечисленных в таблице 2, после удаления 11 точек, протестированных при pH(T) < 7, и 12 точек, идентифицированных как выбросы в отдельных стеклах) соответствовал уравнению. 2 с JMP. Всего было сделано шесть различных подгонок для определения влияния различных составов и структур стекла. Обоснование и значение каждой подгонки описаны в последующих параграфах. Результаты подборов, включая средние значения параметров и R ² значения представлены в таблице 5.
Таблица 5 Сводка подгонок к комбинированному набору данных и E _a ко всем данным r _f без учета влияния состава (подгонка 1). Результаты показали достаточно хорошее представление данных с несколькими стеклами, являющимися явными выбросами — MT25 (зеленый), MT30 (зеленый) и IDF18-A161 (красный) на рис. 5. В целом соответствие достаточно хорошее, учитывая ~90% вариации данных, что позволяет предположить, что любые эффекты состава относительно невелики (представляя <10% вариации в измеренных r _f ). RMSE составляет 0,323 (150–350% RMSE для отдельных подгонок).
Рис. 5
Измеренное по сравнению с прогнозируемым log[ r _f , г м ^-2 d ^-1 ] подходит для всех составов стекла без влияния состава (подгонка 1). Красные точки обозначают IDF18-A161, а зеленые точки обозначают MT25 и MT30
Полноразмерное изображение
Чтобы определить максимальную степень, в которой состав может объяснить изменение данных r _f, и если этот эффект был связан с log[ k ₀ ], η , и /или E _a модель была подобрана с параметрами идентификатора стекла, которые принимают значение 1 для данных для этого конкретного стекла и ноль для всех других данных (например, все данные для LD6-5412 будут содержать 1 в параметр LD6-5412 и нули в параметрах для IDF18-A161, MT25, MT30 и т. д.) (подгонка 2). Эта подгонка скорректирует все три параметра для каждого из 19очки, если были обнаружены статистически значимые различия (что дает R ² = 0,947 и среднеквадратичную ошибку = 0,231, что является примерно наименьшей ошибкой, которая может быть достигнута с этим набором данных, подходящим для модели в уравнении 2). Результаты этой подгонки показали, что (1) эффекты состава наиболее значительны для log[ k ₀] и (2) единственные значительные эффекты (значение t <0,0625) наблюдаются для стекла IDF18-A161, MT25. и MT30, все из которых показывают значительно более высокие показатели. Для объяснения этого результата можно рассмотреть три возможности: (1) r _f данные для этих трех стекол являются эксперимен в этих очках, имеющих более высокие показатели.
Если удалить три удаленных стекла, влияние на идентификацию стекла не будет статистически значимым, а результирующая подгонка будет достаточно хорошей (соответствие 3) со значениями R ², сравнимыми со значениями модели, связанной с идентификацией стекла, со всеми стеклами и в диапазон индивидуальных значений посадки стекла (см. Таблицу 3). Чтобы определить, находятся ли три отдаленных стекла в отдельной области состава, мы сначала рассмотрим их положение в композиционном пространстве. Два стекла МТ самые низкие в Al ₂ O ₃ и выше в B ₂ O ₃ доступного композиционного пространства. IDF18-A161 является самым низким в SiO ₂ (39,6 моль%) и относительно высоким в B ₂ O ₃ . Текущая теория утверждает, что r _f должны контролироваться путем разрыва бывших сетевых связей. ^35,36 Таким образом, состав стекла рассматривался с точки зрения доли сетчатых тетраэдров, состоящих из алюминия, бора и кремния ( f (^[4] Al), f (^[4] B) и f (^[4] Si) соответственно). На рис. 6 показаны составы стекол, нанесенные на график, чтобы показать расположение в пространстве f (^[4] Al), f (^[4] B) и f (^[4] Si). Существует четкое различие в области составов для трех крайних стекол, в области высоких f ( ^[4] B) (22–30% в зависимости от f ( ^[4] Си)).
Рис. 6
Тройная диаграмма состава стекла в тетраэдрах мольных долей. Красные очки A = IDF18-A161, красные M’s = MT25 и MT30 и P’s = очки от Pierce et al. ³⁸ (красный P* означает NeB4)
Полноразмерное изображение
Чтобы определить, существует ли эффект сглаженной композиции, была подобрана четвертая модель с учетом ряда параметров, связанных с композицией, в том числе (подробности см. в разделе 3 дополнительной информации ):
каждой концентрации монооксида,
f (^[4] Al), f (^[4] B) и f (^[4] Si),
отношение расчетного немостикового кислорода на тетраэдры с использованием двух методов (NBO/T и NBO/T’),
мольные доли отдельных и объединенных оксидов щелочных [Alk] и щелочноземельных [AE] оксидов,
по оценкам N ₄ и
сумма мольных долей четырехвалентного оксида (минус SiO ₂ ) ([4V]).
Руководствуясь пошаговой регрессией и знанием структурных эффектов, были выбраны параметры состава с наибольшим воздействием. Из всех композиционных эффектов f ( ^[4] B) сам по себе является наиболее значимым композиционным параметром. Подгонка 4, учитывающая влияние f ( ^[4] B) на растворение стекла, представлена в таблице 5 и на рис. 7. Эта подгонка близка к подгонке 2 и 3 с R . ² значений выше 0,936 и RMSE = 0,253. Воздействие f ( ^[4] B) нелинейно: небольшой эффект при низких концентрациях и очень положительный эффект выше примерно 0,23 (рис. 7b). В этом наборе данных недостаточно данных, чтобы определить, есть ли сглаженный эффект f ( ^[4] B) на лог[ k ₀ ] или при резком ударе. Однако, как видно на рис. 7, стекло IDF18-A161 с меньшим значением 90 327 f 90 328 (90 820 [4] 90 821 B), чем у МТ-очков, не соответствует предсказанию модели второго порядка.
Рис. 7
Сводка комбинированного состава pH и T ⁻¹ подгонка модели (подгонка 4) a прогноз по сравнению с измеренным log[ r _f ] b 2 pH изолировано Т ^-1 и f ( ^[4] B) влияют на log[ r _f ]. Красные точки обозначают IDF18-A161, а зеленые точки обозначают MT25 и MT30
Полноразмерное изображение
Дополнительная подгонка (подгонка 5) только высоких данных стекла f ( ^[4] B) (IDF18-A161, MT25 , и MT30) приводит к достаточно хорошей подгонке со значениями E _a и η , аналогичной подгонке 3, и постоянному логарифму [ k ₀ ] и отсутствию статистически значимых эффектов композиции. Эти результаты подтверждают предположение о резком изменении r _f при пересечении порога f ( ^[4] B), отмеченного цветными точками на рис. 6. Подгонка 6 дает количественную оценку этого подхода, когда очки по обе стороны от порога подходят к разным log[ k ₀ ] значения с общими значениями E _a и η . Эта последняя подгонка имеет примерно ту же статистику подгонки, что и подгонка с индивидуальными идентификаторами стекла (подгонка 2), и заметно лучше, чем полиномиальная подгонка 4, предполагая, что пороговое разделение стекол объясняет почти полный эффект композиции. Дополнительные подходы к установке см. в разделе 4 дополнительной информации.0327 р _ф данные к составу.
