IntroductionPhosphate glasses have

Introduction
Phosphate glasses have been received substantial attentions over the past several decades due to their excellent properties such as high thermal expansion coefficient, low softening temperature and low preparation temperature, aimed at utilizing them as potential host materials for certain high-level radioactive nuclear wastes (HLWs). However, the poor chemical durability and corrosion of phosphate glasses limited the process of their industrialization [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8] and [9]. One way to enhance the chemical durability of phosphate glasses is addition of other oxides, like alkali and iron oxides, which lead to the formation of new bonds [10]. Since the mid-1990s, binary iron phosphate glasses have attracted much attention. It is found that the replacement of P–O–P bonds with Fe–O–P bonds in the glass networks significantly improve the chemical durability of the phosphate glasses [11]. Among the binary iron phosphate glasses, an excellent chemical durability has been found in iron phosphate glasses with composition of 40Fe2O3–60P2O5 (mol%). It can accommodate over 50 wt% of certain HLW constituents while maintaining excellent chemical durability [5] and [12]. Because of the unusually high chemical durability and other favorable properties, iron phosphate glasses have been developed as potential materials for high-level nuclear waste encapsulation [3].
Previous researches indicate that CaF2 can reduce the melting time of iron phosphate glasses, improve the properties of the formed glasses, and especially enhance the chemical durability of the crystallized wasteforms [5]. In recent years, some investigations about the effects of divalent cations, for instance, Zn [13], [14],[15] and [16], Pb [17] and [18], Ca [19] and [20] and Ba [19] and [21], on the physical and chemical properties of iron phosphate glasses were carried out. It suggested that addition of BaO improve the thermal properties, especially the chemical durability of iron phosphate glasses. Due to the addition of BaO, iron phosphate glasses exhibit ultra high chemical durability, excellent thermal stability, low melting temperature and wide glass forming region [19], [22] and [23]. What’s more, as a divalent network modifying oxide, BaO increase density, refractive index and vitreous luster of the glass, slightly promote the melting process and enhance the ability of absorbing radiation. Therefore, barium iron phosphate glasses may be a preferable host material for waste immobilization than iron phosphate base glasses. However, the structure features of barium iron phosphate glasses have received little attention. Any glasses including phosphate glass always tend to crystallize spontaneously, especially in high temperature and wet conditions. Once the crystallization occurs, the chemical durability may greatly deteriorate. Therefore, the study of the crystallization behaviors and structure features of barium iron phosphate glasses is quite essential.
In this paper, the structure features, crystallization and thermal properties of barium iron phosphate glasses are studied by using Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction analysis (XRD) and differential thermal analysis (DTA). The aim of the present work is to understand the role of barium in the Fe2O3–P2O5–CaF2glasses.
Experiment procedure
Barium iron phosphate glasses with compositions of xBaO•(90−x)(60P2O5–40Fe2O3)•10CaF2, where x = 0, 5, 10, 15 and 20 mol%, were prepared by melting homogeneous mixtures of analytical reagent BaCO3, Fe2O3, NH4H2PO4 and CaF2. Batches to produce 60 g of glass were placed in porcelain crucible and heated at 450 °C for 1 h to expel water and ammonia. Then samples were heated to 1250 °C and melted at 1250 °C for 2–3 h. The obtained melts were immediately poured into cold water to gain black barium iron phosphate glasses.
To investigate the crystallization of barium iron phosphate glasses, samples were prepared by grinding the glassy material to fine powder, sieving through a 200 mesh sieve (75 μm), then pressed into discs with a diameter of 20 mm and a thickness of 2 mm at about 400 MPa. Dry samples were heated to 650–850 °C at the rate of 2 °C min−1, sintered at the chosen temperature for 2 h, then cooled to room temperature.
XRD patterns were collected to check the amorphous state of the base glasses and the crystallized samples to detect any crystalline phase by using a X’Pert PRO diffractometer (PANalytical, The Netherlands) utilizing Cu Kα radiation (k = 1.54 Å). The samples were ground into fine powders for the measurements. The 2θ angle scans were recorded between 10° and 80° with 0.02° step width. The glass transition temperature (Tg) was measured by DTA utilizing a SDT Q600 instrument (TA, USA) in flowing air at the heating rate of 20 °C min−1. The temperature scanned over a range from room temperature to 1000 °C and the estimated error in Tg is ±2 °C.
