Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

For citation: The relationship between the structure of the short-range order and the physico-chemical properties of glasses xNa20*Ba0^(100-2x)B203 / N. M. Barabanov [е al.] // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 42-49. doi:10.37614/2949-1215.2024.15.1.006. Введение Боратные стёкла обладают рядом незаменимых в технологических областях свойств. Так, известно, что боратное стекло является одним из наилучших поглотителей всех типов нейтронов (тепловых, медленных и быстрых), что обусловлено высоким природным содержанием изотопа В10 [1, 2]. Кроме того, такие стёкла отличаются высокой рентгенопрозрачностью, а также имеют перспективы применения в качестве оптических фильтров и оптоволокна [3, 4]. Важным качеством бинарных щёлочно-боратных стекол является широкий интервал стеклования с редкоземельными оксидами, что делает их удобной матрицей для создания ряда твердофазных люминофоров и сцинтилляторов. Кроме того, боратные, по сравнению с боросиликатными стеклами, характеризуются существенно меньшими температурами тепловой обработки, что делает их перспективной заменой существующим матрицам для остекловывания радиоактивных отходов. Однако малая химическая и термическая устойчивость стеклообразного борного ангидрида и бинарных стекол на его основе ограничивает возможности их применения в технологии. Существующая модель боратных стёкол подразумевает, что исходная структура стеклообразного борного ангидрида составлена из плоских треугольников В 0 0 , которые объединяются в трёхчленные циклы — бороксольные кольца. Введение в его состав оксидов щелочных и щелочноземельных металлов приводит к трансформации треугольников бороксольных колец в тетраэдры бора В 0~ , обладающие эффективным зарядом группировки, равным -1 . Формирование тетраэдров бора позволяет боратной сетке развиваться в трёх направлениях пространства, что приводит к росту температуры стеклования (Tg) и снижению коэффициента термического линейного расширения (ТКЛР) [5-7]. При этом известно, что существование трёх тетраэдров в пределах одного кольца невозможно, и поэтому начиная с определённой концентрации щелочного или щелочноземельного оксида вместо тетраэдров формируются треугольники с немостиковыми атомами кислорода, что приводит к обратным тенденциям для Tg и ТКЛР. Такая нелинейная зависимость свойств боратного стекла от содержания оксидов модификаторов названа борной аномалией. Между структурой ближнего порядка боратного стекла и его свойствами существует зависимость, которую обычно выражают через долю четырёхкоординированного бора (N4) [8]. Этот параметр не является исчерпывающим для объяснения свойств боратного стекла, однако экспериментально определяем и удобен для количественного анализа. Разработка перспективных составов боратных стёкол требует понимания корреляции между их структурой, составом и свойствами. Бинарные щелочные и щелочноземельные боратные стёкла исследованы подробно, в то время как данных о более сложных тройных системах имеется крайне ограниченное количество. В связи с чем в настоящей работе по данным ИК-спектроскопии были определены тенденции в изменениях структуры и установлена зависимость доли N4 от состава стёкол одного из разрезов тройной системы Na 2 O-BaO-B 2 O 3 , а также показана связь между структурой исследованных стёкол и их физико-химическими характеристиками. Экспериментальная часть Боратные стекла синтезировали из разреза концентрационного треугольника, содержащего равные количества щелочного и щелочноземельного оксида с общей формулой xNa 2 O^xBaO - ( 1 0 0 - 2 x)B 2 O 3 . Составы полученных образцов представлены в таблице. Для синтеза шихту, состоящую из Na2CO3 (ч. д. а.), BaCO3 (ч. д. а.) и H 3 BO 3 (ч. д. а.) и предварительно перемешанную, нагревали в платиновом тигле до температуры 1200 °С и выдерживали в течение 2 ч с дальнейшей отливкой на стальную изложницу и последующим отжигом при 450 °С для фиксации низкотемпературной равновесной структуры. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 42-49. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 42-49. © Барабанов Н. М., Тюрнина Н. Г., Тюрнина З. Г., Поволоцкий А. В., Полякова И. Г., 2024 43