Экспериментальные данные из литературы подтверждают гипотезу о том, что композиционный эффект существует после определенного порогового значения. Пирс и др. ²⁶ измерили r _f серии нефелин/малинкоитовых стекол с систематической заменой Al ₂ O ₃ на Al ₂ × O _3† (NeBglasses). Результаты показали, что r _f был инвариантным для трех нижних стекол B ₂ O ₃ (0–15 моль%; NeB0–NeB3) (обозначены черными буквами «P» на рис. 6). Однако для самого высокого стекла B ₂ O ₃ (NeB4 при 20 моль%) скорость была значительно выше, показанная красной буквой «P *» на рис. 6, что согласуется с результатами, представленными здесь. Отметим, что Пирс и соавт. ²⁶ наблюдали микродомены, связанные с NeB4. Микродомены были богаты Na и B и отличались от микродоменов, богатых Si и Al. Авторы предположили, что относительно растворимые домены Na-B ответственны за увеличение скорости растворения этого стекла. О подобных микродоменах неизвестного состава сообщили Neeway et al. в рентгеноаморфных областях стекла IDF18-A161, использованного для испытаний. ³⁷ Кроме того, в IDF18-A161 было идентифицировано примерно 8,7% по массе кристаллов содалита, в основном на поверхности образца. SPFT-тестирование IDF18-A161 проводилось на участках образца, исключая высококристаллические края. Однако такое количество кристалла алюмосиликата натрия значительно изменит состав остаточного стекла в сторону более высоких значений f ( ^[4] B), что согласуется со стеклами MT и NeB4. О таких микродоменах для MT25 и MT30 не сообщалось, но нельзя исключать возможность того, что микродомены присутствуют в этих стеклах и что эти микродомены способствуют расходящемуся поведению при растворении.
Выводы
Скорость прямого растворения ( r _f ) является мерой скорости коррозии стекла в сильно разбавленных системах. Теоретически эта скорость наиболее чувствительна к составу и структуре стекла, поскольку эффекты обратной связи с раствором сведены к минимуму. Настоящее исследование было проведено для оценки r _f отходов стекла в зависимости от T , рН и состава стекла. Модель учитывает pH и T Воздействие на R _F в щелочных растворах: R _F = K ₀ 10 ^{η ∙ PH ₀ 10 ^{η ∙ ∙ PH _{EXP ^{η ∙ PH}} 10 ^{. . В этом исследовании показано, что эта модель объясняет более 94% вариации измеренных данных log[ r _f] для каждого из 19 протестированных отходов стекла с систематическими вариациями T и pH. Подходящие параметры этого уравнения — log[ k ₀ ], η и E _a — показали относительно широкие различия между стеклами, но не могли быть успешно коррелированы с составом стекла, о чем свидетельствуют низкие значения R ². Мы предполагаем, что отсутствие соответствия составу вызвано высокой корреляцией между параметрами с корреляцией >78% между параметрами log[ k ₀] и E _a. Такие сильные корреляции предполагают, что ни один из параметров не может быть определен однозначно, учитывая масштаб неопределенностей в измеренных r _f данные. Метод выделения log[ k ₀ ] и E _a при подгонке данных r _f заключается в использовании вычислений ab initio E _{a 90, однако результатов недостаточно, еще доступны для отходов стекла.}}}}
Чтобы лучше понять влияние состава на r _f , модели были приспособлены к объединенным данным из литературы и стеклу, протестированному в рамках этого исследования, включая ISG. Примерно 90% вариации измеренных r _f может быть описано моделью (уравнение 2) без учета состава. Было обнаружено, что относительно небольшие композиционные эффекты в первую очередь связаны с параметром log[ k ₀ ] с незначительным влиянием на E _a и η . Максимальное потенциальное влияние состава было определено путем подбора внутреннего диаметра стекла в качестве параметра состава, и было обнаружено, что оно составляет примерно 95 % вариаций измеренных значений 9.0327 r _f данные ( R ² = 0,947 и RMSE = 0,231). Когда r _f подгоняли к составу стекла, было обнаружено, что доля стеклообразующих тетраэдров из ^[4] B ( f (^[4] B)) лучше всего описывает данные. Влияние f ( ^[4] B) оказалось нелинейным со ступенчатой функцией, лучше всего описывающей данные. Это изменение ступенчатой функции подтверждается результатами, найденными в литературе. 9{ — 1})] = \cr \left\{ \begin{array}{l}{\rm{ниже}}\,{\rm{порог}} \Rightarrow 7,09 + 0,421\,{\rm{pH} } _ {(T)} — 76 200 \ frac {{\ log (e)}} {{RT}} \ cr {\ rm {выше}} \, {\ rm {порог}} \ Rightarrow 7,86 + 0,421 \, {\rm{pH}}_{(T)} — 76 200\frac{{\log (e)}}{{RT}}\end{array} \right\}\end{array}$$
( 4)
с той же статистикой подгонки, что и модель, оснащенная идентификаторами стекла ( R ² = 0,947, среднеквадратическая ошибка ошибки = 0,231), что позволяет предположить, что модель учитывает влияние состава в пределах неопределенности этих данных и функциональной формы рН и T зависимость в уравнении 2. К очкам выше порога относятся IDF18-A161, MT25 и MT30. Потребуются дополнительные данные для уточнения порога, который в настоящее время оценивается как f ( ^[4] B) около 0,22. Этот порог согласуется с резким изменением скорости, наблюдаемым Pierce et al. в B ₂ O ₃ — легированные нефелиновые/малинкоитовые стекла. ³⁸ Причина этого порога не может быть определена с помощью представленных здесь данных, но может быть связана с порогом перколяции, как обсуждалось Керисит, ³⁹, или может быть вызвано образованием микродоменов, различающихся по составу, идентифицированных в стеклах IDF18-A161 и NeB4. Систематические исследования для определения микроструктуры и r _f стекол с вариациями f ( ^[4] B) и f ( ^[4] Al) необходимы для установления причины и точного определения расположение порога. Дополнительные попытки моделирования также должны быть направлены на устранение корреляции между log[ k ₀ ] и E _a с оценками E _a из расчетов из первых принципов, как только будет доступно достаточно данных.
Влияние широких областей состава стекла с небольшими вариациями в r _f может свидетельствовать о том, что наиболее сильное влияние состава стеклобоя на скорость растворения связано с эффектами обратной связи растворения. Это утверждение требует дополнительных исследований для проверки.
МЕТОДЫ
Стекло EWG-C было изготовлено путем смешивания отмеренных количеств высушенных карбонатов или оксидов ч. д. а. Смесь плавили при 1150 °C в тигле Pt(10%)Rh в течение 1 ч, после чего расплавленное стекло выливали на чистую пластину из нержавеющей стали. Затем закаленное стекло измельчали в карбид-вольфрамовой мельнице, переплавляли при 1150°С в течение 1 ч и снова выливали на чистую пластину из нержавеющей стали. Затем полученное стекло подвергалось температурному режиму охлаждения по центральной линии канистр (CCC), смоделированному для стекол Hanford ILAW, которые, как ожидается, будут производиться на WTP. ⁴⁰ График CCC состоял из выдержки расплавленного стекла при 1114°C в течение ~20 мин, охлаждения до 1000°C за 16 мин, охлаждения до 900°C в течение 57 мин и охлаждения до 825°C в течение 122 мин. Затем стеклу давали остыть до 600 °C в печи, после чего стекло вынимали из печи и давали остыть до комнатной температуры.
