Фазовое разделение и свойства стекол системы MgO–CaO–Fe ₂O₃–Al₂O₃–В₂O₃–SiO₂

Проведен синтез и исследование модельных стекол системы MgO–CaO–Fe₂O₃–Al₂O₃–SiO₂, которая является базовой для получения непрерывного базальтового волокна. Получены систематизированные данные по влиянию компонентов на структуру стекол и последовательность процессов фазового разделения, протекающих при их термической обработке. Показано, что при фазовом разделении кристаллические фазы выделяются в следующей последовательности: магнетит–пироксен–плагиоклаз с преобладанием анортитовой составляющей. Проведено модифицирование стекол системы MgO–CaO–Fe₂O₃–Al₂O₃–SiO₂ путем введения В₂O₃ и показана активная роль данного компонента в процессах стеклообразования и кристаллизации. Установлено соотношение стеклообразующих и модифицирующих компонентов модельных стекол, при которых достигается повышение показателей прочности стекол от 110 до 180 МПа. На основании исследования технологических свойств модельных стекол и прочностных характеристик определены компоненты для модифицирования базальтовых стекол с целью повышения показателей прочности волокна.

1. Höland, W. Glass-ceramic technology / W. Höland, G.H. Beall. – Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2012. – Р. 182–186. https://doi.org/10.1002/9781118265987

2. Basalt fibers / Volkan Acar [et al.] // Fiber Technology for Fiber-Reinforced Composites / Edited by M. Özgür Seydibeyoğlu, Amar K. Mohanty, Manjusri Misra. – Woodhead Publishing (Elsevier Ltd.), 2017. – Р. 169–185. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101871-2.00008-4

3. Jones, F. R. 19 - The structure and properties of glass fibers / F. R. Jones, N. T. Huff // Handbook of Properties of Textile and Technical Fibres / ed. A. R. Bunsell. – Woodhead Publishing, 2018. – Р. 757–803. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101272-7.00019-5

4. Джигирис, Д. Д. Основы производства базальтовых волокон и изделий / Д. Д. Джигирис, М. Ф. Махова. – М.: Теплоэнергетик, 2002. – 412 с.

5. Влияние ZrO2 на щелочестойкость и механические свойства базальтовых волокон / Я. В. Липатов [и др.] // Неорган. материалы. – 2012. – Т. 48, № 7. – С. 858–864.

6. Влияние оксида алюминия на свойства базальтовых непрерывных волокон / С. И. Гутников [и др.] // Журн. неорган. химии. – 2009. – Т. 54, № 2. – С. 223–228.

7. Манылов, М. С. Влияние модификации базальтового сырья на условия кристаллизации волокон: автореф. дисс. ... канд. хим наук : 02.00.21 / М. С. Манылов. – М., 2013. – 27 с.

8. Influence of boron-containing components on processing of basalt melts and glasses / Yu. G. Paulukevich [et al.] // International Symposium on Boron: Proceeding book, Turkey, 17–19 April 2019. – P. 509–514.

9. Влияние электронного состояния ионов железа на физико-химические свойства железосодержащих стекол / Н. И. Минько [и др.] // Физ.-мат. методы в исследовании свойств строительных материалов и в их производстве. – М., 1982. – С. 140–147

10. Tatarintseva, O. S. Effect of iron oxides on the proneness of synthesized basaltic metals toward fiber formation / O. S. Tatarintseva, N. N. Khodakova, T. K. Uglova // Glass and Ceramics. – 2012. – Vol. 69, N1-2. – Р. 71–74. https://doi.org/10.1007/s10717-012-9417-1

11. Structural origin of CaO–MgO–Al2O3–SiO2–Fe2O3 glass crystallization: Iron-containing clusters / M. Zhao [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2020. – Vol. 547. – P. 120295 (8 р). https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.120295

12. Korwin-Edson, M. L. Strength of High Performance Glass Reinforcement Fiber / M. L. Korwin-Edson, D. A. Hofmann, P. B. McGinnis // International Journal of Applied Glass Science. – 2012. – Vol. 3, N 2. – Р.107–121. https://doi.org/10.1111/j.2041-1294.2012.00089.x

13. Raman spectra and surface structure of CaO–Fe2O3–Al2O3–SiO2 glass leached in potassium hydroxide solutions / W. Zheng [et al.] // Glass Physics and Chemistry. – 2014. – Vol. 40, N 6. – Р. 600–610. https://doi.org/10.1134/s108765961406011x

14. Гутников, С. И. Влияние оксида алюминия на свойства базальтовых стекол и волокон на их основе : автореф. дис. ... канд. хим наук : 02.00.21 / С. И. Гутников. – М., 2013. – 24 с.

15. Manara, D. Advances in understanding the structure of borosilicate glasses: A Raman spectroscopy study / D. Manara, A. Grandjean, D. R. Neuville // American Mineralogist. – 2009. – Vol. 94. – P. 777–784. https://doi.org/10.2138/am.2009.3027

16. Лебедева, Г. А. Классификация петрургического сырья / Г. А. Лебедева, Г. П. Озерова, Ю. К. Калинин. – Л.: Наука, 1979. – 120 с.