Fourier transform infrared spectra (

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แนะนำแว่นตาฟอสเฟตได้รับความสนใจป่านฉะนี้พบได้รับในหลายทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากคุณสมบัติดีเยี่ยมเช่นสัมประสิทธิ์การขยายตัวสูง ต่ำอ่อนอุณหภูมิและอุณหภูมิต่ำเตรียม ใช้เป็นวัสดุสำหรับบางระดับกัมมันตรังสีนิวเคลียร์เสีย (HLWs) อาจเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม ดีความทนทานสารเคมีและการกัดกร่อนของแก้วฟอสเฟตจำกัดกระบวนการของการดำเนินการเรื่อง [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8] [9] วิธีหนึ่งเพื่อเพิ่มความทนทานทางเคมีของแก้วฟอสเฟตคือ ของออกไซด์อื่น ๆ เช่นด่างและเหล็กออกไซด์ ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของพันธบัตรใหม่ [10] ตั้งแต่ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 แว่นตาฟอสเฟตเหล็กไบนารีได้ดึงดูดความสนใจมาก พบว่า การแทนที่ของ P – O – P พันธบัตรกับ Fe – O – P พันธบัตรในข่ายแก้วปรับปรุงความทนทานสารเคมีฟอสเฟตแว่น [11] อย่างมาก ระหว่างแว่นฟอสเฟตเหล็กไบนารี ความทนทานสารเคมีการเยี่ยมพบในแก้วฟอสเฟตเหล็กประกอบด้วยส่วนประกอบของ 40Fe2O3 – 60P2O5 (โมล%) มันสามารถรองรับได้ 50 wt %ของสารประกอบบาง HLW ความทนทานสารเคมีดีเยี่ยม [5] และ [12] เนื่องจาก มีความทนทานทางเคมีสูงผิดปกติและคุณสมบัติอื่น ๆ ดี ได้รับการพัฒนาแว่นตาฟอสเฟตเหล็กเป็นวัสดุที่มีศักยภาพสำหรับ encapsulation ขยะนิวเคลียร์ระดับสูง [3]งานวิจัยก่อนหน้านี้บ่งชี้ว่า CaF2 สามารถลดเวลาหลอมเหล็กฟอสเฟตแว่น เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของแก้วเกิด และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพิ่มความทนทานสารเคมีของ wasteforms crystallized [5] ในปีล่าสุด สืบสวนบางอย่างเกี่ยวกับผลกระทบของแคทไอออน divalent เช่น Zn [13], [14], [15] [16], และ Pb [17] และ [18], Ca [19] และ [20] และ Ba [19] และ [21], คุณสมบัติทางกายภาพ และทางเคมี ของเหล็กฟอสเฟต แว่นที่ดำเนินการ มันแนะนำว่า ของเบาปรับปรุงคุณสมบัติความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งความทนทานสารเคมีแว่นตาเหล็กฟอสเฟต เนื่องจากการเพิ่มของเบ้า แว่นตาเหล็กฟอสเฟตจัดแสดงเป็นพิเศษทนสารเคมี ความร้อนเสถียรภาพดีเยี่ยม อุณหภูมิหลอมเหลวต่ำ และกว้างแก้วขึ้นรูปภูมิภาค [19], [22] และ [23] มีอะไรเพิ่มเติม เป็น divalent ปรับเปลี่ยนออกไซด์ เบาความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ดัชนีหักเหของแสง และวาวคล้ายแก้วของแก้ว เล็กน้อยส่งเสริมกระบวนการหลอม และเพิ่มความสามารถในการดูดซับรังสี ดังนั้น