Метод SPFT ²⁵ используется для определения параметров кинетического закона скорости, log[ k ₀ ], E _a и η представлены в уравнении. 1 для всех изученных здесь очков. Тест позволяет измерять скорость реакции при фиксированных pH и температуре теста. Конструкция системы обеспечивает непрерывный поток свежего раствора в реактор, содержащий интересующий материал. Пробы сточных вод периодически собирают при комнатной температуре и анализируют на B, Na, Si и Al с помощью оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES). Конфигурация исключает рециркуляцию выходящего потока и, следовательно, обеспечивает однократный проход через реакционную ячейку (иллюстрация испытательной установки приведена в ссылке 9).0820 24 ). Скорость растворения стекла в фиксированных условиях испытания определяется по трем последовательным концентрациям проб сточных вод, где относительная разница между тремя пробами отличается менее чем на 15 %, с использованием следующего уравнения:
$${\it{r} } _ {\ it {i}} = \ frac {{ {\ mathrm {(}} {\ it {C}} _ {{\ it {i}} {\ mathrm {,}} {\ it {s} }} — \overline C _{{\it{i}}{\mathrm{,}}{\it{b}}}{\mathrm{)}} \cdot {\it{q}}}}{{ {\it{f}}_{\it{i}} \cdot {\it{S}}}}$$
(5)
где C _i,s — стационарная концентрация элемента i (г м ^-3 ), q — расход (м ³ d ^-1 ), f _i — массовая доля элемента в стекле i (безразмерная величина), а S – площадь поверхности стекла, доступная для реакции (м ²). Сначала была проведена серия экспериментов при 40 и 90 °C и pH(22 °C) 9. Значение q/S для испытаний при 40 °C варьировалось от 1,0 × 10 ⁻⁹ до 2,3 × 10 ^−7. м с ⁻¹ (рис. 8а), тогда как q/S для испытаний при 90 °C варьировалось от 1,1 × 10 ⁻⁹ до 4,7 × 10 ⁻⁷ м с 109820 8б). Эксперименты показывают, что стекло растворялось медленнее всего при низких значениях q/S, и скорость увеличивалась по мере увеличения q/S, пока не было достигнуто плато, где скорость растворения больше не зависела от q/S в пределах экспериментальной погрешности (>2 × 10 ^-7 м с ^-1 при 40 °С и >4 × 10 ^-7 м с ^-1 при 90 °С). Информация, полученная в результате этого эксперимента, затем используется для руководства выбором условий скорости прямого растворения для оставшихся комбинаций pH и температуры (точки на рис. 1). Как правило, значения q/S увеличиваются с повышением экспериментальной температуры и рН. ²⁴ Дополнительные сведения об испытаниях приведены в другом месте. ^24,33
Рис. 8
Влияние отношения расхода к площади поверхности (q/S) на нормированную на Al, B, Si и Na скорость растворения стекла ЭВГ-С при pH(22 °C) = 9и a 40 °C и b 90 °C. Ошибки указаны как 2 s.d.
Полноразмерное изображение
Доступность данных
Данные, подтверждающие результаты этого исследования, в основном представлены в статье или в дополнительной информации, любые несообщенные данные можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.
Ссылки
Вена, Дж. Д. Витрификация ядерных отходов в США: последние разработки и варианты на будущее. Междунар. Дж. Заявл. Стеклянная наука. 1 , 309–321 (2010).
Артикул Google ученый
«>
Дональд И. В., Меткалф Б. Л. и Тейлор Р. Н. Дж. Обзор: иммобилизация высокорадиоактивных отходов с использованием керамики и стекла. Дж. Матер. науч. 32 , 5851–5887 (1997).
Артикул Google ученый
Вена, Дж. Д., Райан, Дж. В., Гин, С. и Инагаки, Ю. Текущее понимание и остающиеся проблемы в моделировании долгосрочной деградации боросиликатных стекол из ядерных отходов. Междунар. Дж. Заявл. Стеклянная наука. 4 , 283–294 (2013).
Артикул Google ученый
Джин, С., Боду, X., Анжели, Ф., Жегоу, К. и Годон, Н. Влияние состава на краткосрочную и долгосрочную скорость растворения десяти боросиликатных стекол возрастающей сложности от от 3 до 30 оксидов. J. Некристалл. Твердые вещества 358 , 2559–2570 (2012).
Артикул Google ученый
«>
Джин, С. и др. Международная инициатива по долгосрочному поведению высокоактивных ядерных отходов стекла. Матер. Сегодня 16 , 243–248 (2013).
Артикул Google ученый
Frankel, G. S. et al. Коррозия стекол, керамики и металлов; сравнительный обзор. npj Матер. Степень. 2 , 15 (2018).
Артикул Google ученый
Chick, L. A. et al. Влияние состава на свойства 11-компонентной системы ядерных отходов . Отчет № PNL-3188 (Тихоокеанская северо-западная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 1981 г.).
Фрюжье П., Мартин К., Рибет И., Адвокат Т. и Джин С. Влияние состава на выщелачивание трех стекол ядерных отходов: R7T7, AVM и VRZ. J. Nucl. Матер. 346 , 194–207 (2005).
Артикул Google ученый
«>
Хрма, П. и др. в Ceramic Transactions (ред. Джейн, В. и Палмер, Р.) Vol. 61, 497–504 (Американское керамическое общество, Вестервиль, Огайо, 1995).
Jantzen, C.M., Pickett, J.B., Brown, K.G., Edwards, T.B. & Beam, D.C. Модели процесса/продукта для предприятия по переработке отходов оборонного назначения (DWPF): Часть I. Прогнозирование долговечности стекла по составу с использованием термодинамической гидратации МОДЕЛЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ (ТЕРМО) . Отчет № WSRC-TR-93-0672 (Компания Westinghouse Savannah River, Айкен, Южная Каролина, 1995).
Вена, Дж. Д., Хрма, П., Швайгер, М. Дж. и Ланговски, М. Х. в Ceramic Transactions Vol. 72, (под редакцией Jain, V. & Peeler, DK) 307–316 (Американское керамическое общество, Вестервиль, Огайо, 1996).
Пегг, И. Л. и др. Научные основы обращения с ядерными отходами XII Том. 127, 215–221 (Общество исследования материалов, Берлин, Германия, 1989).
Хрма, П. и др. 9. Отчет № PNL-10359 (Тихоокеанская северо-западная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 1994 г.).
Feng, X. & Pegg, I.L. Модель растворения стекла для влияния S/V на pH фильтрата. J. Некристалл. Твердые вещества 175 , 281–293 (1994).
Артикул Google ученый
Piepel, G. F. et al. ILAW PCT, VHT, разработка модели вязкости и электропроводности: VSL-07R1230-1 . Отчет № ORP-56502 (Государственная лаборатория Витреуса, Католический университет Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2007 г.).
