Детальная информация

Данная работа посвящена созданию стеклокристаллических материалов на основе стекла литиевоалюмосиликатной системы состава (мол. %) 12 Li2O, 24 Al2O3,64 SiO2 с 9 мол.% TiO2 в качестве нуклеатора объемной кристаллизации, введенными сверх 100 % основного состава, и исследованию его свойств. Были получены как прозрачные, так и непрозрачные стеклокристаллические материалы. В зависимости режима термообработки в ситаллах формировались различные кристаллические фазы: β-кварцевый твердый раствор (обеспечивающий низкое значение коэффициента термического расширения, β-сподуменовый твердый раствор, тиалит (Al2TiO5), полиморфные модификации диоксида титана (анатаз и рутил). Исследовано влияние окислительно-восстановительных условий синтеза на процессы фазовых превращений, структуру и спектральные свойства титансодержащих ситаллов с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгенофазового анализа, спектроскопии комбинационного рассеяния света, оптических спектров поглощения, сканирующей электронной микроскопии и дилатометрии. Показано, что прозрачные стеклокристаллические материалы демонстрируют широкополосное поглощение в спектральной области от 450 нм до 1250 нм, обусловленное октаэдрически координированными ионами Ti3+ и интервалентными переходами Ti3+ ↔ Ti4+ в различных кристаллических фазах и остаточном стекле. При кристаллизации шпинели обнаружено структурирование полосы поглощения в области 2700–3300 нм, обусловленной присутствием в стекле ОН-групп. Это структурирование связано с вхождением ОН-групп в нанокристаллы шпинели. Стеклокристаллические материалы на основе наноразмерных кристаллов со структурой шпинели имеют коэффициент термического расширения 5,19 · 10-6 К-1, материалы на основе β-кварцевого твердого раствора 0,82 · 10-6 К.

This work is devoted to the development of the glass-ceramics formed from the lithium aluminum silicate glass (mol. %) 12 Li2O, 24 Al2O3,64 SiO2 with addition of 9 mol. % TiO2 as a nucleating agent, introduced above 100 % of the basic composition, and the study of its properties. Transparent and opaque glass-ceramics have been obtained. Depending on the heat treatment regime, various crystalline phases were formed in the glass-ceramics: β-quartz solid solution (providing a low coefficient of thermal expansion), β-spodumene solid solution, tialite (Al2TiO5), and polymorphic modifications of titanium dioxide (anatase and rutile). The influence of redox synthesis conditions on the processes of phase transformations, structure, and spectral properties of titanium-containing glass-ceramics was investigated using differential scanning calorimetry, X‑ray diffraction analysis, Raman spectroscopy, optical absorption spectra, scanning electron microscopy and dilatometry. It is shown that transparent glass-ceramics exhibit broadband absorption in the spectral range from 450 nm to 1250 nm due to the octahedrally coordinated Ti3+ ions and intervalent Ti3+ ↔ Ti4+ transitions in various crystalline phases and residual glass. During crystallization of spinel, the structuring of the absorption band in the region of 2700–3300 nm was has been found due to the presence of OH-groups in the glass. This structuring is associated with the entry of OH-groups into spinel nanocrystals. Glass-ceramics based on spinel nanocrystals have thermal expansion coefficient equal to 5,19 · 10-6 К-1, and ones based on crystallization of β-quartz solids solutions have thermal expansion coefficient equal to 0,82 · 10-6 К-1.