CC BY
2
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 2
УДК 544.016:546.87
ПОЛИАМОРФИЗМ ОКСИДНЫХ ВИСМУТСОДЕРЖАЩИХ РАСПЛАВОВ
Т. В. Бермешев1, А. М. Бакин2, В. П. Жереб1' 2*
1 Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79
2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: vpzhereb@rambler.ru
Представлены экспериментальные результаты, указывающие на протекание в оксидных висмутсодержащих расплавах фазовых переходов первого рода.
Ключевые слова: полиаморфизм, оксидные висмутсодержащие расплавы, метастабилъные состояния.
POLYAMORPHISM OF OXIDE BISMUTH-CONTAINING MELTS
T. V. Bermeshev1, A. M. Bakin2, V. P. Zhereb1, 2*
'Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: vpzhereb@rambler.ru
Experimental results are presented that indicate the occurrence of first-order phase transitions in oxide bismuth-containing melts.
Keywords: polyamorphism, oxide bismuth-containing melts, metastable states.
Как сообщает C. A. Angell [1] "Термин «полиаморфизм» был предложен Вулфом, чьи исследования механизмов аморфизации под давлением в Fe02 были наиболее тщательными в данной области; G. H. Wolf и др., В журнале «Исследования высокого давления: применение к наукам о Земле и планетам», Y. S. Manghnani и M. H. Manghnani (Американский геофизический союз, Вашингтон, округ Колумбия, 1992), стр. 503-517."
По-видимому, впервые, в [2] высказано предположение о полиаморфизме содержащего оксид висмута расплава, в частности, расплава состава 0,40Bi203-0,60B203 и о связи полиаморфизма с явлением метастабильности расплава. Авторы этой работы по результатам исследования влияния времени отжига (старения) (с 15 до 220 мин) расплава состава 0,40Bi203-0,60B203 при постоянной температуре - 850 °С на закаленные при постоянной температуре стекла обнаружены значительные изменения в конечных свойствах стекла -плотности, скорости ультразвука и температуры стеклования. Результаты рентгено-флуоресцентного анализа подтвердили неизменность состава исследованных стекол. Авторы указывают на наличие некоторых необычно медленных структурных релаксаций в расплавах висмут-боратного стекла даже при повышенных температурах 850 °C, в результате чего расплав переходит из термодинамически хрупкого аморфного состояния высокой плотности в аморфное состояние низкой плотности, которое является кинетически более прочным.
Секция «Концепции современного естествознания»
Одна из версий образования метастабильных фаз при кристаллизации перегретых до температурной зоны С расплавов в системах Bi2O3 - GeO2 и Bi2O3 - SiO2, а также в других системах, аналогичных системам на основе оксида висмута (III), таких как PbO и т.п. (эта версия все более убедительная, учитывая высказываемые давно предположения о микрогетерогенности бинарных и многокомпонентных расплавов) [3].
Влияние расслаивания - появление микрогетерогенного (более точно -"наногетерогенного") расплава, которое во многих случаях в расплавах металлических, некоторых солевых, и во многих оксидных системах использовали для объяснения природы аномалий на температурных зависимостях свойств (вязкости, плотности, поверхностного натяжения и т.п.) и их гистерезиса при нагревании и охлаждении, в случае оксидных висмутсодержащих расплавов может получить новое развитие. Сопоставляя работы Попеля и др. по микрогетерогенности [4] с обнаруженным в [5-7] с помощью ПЭМ микрорасслаивания висмут-германатных и висмут-силикатных стекол, а также показанное в [3-5] макрорасслаивание метастабильного расплава, после его выдержки при температурах зоны С.
Применение концепции полиаморфизма [1, 2] для интерпретации природы температурных зон [8, 9] в бинарных оксидных системах, содержащих Bi203 и оксиды германия и кремния, позволяет существенно расширить модель строения расплавов этих систем и интерпретировать многие, ранее не находившие объяснения эффекты. Прежде всего, сказанное относится к интерпретации аномального изменения вязкости этих расплавов, а также к природе метастабильных состояний, реализующихся в этих системах.
Библиографические ссылки
1. Angell C.A. Formation of Glasses from Liquids and Biopolymers // Science. New Series. 1995. Vol. 267. No. 5206. P. 1924-1935.
2. Khanna A., Sawhney K.J.S., Tiwari M.K., Bhardwaj S., Awasthi A.M. Effects of melt ageing on the density, elastic modulus and glass transition temperature of bismuth borate glasses // Journal of Physics: Condensed Matter. 2003. Vol. 15. No 40. P. 6659-6670.
3. Бакин A.M., Жереба В.П., Оборин Л.А. Особенности симметрии пространства жидкого состояния вещества // Журнал СФУ. Техника и технологии. 2012. Т. 6. № 5. С. 686-689.
4. Попель П.С., Баум Б.А. Термодинамический анализ одной из причин металлургической наследственности // Изв. АН СССР. Металлы. 1986. № 5. С. 47-51.
5. Dahlborg U., Kramer M.J., Besser M. et al. Structure of molten Al and eutectic Al-Si alloy studied by neutron diffraction // Journal of Non-Crystalline Solids. 2013.Vol. 361. No 1. P. 63-69.
6. Calvo-Dahlborg M., Popel P.S., Kramer M.J. et al. Superheat-dependent microstructure of molten Al-Si alloys of different compositions studied by small angle neutron scattering // Journal of Alloys and Compounds. 2013. Volume 550. No 15. P. 9-22.
7. Popel P., Dahlborg U., Calvo-Dahlborg M. On the existence of metastable microheterogeneities in metallic melts // Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. 192. No 01. P. 2012
8. Zhereb V.P., Skorikov V.M. Metastable States in Bismuth-Containing Oxide Systems // Inorganic Materials. 2003. Vol. 39. Suppl. 2. P. S121-S145.
9. Жереб В.П. Метастабильные состояния в оксидных висмутсодержащих системах. М.: МАКС Пресс, 2003. 162 с.
© Бермешев Т. В., Бакин А. М., Жереб В. П., 2020