Piepel, G. F. et al. IHLW PCT, шпинель T1%, разработка модели электропроводности и вязкости: VSL-07R1240-4 . Отчет № ORP-56320 (Государственная лаборатория Витреуса, Католический университет Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2008 г.).
«>
Вена, J.D. et al. Модели свойств стекла и ограничения для оценки стекла, которое будет производиться в Хэнфорде, путем реализации текущих усилий по разработке усовершенствованных рецептур стекла . Отчет № PNNL-22631, ред. 1, ORP-58289 (Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 2013 г.).
Вена, Дж. Д., Ким, Д. С., Скорски, Д. К. и Матиас, Дж. Hanford Immobilized LAW Приемочные испытания продукта: резервуары, результаты по области исследования . Отчет № PNNL-13744 (Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 2001 г.).
Мюллер, И. С., Джозеф, И., Перес-Карденас, Ф. К. и Пегг, И. Л. LAW Glass Testing and VHT Model Assessment . Отчет № VSL-08R1410-1 (Государственная лаборатория Vitreous при Католическом университете Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2008 г.).
Рибет С., Мюллер И. С., Пегг И. Л., Джин С. и Фрюжье П. Научные основы обращения с ядерными отходами XXVIII Том. 824, 309–314 (Общество исследования материалов, Сан-Франциско, Калифорния, 2004 г.).
Аагард П. и Хельгесон Х.К. Термодинамические и кинетические ограничения скорости реакции между минералами и водными растворами I. Теоретические соображения. 903:27 утра. J. Sci. 282 , 237–285 (1982).
Артикул Google ученый
Grambow, B. Общее уравнение скорости коррозии ядерных отходов стекла. Матер. Рез. соц. Симп. Процедура . 44 ,15–27 (1985).
McGrail, B.P., Ebert, W.L., Bakel, A.J. & Peeler, D.K. Измерение параметров кинетического закона скорости на боросиликатном стекле Na-Ca-Al для низкоактивных отходов. J. Nucl. Матер. 249 , 175–189 (1997).
Артикул Google ученый
«>
Пирс, Э. М., Родригес, Э. А., Каллиган, Л. Дж., Шоу, У. Дж. и МакГрейл, Б. П. Экспериментальное исследование скорости растворения имитации алюмоборосиликатных отходов стекла в зависимости от рН и температуры в разбавленных условиях. Заяв. Геохим. 23 , 2559–2573 (2008).
Артикул Google ученый
ASTM. Стандартная практика измерения скорости растворения стекла с использованием метода однопроходного проточного испытания. ASTM C1662-10 (ASTM International, West Conshohocken, PA, 2010).
Google ученый
Pierce, E.M., Reed, L.R., Shaw, W.J. & Icenhower, J.P. Влияние отношения Al/B на растворение нефелинового стекла, Na ₃ (Al, B) _1-4 Si ₄ О ₁₆ . Геохим. Космохим. Acta 69 , A781–A781 (2005 г.).
Google ученый
«>
Hopf, J. et al. Взаимодействие стекло-вода: влияние катионов высокой валентности на структуру и химическую стойкость стекла. Геохим. Космохим. Acta 181 , 54–71 (2016).
Артикул Google ученый
Гамильтон, Дж. П., Брантли, С. Л., Пантано, К. Г., Крисченти, Л. Дж. и Кубицки, Дж. Д. Растворение нефелиновых, жадеитовых и альбитовых стекол: к лучшим моделям растворения алюмосиликатов. Геохим. Космохим. Acta 65 , 3683–3702 (2001).
Артикул Google ученый
McGrail, B.P. et al. Структура стекла Na ₂ O-Al ₂ O ₃ ^— SiO ₂: влияние на натрий-ионный обмен в H ₂ O и D ₂ O. J. 903ryst. Твердые вещества 296 , 10–26 (2001).
Артикул Google ученый
«>
Блюм, А.Е. и Стиллингс, Л.Л. в обзорах Скорость химического выветривания силикатных минералов в минералогии (под редакцией Уайт, А.Ф. и Брантли, С.Л.) 291–351 (Минералогическое общество Америки, Шантильи, Вирджиния, 1995).
Страчан, Д. М. Растворение стекла в зависимости от рН и его последствия для понимания механизмов и будущих экспериментов. Геохим. Космохим. Acta 219 , 111–123 (2017).
Артикул Google ученый
Bonferroni, C.E. Теория статистики классов и расчет вероятностей. Pubblicazioni del R Istituto Superiore di Scienze Economiche e Commerciali di Firenze (1936).
Нивей, Дж. Дж., Рике, П. К., Паррузо, Б. П., Райан, Дж. В. и Асмуссен, Р. М. Поведение боросиликатных стекол при растворении в условиях, далеких от равновесных. Геохим. Космохим. Acta 226 , 132–148 (2018).
Артикул Google ученый
Du, J. & Rimsza, JM. Атомистическое компьютерное моделирование взаимодействия с водой и растворения неорганических стекол. Нац. Матер. Деград. 2017 , 1–16 (2017).
Google ученый
Grambow, B. Научные основы обращения с ядерными отходами VIII Vol. 44, 16–27 (Общество исследования материалов, Питтсбург, Пенсильвания, 1985).
Grambow, B. Растворение ядерных отходов: механизм, модель и применение . Отчет № JSS 87-02 (Hahn-Meitner-Institut: Берлин, Германия, 1987 г.).
Neeway, J.J. et al. FY2016 Испытание стекла ILAW на коррозию с однопроходным проточным методом . Отчет № PNNL-26169 (Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 2017 г.).
«>
Pierce, E. M. et al. Экспериментальное определение влияния соотношения B/Al на растворение стекла по линии нефелин (NaAlSiO ₄ )-малинкоит (NaBSiO ₄ ) присоединяюсь. Геохим. Космохим. Acta 74 , 2634–2654 (2010).
Артикул Google ученый
Керисит, С. Н. и Пирс, Э. М. Моделирование методом Монте-Карло растворения боросиликатных и алюмоборосиликатных стекол в разбавленных водных растворах. Геохим. Космохим. Acta 75 (18), 5296–5309 (2011).
Артикул Google ученый
Petkus, L. L. Данные об охлаждении средней линии контейнера с низкой активностью. Отчет № CCN: 074181 (Проект по защите рек, Хэнфордский завод по переработке и иммобилизации сточных вод, Ричленд, Вашингтон, 2003 г.).
Крам, Дж. В. и др. Базовая разработка стекла для комбинированных потоков отходов продуктов ядерного деления: Инициатива по расширенному топливному циклу . Отчет № AFCI-WAST-WAST-MI-DV-2009-000075 (Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория: Ричленд, Вашингтон, 2009 г.).
Папатанасиу, А. и др. Испытание стекла ILAW на утилизацию в IDF: Фаза 1 испытаний . Отчет № VSL-11R2270-1 (Государственная лаборатория Витреуса, Католический университет Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2011 г.).
