Введение.
Основной разновидностью аморфного состояния веществ в природе является стеклообразное состояние. Это твердое, однородное, хрупкое, в той или иной степени прозрачное тело с раковистым изломом. По своей структуре стеклообразное состояние занимает промежуточное положение между кристаллическими веществами и жидкими. С давних пор стекло и стеклоподобные материалы нашли применение в нашей жизни. В данной исследовательской работе будет рассматриваться получение стеклообразующих систем на основе Bi и их применения для изготовления флюсов.
В большой степени строение и свойства стеклообразных систем относятся ко флюсам так как сами флюсы это легкоплавкие стекла служащие полуфабрикатами в керамической промышленности. Они, как правило, применяются для изготовления надглазурных керамических красок для фарфора, фаянса, стекла. Температуры плавления и физико-химические свойства красок весьма разнообразны.
Так как сам краситель представляет собой смесь флюса и пигмента, причем основную массу занимает флюс ( от 85 до 99% в зависимости от необходимой интенсивности и оттенка получаемой краски), а после обжига краска представляет собой цветную пленку стекла можно сказать, что готовый продукт будет в большей степени иметь практически все свойства которыми обладает стеклообразный флюс.
Общие сведения о керамических флюсах.
Флюсы для керамических целей представляют собой легкоплавкие свинцовые, борносвинцовые, щелочные борносвинцовые и другие стекла.
Обычно по химическому составу и температуре флюсы подразделяются на три группы. По физическим свойствам флюсы являются типичными телами, однако в них искусственно можно вызывать кристаллизацию.
Для каждого пигмента необходимо подобрать такой флюс, который бы соответствовал ее свойствам и не действовал разрушающе на краситель. Состав флюса также должен быть согласован с составом глазури так, чтобы коэффициенты термического расширения их были весьма близки, иначе после обжига краска будет отслаиваться или давать трещины.
Основными материалами для получения флюсов являются: кварц, полевой шпат, пегматиты, каолин, мел, барит, бура, борная кислота, сода, поташ, сода и.т.п.
Для получения кислотоупорных красителей в настоящее время применяют флюсы, содержащие 0,1-0,15 мол% Al2O3.
Материалы входящие в состав флюсов подвергают тщательной сортировке, очистке, промывке и сушке. Учитывая высокую прочность некоторых материалов их перед размолом подвергают обжигу, а затем резкому охлаждению.
Дальнеший этап изготовления связан с плавкой смеси, помолом и дальнейшим изготовлением красителя.
Стеклообразное состояние.
Все вещества, находящиеся в стеклообразном состоянии обладают несколькими общими физико-химическими характеристиками. Типичные стеклообразные тела:
изотропны, т.е. свойства их одинаковы во всех направлениях;
при нагревании не плавятся, как кристаллы, а постепенно размягчаются, переходя из хрупкого в тягучее, высоковязкое и, наконец, в капельножидкое состояние, причем не только вязкость, но и другие свойства их изменяются непрерывно
расплавляются и отвердевают обратимо. То есть выдерживают неоднократный разогрев до расплавленного состояния, а после охлаждения по одинаковым режимам, вновь приобретают первоначальные свойства ( если не произойдет кристаллизация или ликвация.
Обратимость прессов и свойств указывает на то, что стеклообразующие расплавы и затвердевшее стекло являются истинными растворами, ибо обратимость знак истинного раствора. Определение стекла как переохлажденной жидкости вытекает из способа получения стекла. Для перевода кристаллического тела в стеклообразное состояние его необходимо расплавить и затем переохладить снова.
Переход вещества из жидкого состояния в твердое при понижении температуры может происходить двумя путями: вещество кристаллизуется либо застывает в виде стекла. По первому пути могут следовать почти все вещества. Однако путь кристаллизации обычен только для тех веществ, которые будучи в жидком состоянии, обладают малой вязкостью и вязкость которых возрастает сравнительно медленно, вплоть до момента кристаллизации. К таким веществам безусловно можно отнести и оксид висмута, который в чистом состоянии практически не образует стекол, поэтому создание стеклообразующих систем на его основе долгое время было трудной задачей.
