Уплотнение в прозрачных стеклах SiO2, полученных искровым плазменным спеканием

Том 12 научных докладов, номер статьи: 14761 (2022 г.) Цитировать эту статью

1442 Доступа

3 цитаты

Подробности о метриках

В последнее время привлекательным методом получения твердотельной керамики стало искрово-плазменное спекание (ИПС). Поскольку SPS представляет собой низкотемпературный процесс под давлением, важно изучить влияние температуры и давления на структурные свойства приготовленных образцов. В настоящей работе мы исследовали корреляцию условий получения с физическими и структурными свойствами SiO2-стекл, полученных методом ИПС. По сравнению с обычным стеклом SiO2, стекла SPS-SiO2 обладают более высокой плотностью и модулем упругости, но имеют меньшую высоту первого острого дифракционного пика общего структурного фактора рентгеновских лучей. Спектры микро-КРС и микро-ИК свидетельствуют об образовании гетерогенных областей на границе раздела порошков SiO2 и графитовой матрицы. Учитывая наблюдаемое в спектрах оптического поглощения дефектообразование, реакция восстановления в основном влияет на уплотнение стекла SPS-SiO2. Следовательно, реакция на границе раздела важна для настройки структуры и физических свойств твердотельных материалов, полученных методом ИПС.

Керамика привлекла внимание с точки зрения функциональных материалов с превосходной термической стабильностью и химической стойкостью. Учитывая Цели устойчивого развития (ЦУР), производство функциональных материалов важно не только с научной, но и с экологической точки зрения. Поскольку прозрачная керамика используется для различных оптических применений, доступные методы изготовления и материалы исследуются во всем мире. Синтез традиционной керамики требует энергии, и безэнергетический процесс производства является важным аспектом ЦУР. Одним из методов подготовки для получения прозрачных материалов является искрово-плазменное спекание (ИПС)1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. В отличие от традиционных методов синтеза керамики, процесс SPS позволяет спекать при более низкой температуре и в более короткое время за счет использования электрической энергии и высокой энергии плазмы разряда1. Хотя размер получаемого твердого тела ограничен, спекание при высоком давлении и низкой температуре привлекательно для получения новых функциональных материалов, таких как люминофоры7,8,9,10.

Сообщалось, что свойства твердых материалов, полученных методом SPS, отличаются от свойств обычных материалов или материалов, полученных обычным спеканием. Поскольку метод SPS был разработан для изготовления материалов, функциональность кажется главным приоритетом для исследователей. Детальные исследования физических и структурных свойств важны не только для анализа материалов, но и для совершенствования методики ИПС. Тем не менее, микроскопический структурный анализ с помощью спектроскопии считается второстепенным по сравнению с исследованием функциональности.

Стекло SiO2 использовалось в качестве основного оптического материала с высокой прочностью и химической стабильностью в оптических волокнах и подложках. Из-за высокой температуры, используемой при изготовлении, было предпринято несколько попыток изготовить стекло SiO2 при низких температурах; к ним относятся жидкофазные методы (такие как золь-гель) и SPS. О стекле SiO2, полученном компанией SPS, впервые сообщалось в 1990-х годах. Также сообщалось о люминесценции SiO2-стекла, содержащего активаторы, полученные спеканием7,8,9,10. Поскольку SiO2-стекла, полученные разными методами, проявляют разные свойства для разных целей и применений, очень важно исследовать взаимосвязь между структурой и физическими свойствами полученного SiO2-стекла. Однако детальное изучение структуры стекла SPS-SiO2 отсутствует. В данной работе мы провели структурный анализ SiO2-стекла, полученного методом ИПС, и сравнили его характеристики с характеристиками обычного SiO2-стекла. Кроме того, методом пространственно-селективного микроскопического анализа была определена пространственная неоднородность стекла SPS-SiO2.