Мюллер, И. С., Мэтлак, К. С. и Пегг, И. Л. Расширенная корреляция LAW Glass — Фаза 1 . Отчет № VSL-16R4000-1 (Государственная лаборатория Витреуса, Католический университет Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2016 г.).
Мюллер, И. С. и Пегг, И. Л. FY 2015 Испытание стекла ILAW на утилизацию в IDF . Отчет № VSL-15R3790-1 (Государственная лаборатория Витреуса, Католический университет Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2015 г.).
Pierce, E.M. et al. Пакет данных о выпуске бланка отходов для Оценки эффективности комплексного предприятия по удалению отходов 2005 г. . Отчет № PNNL-14805 (Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 2004 г.).
McGrail, B.P. et al. Пакет данных о выпуске формы отходов для оценки эффективности иммобилизованных низкоактивных отходов 2001 г. . Отчет № PNNL-13043, ред. 2 (Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 2001 г.).
Feng, X.D. et al. Оптимизация стекла для витрификации низкоактивных отходов из резервуаров в Хэнфорде . Отчет № PNNL-10918 (Тихоокеанская северо-западная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 1996 г.).
Cassingham, N. et al. Начальные скорости растворения моделируемой смеси UK Magnox-ThORP ядерных отходов стекла в зависимости от pH, температуры и загрузки отходов. Минерал. Маг. 79 , 1529–1542 (2015).
Артикул Google ученый
«>
Мюллер, И. С., Мэтлак, К. С. и Пегг, И. Л. Расширенная корреляция LAW Glass — Фаза 2 . Отчет № VSL-17R4140-1 (Государственная лаборатория Витреуса, Католический университет Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2017 г.).
Фрюжье, П. и др. Кинетика растворения ядерного стекла SON68: современное состояние знаний и основа новой модели GRAAL. J. Nucl. Матер. 380 , 8–21 (2008).
Артикул Google ученый
Jantzen, C.M. Составы стекла и составы фритты, разработанные для DWPF . Отчет № DPST-88-952 (Лаборатория реки Саванна, Эйкен, Южная Каролина, 1988 г.).
Viragh, C., Abramowitz, H., Muller, I.S., Papathanassiu, A.E. & Pegg, I.L.0328 . Отчет № VSL-17R4320-1 (Государственная лаборатория Витреуса, Католический университет Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2017 г.).
«>
Папатанасиу, А., Вираг, К., Мюллер, И.С., и Пегг, И.Л. Отчет № VSL-17R3860-1 (Государственная лаборатория Витреуса, Католический университет Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2017 г.).
Neeway, J.J. et al. FY2017 ILAW Испытание стекла на коррозию однопроходным проточным методом . Отчет № PNNL-27098 (Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 2018 г.).
Скачать ссылки
Благодарности
Эта работа была поддержана Министерством энергетики США. Испытания стекла EWG-C проводились при поддержке Управления по охране окружающей среды. Сбор данных, анализ, моделирование и подготовка документов проводились при поддержке Управления науки фундаментальных энергетических наук в рамках Центра по разработке и проектированию форм и контейнеров для ядерных отходов, исследовательского центра Energy Frontier (награда № DE-SC0016584). ). Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория управляется Battelle для Министерства энергетики по контракту DE-AC05-76RL01830. Беседы и советы от Jincheng Du (UNT), Peter Rieke (PNNL), Scott Cooley (PNNL) и Stephane Gin (CEA) помогли направить это исследование и заслуживают большой признательности. Мэтт Асмуссен, Аманда Лоутер и Ян Ливи (PNNL) помогали в тестировании стекла EWG-C и анализе соответствующих растворов. Денис Страчан (PNNL) внес полезные предложения в проект документа. Брайан Райли (PNNL) помогал создавать и форматировать рисунки. Авторы благодарны Эрику Пирсу (ORNL), Максиму Фурнье (CEA) и Хиро Инагаки (Университет Кюсю) за очень полезные комментарии.
Информация о авторе
Авторы и принадлежность
Тихоокеанская Северо -Западная Национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 99352, США
Джон Д. Виенна, Джеймс Дж. Ниуэй, Джозеф В. Райан и Себэстен Н. Керсит
1111977777777777777777773977773 года
77777777777 год
33333333333397777779 гг. Авторы
John D. Vienna
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
James J. Neeway
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Джозеф В. Райан
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Sebastien N. Kerisit
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Contributions
Все перечисленные авторы внесли свой вклад в написание этой статьи. Дж.Д.В. координировал работу, выполнял моделирование и писал разделы моделирования. Дж.Дж.Н. координировал тестирование EWG-C, собирал данные испытаний из литературы и писал разделы экспериментальных методов и результатов испытаний. Все авторы внесли свой вклад в написание обсуждения.
Автор, ответственный за переписку
Переписка с Джон Д. Вена.
Заявление об этике
Конкурирующие интересы
Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Дополнительная информация
Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.
Электронный дополнительный материал
Дополнительная информация
Права и разрешения
Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы указываете соответствующие права на первоначальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Перепечатка и разрешения
Об этой статье
Дополнительная литература
Структурно-свойственная взаимосвязь и химическая стойкость магнийсодержащих боросиликатных стекол с учетом топологических ограничений
Н. Бисбрук
М. Микуло
Ф. Анджели
npj Деградация материалов (2022)
г.
Микробные взаимодействия с силикатными стеклами
Джейми Л. Уивер
Паула Т. ДеПрист
Роберт Дж. Кестлер
npj Деградация материалов (2021)
Сорок лет оценки долговечности ядерных отходов стекла стандартными методами
г.
Клэр Л. Торп
Джеймс Дж. Ниуэй
Клэр Л. Коркхилл
npj Деградация материалов (2021)
Физические и оптические свойства International Simple Glass
Тиффани С. Каспар
Джозеф В. Райан
Николас Дж. Смит
npj Деградация материалов (2019)
Прогнозирование кинетики растворения силикатных стекол с помощью машинного обучения с учетом топологии
г.
Хан Лю
Тони Чжан
Матье Боши
npj Деградация материалов (2019)
Таблица Т1.
Состав базальтового стекла. Таблица Т1. Состав базальтового стекла.
Таблица T1. Композиция из базальтового стекла.

