磷酸铁玻璃体系部分的结构特征和性质
迄今为止许多人都对磷酸盐玻璃进行了研究,但其较差的化学耐久性,磷酸盐玻璃的技术应用相当有限,已知的几种具有高耐水腐蚀性能的玻璃,它们的特性(低熔点、高热膨胀系数、生物活性、光学特性等)使这些玻璃成为许多技术应用的重要潜在候选者。
研究发现,引入氧化物,从而提高磷酸盐玻璃的化学耐久性,玻璃与某些类型的核废料的协同作用表明,可能存在比硼硅酸盐玻璃腐蚀速率更低的废料形式,具有高化学耐久性,与硼硅酸盐玻璃相比,磷酸铁玻璃被认为是某些类型核废料玻璃化的更好候选者。
比较钴和铁的抑制腐蚀效果,研究系列表明,当钴含量增加时,结构会发生变化,并导致从正磷酸盐聚合到焦磷酸盐基团的重要趋势,这是化学耐久性提高的根源,磷酸盐玻璃是通过直接熔化来制备的O(钴纯度 43% - 47%)具有适当比例的混合物。
将试剂充分粉碎,然后放入瓷坩埚中,它们首先在300℃下加热2小时,然后在500℃下保持1小时以完成分解,将反应混合物加热至850℃。1小时,最后在1080℃下30分钟,将均匀液体倒入预先加热至 200°C 的铝盘中以避免热冲击。
获得直径约5至10毫米、厚度约1至3毫米的颗粒,将样品用碳硅砂纸(具有足够高的 CSI)抛光,用丙酮清洁并浸入含有 100 ml 蒸馏水的耐热玻璃烧杯中并加热至 90°C,样品表面必须连续 21 天持续浸没在蒸馏水中。
根据作为时间函数的质量损失来评估溶解速率,所研究的磷酸盐玻璃的红外光谱在 400 至 1600 cm 的频率范围内测定使用傅里叶变换红外光谱仪,最后将样品研磨并与 KBr(溴化钾)混合,KBr 在红外光谱中是透明的,可用作模板。
玻璃态首先从光泽和透明度方面得到证实,用于测量以邻苯二甲酸盐为浮动介质的玻璃的密度,通过配备全系统微量分析仪 (EDX-EDAX) 的扫描电子显微镜 (SEM) 对样品玻璃的微观结构进行了表征。
实验证实,当玻璃中 CoO 含量增加时,焦磷酸基团数量增加,而不利于偏磷酸基团,其中,振动带分别指定为焦磷酸基团的伸缩振动模式与偏磷酸基团的振动模式,正如预期的那样,X 射线衍射证实了所有研究的玻璃样品的玻璃质特征。
磷酸盐玻璃研究,表明玻璃化转变温度和结晶温度与 CoO 含量的关系,解释了高热稳定性,这些光谱显示了,从正磷酸盐和低聚磷酸盐相到以焦磷酸盐为主的低聚磷酸盐相的结构演变,与S4的XRD图案。
玻璃系列通过在1080℃下直接熔化制备,这些玻璃的结构和化学耐久性已使用密度、X 射线、DTA、衍射、红外和扫描电镜等多种技术进行了研究,对所有玻璃溶解速率的研究表明,当 CoO 含量增加而损害,化学耐久性会得到改善。
玻璃化磷酸盐的比质量(密度)随着摩尔分数的增加而增加,根据计算的氧的共价半径值表明,金属-氧-磷 (Co-OP) 的增强程度相对较高键,红外光谱分析表明,磷酸盐玻璃中 CoO 含量的增加不利于化合原子。
结果导致形成低聚磷酸基团大部分焦磷酸盐以正磷酸盐和偏磷酸盐和/或环状偏磷酸盐基团为代价,对在 502°C 至 663°C 之间退火 72 小时的玻璃进行 X 射线衍射分析,证实随着 CoO 含量的增加,结晶相向富含焦磷酸盐的低聚磷酸盐相演变。
这种现象的解释是,碱离子是主要的改性剂氧化物,它通过产生从过磷酸盐链到偏磷酸盐、焦磷酸盐和更短的孤立正磷酸盐链的越来越短的链,很容易使玻璃体网络解聚,这种加剧的解聚导致形成大量容易水合的键,从而大大降低玻璃的化学耐久性。
研究了磷酸盐玻璃(0 ≤ x ≤ 25; mol%)的结构和性能,磷酸盐样品玻璃的结构主要由低聚磷酸盐、单元组成,并且CoO导致Q 0单元向Q 1单元的转化,通过增加玻璃网络中CoO含量来提高玻璃化转变温度,从而提高热稳定性。
提高玻璃化转变温度可以提高化学耐久性,SEM显微照片表明,随着CoO的增加,微晶明显减少,导致玻璃浴和微晶之间存在相对较大的平衡,更好地了解磷酸盐玻璃结构对于行业开发技术玻璃以实现良好的性能非常重要。
参考文献
1.《磷酸盐玻璃在水溶液中的溶解》
2.《IOP 会议系列:材料科学与工程》
3.《系统玻璃体部分的结构和耐久性研究》
4.《磷酸铁 (III) 玻璃的精加工和结构研究》