Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
8 Труды гои
из
ции напряжений (последний процесс определяется одновременным действием процессов релаксации деформации и вязкого течения) также описываются совершенно идентичными уравнениями [14, 20] при равных Ь, но различающихся максвелловских временах релаксации.
Приведем несколько примеров, показывающих, что зависимости (7) и (8) действительно основаны на такой функции распределе-
ajfe'-E^/teg-E^)
1,0-
-Ч -3 -2 -1
31д-(шг0)
Рис. 8. Расчетные кривые частотных зависимостей проницаемости (а) и коэффициента потерь (б)
ния времен релаксации, которая дает возможность представить данные по ионной релаксации в стеклах с хорошим приближением к эксперименту. Прежде всего можно показать пригодность этой функции для описания релаксации в условиях приложения к образцу постоянного [формула (7)] или синусоидального (рис. 8) напряжения. Насколько известно, применительно к неорганическим стеклам это до сих пор никем показано не было.
С помощью рассматриваемой функции данные Дж. Изарда могут быть описаны по калиевосиликатному стеклу при Ь = 0,46 (рис. 6).
Расчетные данные хорошо согласуются с экспериментальными при небольшом изменении значения е» по сравнению с предположенным автором. Как следует из рисунка, такое изменение
114
Значения е'» вполне оправдано, так как данный релаксационный процесс при lg р/= 17 практически оказывается завершенным.
Столь же хорошее согласование расчетных кривых с экспериментальными получено и при обработке данных других авторов [9, 30, 35, 37], некоторые из которых [9, 35] являются обобщением результатов исследования ионной релаксации целых групп стекол. При этом значения b для самых разных стекол оказываются, как правило, очень близкими. Данные X. Тэйлора [35] для натриевокальциевосиликагных и натриевосиликатных стекол, а также для стекла «Пи-рекс» наилучшим образом аппроксимируются с помощью функции (7) при b = 0,46. Результат усреднения большого числа данных разных авторов, полученный в работе [9], хорошо описывается с помощью той же функции при b =
= 0,5 (рис. 9, кривая 2).
На основе данных работы [37] для оконного стекла получено значение b = 0,47. По данным X. Намикавы [30], для стекла 30% LiaO,
70% Si02 определено значение b = 0,42 и для стекла 15% LiO, 15%
К20, 70% Si02b^0,54.
Ионная релаксация в стеклах в форме электрических модулей представлена пока что лишь в работах П. Масейдо и К- Мойнихана. Для нитратного стекла К- Мойниханом с сотрудниками [28] определено b — 0,64. Для литиевоалюмосилнкатного стекла в той же работе определено b = 0,47. Выполненный расчет по другим работам тех же авторов [29, 32] показывает, что функция, основанная на зависимости (8) с b = 0,465, вполне удовлетворительно описывает релаксационные изменения электрических модулей для стекла Na20-3Si02 и практически безукоризненно для натриевокалиевосиликатного стекла.
Таким образом, все значения b группируются для силикатных стекол около величины 0,5. Примечательно, что к этой величине близки и значения Ь, получаемые при аналогичной обработке данных по релаксации напряжений и деформации в интервале температур отжига стекол. Аналогия между процессами электрической и механической релаксаций становится еще более очевидной, если тщательно проанализировать небольшую разницу в ходе экспери-
8* 115
11 12 13 lypf
Рис. 9. Температурно-частотные зависимости коэффициента потерь:
} — экспериментальная; 2 — расчетная по показательной функции при Ь = 0,5; 3, 4 — рас-
четные по логнормальной (вагнеровской) функции распределения при Ь — 0,35; 0,6
Ментальных и расчетных кривых, которая выявляется при обработке почти всех перечисленных выше результатов (например, рис. 6 и 9). Согласование расчета с экспериментом можно сделать еще лучшим, если предположить небольшое (обычно в пределах менее одной десятой) уменьшение Ь по мере роста произведения сот (или р/). Такой же эффект (уменьшение b при уменьшении времени воздействия постоянной нагрузки) может быть отмечен при анализе результатов исследования механической релаксации [27].
Из изложенного можно сделать вывод, что распределение времен релаксации в силикатных стеклах отражает какие-то весьма общие особенности структуры этих стекол. Действительно, ионная релаксация определяется в этих стеклах перемещением щелочных ионов в достаточно жесткой кремнекислородной среде. Релаксация напряжения и деформации, исследованная в работах [14,20,27], наоборот, характеризует особенности перемещения друг относительно друга элементов самой кремнекислородной сетки. И отмеченные выше аналогии представляются по этой причине особенно примечательными.
НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ О СТРУКТУРНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ЯВЛЕНИЙ ТЕПЛОВОЙ ИОННОЙ РЕЛАКСАЦИИ
Ниже перечислены экспериментальные факты, которые следует иметь в виду при оценке тех или иных путей структурной интерпретации рассматриваемых явлений.
1. Для тепловой ионной релаксации характерно достаточно широкое распределение времен релаксации.
2. Это распределение в пределах погрешности эксперимента не изменяется с изменением температуры [9, 25, 35] и, следовательно, энергия активации практически одинакова для всех релак-сирующих ионов.