Идентификация
Геохимическая группа
Оксиды элементов (мас.%)
SiO ₂
TiO ₂
Ал ₂ О ₃
Fe _Всего
MnO
МдО
СаО
На ₂ О
К2О
П ₂ О ₅
С
Всего
RM_1h3 Н 49,94 1,477 15. 022 10.392 0,199 7,617 12.164 2,398 0,08 0,135 0,127 99,552
RM_1J1 50.26 1,46 15.119 10.207 0,178 7.466 12.204 2,483 0,082 0,118 0,119 99,696
RM2_G1 49.995 1,488 15.159 10.261 0,184 7,572 12.189 2,497 0,084 0,12 0,129 99,68
RM2_F2 50.006 1,478 15.195 10.156 0,198 7.611 12.151 2. 501 0,09 0,111 0,122 99,619
RM3C4 пр. 50.012 1,45 15,235 9,942 0,176 7,583 12.078 2,425 0,088 0,086 0,12 99.194
RM 4 H 1 50.12 1,477 15.113 10.271 0,193 7,633 12.285 2.417 0,082 0,114 0,136 99.839
RM_5_D9 50.058 1.501 14.919 10.344 0,2 7,632 12.065 2,496 0,082 0,091 0,127 99.514
RM_5_E3 50. 203 1,458 14,98 10.352 0,191 7,671 12.091 2,489 0,086 0,105 0,124 99.751
RM_5_F6 50,956 1,486 14.275 10.476 0,189 7.704 12.314 2,481 0,086 0,122 0,122 100.21
RM_5_I_12 50.153 1,442 14.721 10.313 0,192 7,668 11.984 2,497 0,086 0,122 0,119 99.297
RM_5_H_2 50.674 1,453 14.896 10.27 0,163 7,695 12. 041 2,479 0,089 0,13 0,128 100.019
КА2 В 3 50.722 1,492 14.892 10.421 0,186 7,542 12.15 2,506 0,087 0,131 0,127 100.255
КА3 Дж 5 50.197 1,44 15.087 10.169 0,189 7,638 12.194 2,465 0,085 0,106 0,126 99,697
КА3 Н 7 50,355 1,457 15.091 10.098 0,185 7,658 12.206 2,452 0,085 0,119 0,131 99,835
КА3 Г 9 50. 277 1,453 15.146 10.268 0,187 7,671 12.113 2,541 0,081 0,124 0,123 99,983
19Р2-16 50.628 1,482 14.614 9.904 0,145 7,594 12.337 2,539 0,082 0,135 0,134 99.909
RM_1I2 М 50.714 1,736 14.616 10.872 0,22 6.71 11.662 2,726 0,107 0,145 0,138 99,645
RM_1F4 50.381 1,73 14.335 11. 285 0,227 6,89 11.589 2,582 0,107 0,148 0,143 99.418
RM_1C2 50,944 1,729 14.354 11.039 0,191 6,991 11.745 2,606 0,11 0,151 0,142 100.002
RM_1C3 50.889 1,688 14.548 10.843 0,192 7.068 11,76 2,561 0,108 0,147 0,147 99,949
RM_1A3 51.406 1,679 14.52 10.871 0,19 7.075 11.801 2,575 0,102 0,125 0,139 100. 484
RM_1B2 50.816 1.709 14.507 10.912 0,193 7.089 11.833 2,561 0,102 0,122 0,134 99,978
RM_1D2 50,923 1,692 14.367 10.923 0,192 7.118 11.775 2,541 0,099 0,154 0,134 99,916
RM_1h4 50.076 1,756 14.721 10,978 0,209 7.124 11.639 2,649 0,098 0,15 0,14 99.541
RM_1C1 50.135 1,743 14. 821 10.866 0,204 7.128 11.643 2,671 0,096 0,158 0,13 99,596
RM_1D3 51.179 1,668 14.429 10.782 0,204 7.138 11.835 2,516 0,093 0,155 0,13 100.128
RM_1G3 50.138 1,677 14.519 10,875 0,206 7.14 11.81 2,525 0,102 0,142 0,141 99.275
RM_1E1 50.911 1,668 14.396 10.788 0,189 7.14 11.867 2. 511 0,104 0,149 0,14 99,861
RM_1C4 50.732 1,687 14.513 10.825 0,195 7.143 11.879 2,539 0,103 0,123 0,142 99.881
RM_1E3 51.13 1,673 14.323 10.775 0,191 7.143 11.889 2.504 0,106 0,138 0,142 100.013
RM_1A2 50.407 1,677 14.542 10.748 0,189 7.145 11.799 2,559 0,097 0,131 0,138 99.431
RM_1E2 50. 704 1,76 14.677 10.827 0,214 7.148 11.638 2,645 0,103 0,148 0,14 100.004
RM_1F2 50.413 1,657 14.469 10.843 0,217 7.151 11.889 2.502 0,099 0,13 0,139 99.507
RM_1G2 50.162 1,783 14.767 10.847 0,216 7.152 11.674 2,638 0,105 0,155 0,137 99,637
RM_1F3 51.029 1,648 14.435 10,79 0,19 7. 156 11.816 2,495 0,099 0,132 0,139 99,929
RM_1F1 50,56 1,655 14.458 10,86 0,202 7.176 11.855 2,532 0,099 0,128 0,138 99,661
RM_1h2 50.355 1,674 14.479 10.911 0,195 7.184 11.803 2,52 0,104 0,156 0,137 99,517
RM_1h5 50.412 1,675 14.413 10.826 0,192 7.186 11.829 2,514 0,109 0,126 0,137 99. 42
RM2_I2 50.313 1,75 14.37 11.014 0,199 7.013 11.714 2,689 0,097 0,174 0,131 99.464
RM_1J3 50.008 1,741 14,99 10.747 0,182 7.032 11.642 2,766 0,101 0,166 0,133 99.509
RM2_A4 50.049 1,752 14.908 10.697 0,182 7.048 11.646 2,774 0,108 0,151 0,142 99.457
RM_1I3 50.43 1,686 14.598 10. 835 0,182 7.061 11.771 2,659 0,094 0,123 0,127 99,567
RM_1J4 49.925 1,752 15.084 10.854 0,201 7.061 11.659 2,816 0,103 0,156 0,14 99.752
RM2_I3 50.176 1,774 14.397 11.031 0,203 7.064 11.706 2.707 0,106 0,149 0,135 99.431
RM_1I4 50,484 1,696 14.677 10.752 0,231 7.073 11.822 2,67 0,091 0,134 0,136 99,765
RM2_A3 50. 457 1,67 14.635 10.633 0,178 7.093 11,84 2.611 0,105 0,124 0,127 99.474
RM_1J2 50.544 1,655 14.624 10,67 0,199 7.098 11.875 2,64 0,095 0,137 0,131 99,667
RM2_E1 50.442 1,688 14.487 10.822 0,191 7.108 11.812 2,643 0,101 0,154 0,132 99,58
RM2_h5 50.352 1,674 14.615 10.764 0,185 7. 108 11,863 2,643 0,103 0,146 0,139 99,592
RM2J2 49.855 1,752 14.836 10.881 0,201 7.117 11,66 2,77 0,098 0,155 0,135 99,46
RM2_D1 49.91 1,761 14.953 10.783 0,211 7.118 11.661 2,779 0,106 0,137 0,133 99.553
RM2J4 50.489 1,681 14.584 10.669 0,201 7.134 11.859 2,637 0,1 0,124 0,133 99. 611
RM2_h4 49.751 1,766 14.943 10,82 0,208 7.155 11.685 2,819 0,113 0,148 0,131 99,539
RM2_G2 50.043 1,661 14.621 10.816 0,196 7.157 11.927 2.611 0,096 0,147 0,135 99.411
RM2_G3 50.164 1,674 14.638 10.786 0,184 7.163 11.82 2,648 0,111 0,132 0,13 99.451
RM2J3 50.02 1,663 14,64 10. 915 0,191 7.168 11.848 2,66 0,104 0,154 0,126 99.488
RM2J1 49,984 1,674 14.536 10.827 0,206 7.181 11.802 2,639 0,104 0,122 0,132 99.206
RM3D5 пр. 50.526 1,712 14.423 10.643 0,199 6,99 11.593 2,574 0,1 0,13 0,126 99.017
RM3F2 пр. 50.61 1.702 14.754 10.714 0,193 6,997 11.597 2,603 0,104 0,118 0,137 99,529
RM3C2 пр. 50.302 1,708 14.457 10.783 0,195 7.007 11.577 2,598 0,101 0,138 0,128 98,995
RM3E5 пр. 51.001 1,658 14.605 10,537 0,212 7.048 11.687 2,579 0,104 0,136 0,136 99.704
RM3G2 пр. 51.359 1,648 15.058 10.423 0,188 7.048 11.716 2,552 0,107 0,132 0,13 100.361
RM3B3 пр. 50.288 1,723 14,93 10.543 0,19 7. 091 11.577 2,73 0,104 0,144 0,13 99,45
RM3C3 пр. 50.592 1,657 14.668 10.416 0,19 7.091 11.673 2,543 0,103 0,114 0,13 99.176
Примечания: Микрозондовый анализ выполнен в Школе наук и технологий об океане и Земле Гавайского университета. Идентификацией является расположение случайно выбранных чипов в пластиковых креплениях. Большинство значений представляют собой среднее арифметическое четырех анализов на чип. * = три анализа на чип. Здесь показана только часть этой таблицы. Полная таблица доступна в ASCII.