แบเรียมเหล็กฟอสเฟตแว่นอาจเป็นวัสดุที่นิยมโฮสต์สำหรับตรึงเสียกว่าแว่นตาฐานเหล็กฟอสเฟต อย่างไรก็ตาม มีโครงสร้างของแบเรียมเหล็กฟอสเฟตแก้วได้รับความสนใจน้อย แว่นตาใด ๆ รวมทั้งฟอสเฟตแก้วเสมอมักจะ ตกผลึกได้ทันที โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุณหภูมิสูงและเปียก เมื่อเกิดการตกผลึก การความทนทานสารเคมีอาจเสื่อมสภาพมาก ดังนั้น การศึกษาลักษณะการทำงานในการตกผลึกและคุณสมบัติของโครงสร้างของแบเรียมเหล็กฟอสเฟตแก้วเป็นสิ่งจำเป็นมากในเอกสารนี้ มีโครงสร้าง เรียนตกผลึกและความร้อนคุณสมบัติของแบเรียมเหล็กฟอสเฟตแว่น โดยใช้กอินฟราเรดการแปลง รามิก วิเคราะห์การเลี้ยวเบนของแสงเอ็กซเรย์ (XRD) และแตกต่างการวิเคราะห์ความร้อน (DTA) จุดมุ่งหมายของการทำงานปัจจุบันคือการ เข้าใจบทบาทของแบเรียมในเฟ – P2O5 – CaF2glassesขั้นตอนการทดลองแบเรียมเหล็กแก้วฟอสเฟต มีองค์ประกอบของ xBaO•(90−x)(60P2O5–40Fe2O3) •10CaF2 ที่ x = 0, 5, 10, 15 และ 20 โมล% มีเตรียม โดยละลายเหมือนส่วนผสมของน้ำยาวิเคราะห์ BaCO3 เฟ NH4H2PO4 และ CaF2 ชุดการผลิตแก้ว 60 กรัมใส่ในเบ้าหลอมเครื่องเคลือบดินเผา และ 450 ° C เป็นเวลา 1 ชั่วโมงปล่อยน้ำและแอมโมเนีย แล้ว ตัวอย่างได้ร้อนถึง 1250 ° C และละลายที่ 1250 ° C สำหรับ 2-3 ชม ละลายได้รับทันทีได้ถูกเทลงในน้ำเย็นเข้าแบเรียมสีดำแว่นตาเหล็กฟอสเฟตการตรวจสอบการตกผลึกของแบเรียมเหล็กฟอสเฟตแว่น มีเตรียมตัวอย่าง โดยการบดละเอียดผงวัสดุสะท้อนแสงวิบวับ โซนิค sieving ผ่านตะแกรงตาข่าย 200 (75 ไมครอน), แล้วได้รับกดลงแผ่นเส้นผ่าศูนย์กลาง 20 มม.และความหนา 2 มม.ที่ประมาณ 400 MPa ตัวอย่างแห้งที่ร้อนถึง 650 – 850 ° C ในอัตรา 2 ° C min−1 เผาที่อุณหภูมิที่ท่าน 2 ชม. นั้นเย็นที่อุณหภูมิห้องรูปแบบ XRD ถูกเก็บรวบรวมการตรวจสอบสถานะไปแว่นตาฐานและตัวอย่างการตรวจสอบขั้นตอนใด ๆ ผลึก โดยใช้เครื่อง X'Pert PRO ใช้ diffractometer (PANalytical ประเทศเนเธอร์แลนด์) รังสี Cu Kα crystallized (k = 1.54 Å) ตัวอย่างที่บดเป็นผงดีสำหรับการประเมิน มีบันทึกการสแกนที่มุม 2θ ระหว่าง 10° ถึง 80° กับ 0.02° ขั้นกว้าง อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (Tg) โดยวัดจาก DTA ใช้ SDT Q600 เครื่อง (TA สหรัฐอเมริกา) ในการไหลอากาศที่อัตราความร้อน min−1 20 ° C สแกนผ่านช่วงจากอุณหภูมิห้องถึง 1000 ° C และข้อผิดพลาดโดยประมาณใน Tg จะ± 2 องศาเซลเซียสฟูรีเยเปลี่ยนแรมสเป็คตราอินฟราเรด(

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทนำแก้วฟอสเฟตได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของพวกเขาเช่นสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงอุณหภูมิอ่อนต่ำและอุณหภูมิเตรียมต่ำมุ่งเป้าไปที่การใช้พวกเขาเป็นวัสดุโฮสต์ที่มีศักยภาพสำหรับบางระดับสูงของเสียนิวเคลียร์ของสารกัมมันตรังสี ( HLWs)