Сопоставление понятий “свойство-состав” стеклообразных систем показывает, что большинство свойств в первом приближении можно разделить на две группы - простые и сложные. К первой группе относятся свойства, находящиеся в сравнительно несложной зависимости от молярного состава и поэтому поддающиеся количественному расчету, например: молярный объем, показатель преломления, средняя дисперсия, термический коэффициент линейного расширения, диэлектрическая проницаемость, модуль упругости, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности.
Ко второй группе относятся свойства гораздо более чувствительные к изменению состава. Зависимость их от состава сложна и часто не поддается количественным обобщениям. Таковы: вязкость, электропроводность, скорость диффузии ионов, диэлектрические потери, химическая стойкость, светопропускание, твердость, поверхностное натяжение, кристаллизационная способность и др. Расчет этих свойств возможен лишь в частных случаях.
На свойства первой группы различные компоненты оказывают соизмеримое воздействие, которое можно выразить теми или иными критериями одного порядка.
Свойства второй группы в решающей мере зависят от концентрации щелочей или от концентрации каких либо других избранных компонентов.
К особой группе свойств следует отнести прочностные характеристики стекол. Влияние состава на прочность стеклянных изделий, исключая стеклянное волокно, обычно трудно выявимо, так как более важную роль играют другие факторы, обусловленные внешними воздействиями.
Перечислим важнейшие свойства стекла, многие из которых будут важны при разработке и синтезе флюса.
1). Свойства размягченного и расплавленного стекла:
Вязкость: свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости другой. Согласно постулату Ньютона, F необходимая для поддержания постоянной разности скоростей между двумя движущимися параллельными слоями жидкости, равна:

F=(s
где ( - динамическаяф вязкость
s - поверхность раздела фаз
- градиент скорости
Различают также кинематитескую вязкость:
( =

Силикатные расплавы, если они не содержат кристаллических взвешенных частиц, ведут себя как нормальные ньютоновские жидкости. Однако в области размягчения в них нередко наблюдаются характерные признаки структурирования.
Плавкость: практическая величина, характеризующая скорость размягчения стекла и растекания вязкого расплава по твердой поверхности при различных температурах. Плавкость представляет собой сложную фкнкцию вязкости, поверхностной энергии на границах фаз, кристаллизационной способности, температуры начала кристаллизации и плотности состава.
Смачивающая способность: способность расплава по отношению к различным твердым поверхностям смаивать их, и характеризуется краевым углом смачивания и краевым углом растекания и оттекания.
2). Молярный объем и плотность.
Молярный объем стекла равен отношению молекулярного состава стекла к его плотности. Так ака молекулярный вес стекла зависит от способа исчисления состава стекла, то и молярный объем является величиной условной. В настоящей могнографии молекулярный объем стекла связывается с плотностью:
Vст = (i см3/моль
где (i - содержание оксидов в стекле.
3). Оптические свойства стекла.
Показатель преломления и дисперсия: способность стекла преломлять падающий на него свет принято характеризовать посредством показателя преломления для желтого луча, испускаемого накаленными парами натрия ( nД ), либо светящимся гейслеровской трубке гелием. Разница между этими величинами ничтожна, так как длины волн весьма близки.
Дисперсия это отношение показателя преломления, уменьшеного на единицу, к средней дисперсии.
( = (nД - 1)/(nF - nC)
Для производства керамических красителей очень важен показатель преломления. От него зависит насколько сильно будет отражать видимый свет цветная пленка стеклообразного вещества находящаяся на поверхности керамического изделия, от этого будет зависить и то, как декоративно это изделие будет выглядеть.
Магнитные, магнитооптические, электрооптические, электрические свойства имеют больше отношение к техническим и оптическим стеклам, а поэтому будут опущены в данной работе.
Механические свойства.
Упругость: свойство твердого тела восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия нагрузки. Упругость характеризуют такие величины как модуль нормальной упругости, называемый также модулем Юнга, который определяет величину напряжений, возникающих в упругом деформированном теле под влиянием нагрузки при растяжении (сжатии). Удлинение (l стержня длиной l с поперечным