Роль состава стекла в поведении стеклоуксуснокислых и стекломолочнокислых цементов
. 2008 фев; 19 (2): 541-5.
doi: 10.1007/s10856-007-0160-z. Epub 2007 10 июля.
Сароаш Шахид ¹ , Р. В. Биллингтон, Дж. Дж. Пирсон
принадлежность
¹ Кафедра биоматериалов в связи со стоматологией, Бартс и Лондонская школа медицины и стоматологии, Лондонский университет королевы Марии, Майл-Энд, Лондон, Великобритания. [email protected]
PMID: 17619992
DOI: 10.1007/с10856-007-0160-з
Сароаш Шахид и др. J Mater Sci Mater Med. 2008 фев.
. 2008 фев; 19 (2): 541-5.
doi: 10.1007/s10856-007-0160-z. Epub 2007 10 июля.
Авторы
Сароаш Шахид ¹ , Р. В. Биллингтон, Г. Дж. Пирсон,
принадлежность
¹ Кафедра биоматериалов в связи со стоматологией, Бартс и Лондонская школа медицины и стоматологии, Лондонский университет королевы Марии, Майл-Энд, Лондон, Великобритания. [email protected]
PMID: 17619992
DOI: 10.1007/с10856-007-0160-з
Абстрактный
Недавно были описаны цементы, изготовленные из стеклоиономерного стекла, прореагировавшего с уксусной и молочной кислотой вместо полимерной карбоновой кислоты. На основании их поведения была выдвинута теория, относящаяся к возможному вторичному механизму отверждения стеклоиономера. Однако везде использовалось только одно стекло (G338). В этом исследовании гораздо более простое стеклоиономерное стекло (MP4) сравнивали с G338. Это дало очень разные результаты. С уксусной кислотой G338 образовывал цемент, который становился устойчивым к воде в течение нескольких часов, как сообщалось ранее, MP4 образовывал цемент, который никогда не был устойчив к воде. С молочной кислотой G338 вел себя так же, как G338 с уксусной кислотой, опять же, как сообщалось, но MP4 давал цемент, который был полностью устойчив к воде при раннем воздействии и необычно становился немного менее устойчивым, если воздействие задерживалось на 6 часов или более. Эти результаты указывают на то, что теории, касающиеся вторичного схватывания при созревании стеклоиономеров, возможно, нуждаются в пересмотре.
Похожие статьи
Стеклоиономерный цемент: источники растворимого фтора.
Уильямс Дж. А., Биллингтон Р. В., Пирсон Г. Дж. Уильямс Дж.А. и соавт. Биоматериалы. 2002 май; 23 (10): 2191-200. doi: 10.1016/s0142-9612(01)00352-0. Биоматериалы. 2002. PMID: 11962660
Прочность сцепления фиксирующих цементов с основными материалами фундамента.
Хьюлетт С., Ваденья Р.О., Манте Ф.К. Хьюлетт С. и соавт. Compend Contin Educ Dent. 2010 март; 31(2):140-6. Compend Contin Educ Dent. 2010. PMID: 20344899
Обзорная статья: Роль алюминия в стеклоиономерных стоматологических цементах и его биологические эффекты.
Николсон Дж.В., Чарнецка Б. Николсон Дж. В. и соавт. J Биоматер Appl. 2009 ноябрь; 24 (4): 293-308. дои: 10.1177/088532820
41. Epub 2009, 8 сентября.
J Биоматер Appl. 2009. PMID: 19737809 Обзор.
Взаимодействие молочнокислых стеклоцементов с водными растворами.
Николсон Дж.В., Чарнецка Б. Николсон Дж. В. и соавт. J Mater Sci Mater Med. 2004 г., 15 февраля (2): 151–154. doi: 10.1023/b:jmsm.0000011816.53955.5e. J Mater Sci Mater Med. 2004. PMID: 15330049
Взаимодействие стеклоиономерных цементов, содержащих винилфосфоновую кислоту, с водой и водным раствором молочной кислоты.
Николсон Дж.В., Чарнецка Б., Лимановска-Шоу Х. Николсон Дж. В. и соавт. J Оральная реабилитация. 2003 г., 30 февраля (2): 160-4. doi: 10.1046/j.1365-2842.2003.00936.x. J Оральная реабилитация. 2003. PMID: 12535142
Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Исследования поверхности стеклянных порошков, используемых в коммерческих стеклоиономерных стоматологических цементах.
Вавжинчак А., Клос Й., Новак И., Чарнецка Б. Вавжинчак А. и соавт. Молекулы. 2021 31 августа; 26 (17): 5279. doi: 10,3390/молекулы 26175279. Молекулы. 2021. PMID: 34500713 Бесплатная статья ЧВК.
Кинетика высвобождения ионов из обычного стеклоиономерного цемента.
Николсон Дж.В., Коулман Н.Дж., Сидху СК. Николсон Дж. В. и соавт. J Mater Sci Mater Med. 2021 16 марта; 32(4):30. doi: 10.1007/s10856-021-06501-1. J Mater Sci Mater Med. 2021. PMID: 33725215 Бесплатная статья ЧВК.
Улучшение механических свойств стеклоиономерных стоматологических цементов: обзор.
Николсон Дж.В., Сидху С.К., Чарнецка Б. Николсон Дж. В. и соавт. Материалы (Базель). 2020 31 мая; 13 (11): 2510. дои: 10.3390/ma13112510. Материалы (Базель). 2020. PMID: 32486416 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Процессы созревания стеклоиономерных стоматологических цементов.
Николсон Дж.В. Николсон Дж.В. Acta Biomater Odontol Scand. 2018 31 июля; 4 (1): 63-71. дои: 10.1080/23337931.2018.1497492. Электронная коллекция 2018. Acta Biomater Odontol Scand. 2018. PMID: 30083577 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Влияние вазелина, светоотверждаемого лака и различных запоминающих сред на прочность на изгиб стеклоиономерных стоматологических цементов.
