Изучено влияние добавки калиевой формы кремнефосфорносурьмяного катионита (К:КФС-катионита) в солевую ванну нитрата калия на величину сжимающих напряжений на поверхности натриевокальциевомагниевосиликатного стекла. Напряжения сжатия формируются в результате низкотемпературного ионного обмена Na+ (стекло) – K+ (расплав соли). Исследованы два типа калиевой селитры: технической марки Б и химически чистой марки х.ч. Для определения распределения сжимающих напряжений в поверхностном слое стекла использовали метод волноводной спектроскопии, с помощью которого измеряли профиль двойного лучепреломления и рассчитывали профиль напряжений. Для измерения микротвердости применяли микротвердомер ПМТ-3. Показано, что введение К:КФС-катионита в расплав нитрата калия приводит для двух марок селитры к улучшению условий ионного обмена, по сравнению с расплавом соли без катионита, – к повышению величины сжимающих напряжений, глубины ионообменного слоя и микротвердости. Увеличение сжимающих напряжений по отношению к исходному стеклу после ионного обмена с добавкой катионита составило 155 МПа для марки Б и 450 МПа – для марки х.ч. Увеличение микротвердости по отношению к исходному стеклу составило 120 % для марки Б и 240 % – для марки х.ч. Катионит существенно улучшает условия ионного обмена для технической калиевой селитры марки Б. Введение катионита в расплав солевой ванны является перспективным направлением в технологии ионного обмена, применяемой для повышения механической и термической прочности стеклоизделий. Особенно такой технологический подход актуален на производстве по упрочнению стекла, где используется более дешевая техническая калиевая селитра.
Алхалаби Хадиль – аспирантка, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО», Санкт-Петербург, Россия
Дмитрий Вячеславович Марасанов – канд. физ.-мат. наук, ведущий инженер, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО», Санкт-Петербург, Россия
Николай Валентинович Никоноров – канд. физ.-мат. наук, ведущий профессор, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО», Санкт-Петербург, Россия
Мария Александровна Синякова – канд. хим. наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет», Санкт-Петербург, Россия
Галина Георгиевна Черник – канд. хим. наук, генеральный директор, ООО «Актив-нано», Санкт-Петербург, Россия
1. Puche-Roig A., Mart?n V. P., Murcia-Mascar?s S., et al. Float glass colouring by ion exchange // J. Cult. Herit. 2008. V. 9. P. 129 – 133.
2. Izawa T., Nakagome H. Optical waveguide formed by electrically induced migration of ions in glass plates // Applied Physics Letters. 1972. V. 21, No. 12. P. 584 – 586.
3. Gut K., B?ahut M. Influence of ion exchange process parameters on broadband differential interference // Sensors. 2023. V. 23, No. 13. P. 6092.
4. Никоноров Н. В. Влияние ионообменной обработки на физико-химические свойства поверхности стекол и волноводов // Физика и химия стекла. 1999. Т. 25, № 3. С. 271 – 308.
5. Zhang Y., Li B., Li D., et al. Microstructure, cytocompatibility, and chemical durability of chemically strengthened LAS (Li2O–Al2O3–SiO2) glass-ceramic materials // Journal of the European Ceramic Society. 2022. V. 42, No. 13. P. 6110 – 6118.
6. Бургааф А. Механическая прочность щелочно-силикатных стекол после ионного обмена // Прочность стекла; под ред. В. А. Степанова. М.: Мир, 1969. C. 238–339.
7. Бутаев А. М. Прочность стекла. Ионообменное упрочнение.Махачкала, 1967. 226 с.
8. Kistler S. S. Stresses in glass produced by nonuniform exchange of monovalent ions // Journal of the American Ceramic Society. 1962. V. 45. P. 59 – 68.
9. Глебов Л. Б., Евстропьев С. К., Настай Е. Г. и др. Двойное лучепреломление в планарных волноводах, полученных ионообменным способом на цирконосиликатных стеклах // Физика и химия стекла. 1989. Т. 15, № 2. С. 261 – 264.
10. Глебов Л. Б., Никоноров Н. В., Петровский Г. Т. Запись информации в фотохромных планарных волноводах // Автометрия. 1988. № 5. С. 33.
11. Gy R. Ion exchange for glass strengthening // Materials Science and Engineering: B. 2008. V. 149, No. 2. P. 159 – 165.
12. Свиридов С. И., Тюрнина З. Г., Тюрнина Н. Г. и др. Ионообменное формирование щелочно-силикатных стекол с пористой структурой // Физика и химия стекла. 2017. Т. 43, № 1. С. 41 – 49.
13. Глебов Л. Б., Евстропьев С. К., Никоноров Н. В. и др. Планарные оптические волноводы в стекле, образованные ионообменной диффузией цезия // Журнал технической физики. 1989. Т. 59, № 6.
14. Patschger M., R?ssel C. Sodium/potassium ion exchange of a soda–lime–silica float glass: mechanical strength, hardness, stress profile and thickness of the ion exchanged layer // Glass Technology-European Journal of Glass Science and Technology Part A. 2015. V. 56, No. 5. P. 163 – 170.
15. Пат. РФ на изобр. 2579043. Способ упрочнения стекла / Ю. И. Машир, Р. В. Микуло, А. Н. Ситкин и др. Опубл. 27.03.2016, Бюл. № 9.
16. Микуло Р. В., Солинов В. Ф., Синякова М. А. и др. Кремнефосфорно-сурьмяные иониты и их использование в ваннах упрочнения стекла // Стекло и керамика. 2016. № 8. С. 10 – 14. [Mikulo R. V., Solinov, V. F., Sinyakova, M. A., et. al. Silicon-Phosphorus-Antimony Ion Exchangers and Their Use in Glass Hardening Baths // Glass Ceram. 2016. V. 73. No. 7–8. P. 283 – 287.]
17. Tien P. K., Ulrich R., Martin R. J. Modes of propagating light waves in thin deposited semiconductor films // Appl. Phys. Lett. 1969. V. 14, No. 9. Р. 261 – 294.
18. White J. M., Heidrich P. F. Optical waveguide refractive index profiles determined from measurement of mode indices: a simple analysis // Applied optics. 1976. V. 15, No. 1. P. 151 – 155.
19. Chiang K. Construction of refractive-index profiles of planar dielectric waveguides from the distribution of effective indexes // Journal of Lightwave Technology. 1985. V. 3, No. 2. P. 385 – 391.
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
700
DOI: 10.14489/glc.2025.02.pp.047-054
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
