بررسی اثر ترکیب و عوامل جوانه زا بر قابلیت تبلور و الگوی انتخابی حفره ها در شیشه- سرامیک های سیستم (r2o/ro)-tio2-p2o5
چکیده
هدف از انجام این پژوهش، دستیابی به شیشه-سرامیک های متخلخل در سیستم (r2o/ro)-tio2-p2o5 بوده است به نحوی که دستیابی به مناطقی متخلخل با چیدمانی از پیش تعیین شده و انتخابی به-لحاظ شکل، اندازه و توزیع امکانپذیر باشد. در این راستا، سیستم سه تایی cao-tio2-p2o5 به عنوان سیستم اولیه انتخاب و رفتار حرارتی و تبلور شیشه های متعلق به آن بررسی شد. با توجه به رفتار شیشه-سازی نامناسب ترکیب انتخاب شده، سیستم اولیه به سیستم چهارتایی cao-al2o3-tio2-p2o5 تغییر داده شد و اثر مقادیر مختلف al2o3 بر رفتار تبلور و شیشه سازی شیشه های حاصل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که بر اساس محاسبات hrub?، شیشه حاوی 10 درصد مولی al2o3 (g4)، دارای بیشترین قابلیت شیشه سازی (21/1=kh) می باشد. بنابراین ویژگی های ریزساختاری و رفتار تبلور این شیشه مورد بررسی بیشتر قرار گرفت. در ادامه با هدف حساس به نور ساختن شیشه g4، مقادیر مختلف نقره (15-5/0 قسمت وزنی) به آن افزوده شد و شیشه های حاصل تحت تابش پرتوهای فرابنفش و ایکس با هدف احیای نقره قرار گرفتند. بررسی های انجام شده نشان داد که پرتوتابی قادر به احیای نقره در این شیشه ها نمی باشد. بر این اساس جهت احیا و تشکیل نقره فلزی، شیشه های مذکور مستقیما در اتمسفر هیدروژن در دمای ?c500 و زمان-های مختلف احیا شدند. سپس تاثیر مقادیر مختلف نقره یونی و فلزی بر رفتار حرارتی، تبلور و جذب نور شیشه های حاوی نقره (3-1 قسمت وزنی) قبل و پس از احیا بررسی شد. تشکیل موثر ذرات نقره فلزی در شیشه های احیا شده منجر به کاهش شدید دمای تبلور به میزان بیش از ?c100 شد. با توجه به بلورینگی مناسب پس از تبلور و کاهش شدید دمای تبلور پس از احیا، شیشه حاوی سه قسمت وزنی نقره (s3) به عنوان شیشه بهینه در این مرحله در نظر گرفته شد. نتایج به دست آمده از محاسبات کینتیک تبلور و تعیین عدد آورامی شیشه s3 قبل و پس از احیا، حاکی از تاثیر مثبت ذرات نقره فلزی بر تغییر سازوکار تبلور و تبدیل آن از سطحی به حجمی بود. با عملیات حرارتی تبلور شیشه احیا شده s3 در دمای ?c712 ، فازهای بلورین فسفات تیتانیم کلسیم، متافسفات کلسیم و پیروفسفات کلسیم متبلور شدند. حذف دو فاز بلورین متافسفات کلسیم و پیروفسفات کلسیم به هنگام اسیدشویی، تشکیل تخلخل های کروی شکل با ابعاد حدود 2-1 میکرون را به همراه داشت. سپس برای دستیابی به آرایشی دلخواه از مناطق متخلخل، ابتدا ورود یونهای نقره به شیشه فاقد نقره طبق الگوی دلخواه با استفاده از تعویض یونی بررسی شد. برای القای قابلیت تعویض یونی، از لیتیم و پتاسیم در ترکیب شیشه فاقد نقره استفاده شد. همچنین برای کنترل ورود یون های نقره به مواضع دلخواه شیشه های مذکور طی تعویض یونی، شابلونی از جنس فلز کروم با استفاده از لیتوگرافی روی سطح شیشه چاپ شد. تعویض موثر یون های نقره با پتاسیم در مذاب حاوی نیترات نقره در دمای c? 300 به مدت 2 ساعت صورت گرفت. پس از تعویض یونی در شرایط اخیر و سپس احیا، الگوی مورد نظر از نقره فلزی در سطح شیشه به جا ماند. با اتمام فرایند تعویض یونی و احیای شیشه های لیتوگرافی شده، مناطق مورد نظر طی عملیات حرارتی تبلور به شیشه-سرامیک تبدیل شدند. اسیدشویی ساختارهای لیتوگرافی شده شیشه-سرامیکی و انحلال فازهای بلورین متافسفات کلسیم و پیروفسفات کلسیم در محلول اسیدی، به ساختاری متخلخل با الگویی انتخابی از مناطق متخلخل منجر شد.