Горсета К., Главина Д., Скриньярик Т., Чарнецка Б., Николсон Дж.В. Горсета К. и др. Acta Biomater Odontol Scand. 2016 29 марта; 2(1):55-59. дои: 10.3109/23337931. 2016.1160784. Электронная коллекция 2016 декабрь. Acta Biomater Odontol Scand. 2016. PMID: 28642913 Бесплатная статья ЧВК.
Просмотреть все статьи «Цитируется по»
использованная литература
Биоматериалы. 2000 Январь; 21 (1): 97-102 — пабмед
Джей Дент Рез. 1974 ноябрь-декабрь; 53 (6): 1414-9 — пабмед
Биоматериалы. 1991 сен; 12 (7): 658-60 — пабмед
Бр Дент Дж. 1992, 5–19 декабря; 173 (10): 340–2. — пабмед
Биоматериалы. 23 августа 2002 г. (15): 3289-95 — пабмед
термины MeSH
вещества
Влияние композиции боратного стекла на его превращение в гидроксиапатит и на пролиферацию клеток MC3T3-E1
. 2009 г., февраль; 88 (2): 392–400.
doi: 10.1002/jbm.a.31679.
Роджер Ф Браун ¹, Мохамед Н. Рахаман, Агата Б. Двилевич, Вэньхай Хуан, Делберт Э. Дэй, Ядонг Ли, Б. Сонни Бал
принадлежность
¹ Факультет биологических наук, Университет Миссури, Ролла, Миссури 65409, США.
PMID: 18306284
DOI: 10.1002/jbm.a.31679
Роджер Ф. Браун и соавт. J Biomed Mater Res A. 2009 фев.
. 2009 г., февраль; 88 (2): 392–400.
doi: 10.1002/jbm.a.31679.
Авторы
Роджер Ф. Браун ¹ , Мохамед Н. Рахаман, Агата Б. Двилевич, Вэньхай Хуан, Делберт Э. Дэй, Ядонг Ли, Б. Сонни Бал
принадлежность
¹ Факультет биологических наук, Университет Миссури, Ролла, Миссури 65409, США.
PMID: 18306284
DOI: 10.1002/jbm.a.31679
Абстрактный
Стекла с различным содержанием B(2)O(3) получали путем частичной или полной замены SiO(2) в силикатном биоактивном стекле 45С5 на B(2)O(3). Влияние содержания B(2)O(3) в стекле на его превращение в гидроксиапатит (HA) и на пролиферацию клеток MC3T3-E1 исследовали in vitro. Превращение стекол в ГК в разбавленном (20 мМ) растворе K(2)HPO(4) контролировали по потере веса и измерениям рН. Пролиферацию клеток MC3T3-E1 определяли качественно по анализу плотности клеток на границе раздела стекла после инкубации в течение 1 дня и 3 дней и количественно по флуоресцентным измерениям общей ДНК в культурах, инкубированных в течение 4 дней. Более высокое содержание B(2)O(3) в стекле увеличивало скорость превращения в ГК, но также приводило к большему ингибированию пролиферации клеток в условиях статической культуры. Для данной массы стекла в культуральной среде ингибирование клеточной пролиферации уменьшалось при использовании стекол с более низким содержанием B(2)O(3), инкубации клеточных культур в динамических, а не в статических условиях, или путем частичного преобразования стекло к ГК до культивирования клеток.
Похожие статьи
Влияние скорости деградации резорбируемых фосфатных инвертных стекол на пролиферацию остеобластов in vitro.
Брауэр Д.С., Рассел К., Ли В., Хабелиц С. Брауэр Д.С. и соавт. J Biomed Mater Res A. 2006 May; 77(2):213-9. doi: 10.1002/jbm.a.30610. J Biomed Mater Res A. 2006. PMID: 163
Каркасы из силикатного, боросиликатного и боратного биоактивного стекла с контролируемой скоростью деградации для применения в инженерии костной ткани. I. Получение и деградация in vitro.
Фу К., Рахаман М.Н., Фу Х., Лю Х. Фу Кью и др. J Biomed Mater Res A. 2010 Oct; 95(1):164-71. doi: 10.1002/jbm.a.32824. J Biomed Mater Res A. 2010. PMID: 20544804
Влияние новых биоактивных стекол на поведение остеобластов in vitro.
Фоппиано С., Маршалл С.Дж., Маршалл Г.В., Саиз Э., Томсия А.П. Фоппиано С. и др. J Biomed Mater Res A. 1 ноября 2004 г .: 71 (2): 242-9. doi: 10.1002/jbm.a.30159. J Biomed Mater Res A. 2004. PMID: 15372470
Кинетика и механизмы превращения силикатных (45С5), боратных и боросиликатных стекол в гидроксиапатит в разбавленных фосфатных растворах.
Хуан В., Дай, DE, Киттиратанапибун К., Рахаман, Миннесота. Хуан В. и др. J Mater Sci Mater Med. 2006 июль; 17 (7): 583-96. doi: 10.1007/s10856-006-9220-z. J Mater Sci Mater Med. 2006. PMID: 16770542
Синтетические и биологические гидроксиапатиты: вопросы кристаллической структуры.
Левентури Т. Левентури Т. Биоматериалы. 2006 июнь; 27 (18): 3339-42. doi: 10.1016/j.biomaterials.2006.02.021. Epub 2006 7 марта. Биоматериалы. 2006. PMID: 16519933 Обзор.
Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Горизонт регенерации костной ткани, опосредованной экзосомами: всесторонняя роль в инженерии биоматериалов.
Ван В, Лян С, Чжэн К, Гэ Г, Чен С, Сюй И, Бай Дж, Пан Г, Гэн Д. Ван В и др. Матер Сегодня Био. 2022 11 июля; 16:100355. doi: 10.1016/j.mtbio.2022.100355. электронная коллекция 2022 дек. Матер Сегодня Био. 2022. PMID: 35875196 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Боратные биоактивные очки (BBG): регенерация костей, применение для заживления ран и направления на будущее.
Эге Д., Чжэн К., Боккаччини АР. Эге Д. и др. Приложение ACS Bio Mater. 2022, 15 августа; 5(8):3608-3622. doi: 10.1021/acsabm.2c00384. Epub 2022 11 июля. Приложение ACS Bio Mater. 2022. PMID: 35816417 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
In vitro и in ovo влияние ионных продуктов растворения биоактивных силикатных стекол, легированных бором, на жизнеспособность клеток, остеогенез и ангиогенез.
Декер С., Аранго-Оспина М., Редер Ф., Могаддам А., Саймон Р., Мерле С., Ренкавиц Т., Боккаччини А.Р., Вестхаузер Ф. Декер С. и др. Научный представитель 2022 г. 20 мая; 12 (1): 8510. doi: 10.1038/s41598-022-12430-y. Научный представитель 2022. PMID: 35595847 Бесплатная статья ЧВК.
Нагруженный йодом титанат кальция для восстановления костей с устойчивой антибактериальной активностью, приготовленный раствором и термической обработкой.