แต่ความทนทานต่อสารเคมีที่ไม่ดีและการกัดกร่อนของแก้วฟอสเฟต จำกัด กระบวนการของอุตสาหกรรมของพวกเขา [1], [2], [3] [4] [5] [6] [7] [8] และ [ 9] วิธีหนึ่งที่จะช่วยเพิ่มความทนทานทางเคมีของแก้วฟอสเฟตคือนอกเหนือจากออกไซด์อื่น ๆ เช่นอัลคาไลและออกไซด์ของเหล็กที่นำไปสู่การก่อตัวของพันธบัตรใหม่ [10] นับตั้งแต่กลางทศวรรษที่ 1990, แว่นตาเหล็กฟอสเฟตไบนารีได้ดึงดูดความสนใจมาก นอกจากนี้ยังพบว่าการเปลี่ยนพันธบัตร P-O-P กับพันธบัตรเฟ-O-P ในเครือข่ายแก้วมีนัยสำคัญปรับปรุงความทนทานทางเคมีของแก้วฟอสเฟต [11] ในบรรดาแว่นตาเหล็กฟอสเฟตไบนารีมีความทนทานต่อสารเคมีที่ได้รับการพบในแก้วเหล็กฟอสเฟตที่มีองค์ประกอบของ 40Fe2O3-60P2O5 (mol%) สามารถรองรับกว่า 50% โดยน้ำหนักขององค์ประกอบกากรังสีระดับสูงบางอย่างในขณะที่ยังคงรักษาความทนทานต่อสารเคมี [5] และ [12] เพราะความทนทานต่อสารเคมีสูงผิดปกติและคุณสมบัติที่ดีอื่น ๆ , แว่นตาเหล็กฟอสเฟตได้รับการพัฒนาเป็นวัสดุที่มีศักยภาพสำหรับระดับสูงห่อหุ้มกากนิวเคลียร์ [3].
งานวิจัยก่อนหน้าระบุว่า CaF2 สามารถลดเวลาการละลายของแก้วเหล็กฟอสเฟตในการปรับปรุงคุณสมบัติ ของแก้วที่เกิดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งช่วยเพิ่มความทนทานทางเคมีของ wasteforms ก้อนเมื่อ [5] ในปีที่ผ่านการตรวจสอบบางอย่างเกี่ยวกับผลกระทบของไพเพอร์ divalent ตัวอย่างเช่นสังกะสี [13] [14] [15] และ [16], Pb [17] และ [18], Ca [19] และ [20] และบริติชแอร์เวย์ [19] และ [21] ในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของแก้วเหล็กฟอสเฟตได้ดำเนินการ มันชี้ให้เห็นว่านอกจากบัวทองปรับปรุงสมบัติทางความร้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งความทนทานทางเคมีของแก้วเหล็กฟอสเฟต เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของเบ้า, แว่นตาเหล็กฟอสเฟตแสดงความทนทานต่อสารเคมีสูงเป็นพิเศษทนความร้อนที่ดีเยี่ยมอุณหภูมิหลอมละลายต่ำและกว้างขึ้นรูปแก้วภูมิภาค [19] [22] และ [23] มีอะไรมากกว่าที่เป็นเครือข่ายการปรับเปลี่ยน divalent ออกไซด์แบเรียมออกไซด์เพิ่มความหนาแน่นดัชนีหักเหและความมันวาวน้ำเลี้ยงของกระจกเล็กน้อยส่งเสริมกระบวนการหลอมและเพิ่มความสามารถในการดูดซับรังสี ดังนั้นแก้วเหล็กฟอสเฟตแบเรียมอาจจะเป็นวัสดุที่นิยมสำหรับโฮสต์ตรึงเสียกว่าแก้วฐานเหล็กฟอสเฟต แต่คุณสมบัติที่โครงสร้างของแก้วเหล็กฟอสเฟตแบเรียมได้รับความสนใจน้อย แว่นตาใด ๆ รวมทั้งแก้วฟอสเฟตมักจะมีแนวโน้มที่จะตกผลึกเป็นธรรมชาติโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุณหภูมิสูงและสภาพเปียก เมื่อตกผลึกเกิดขึ้น, ความทนทานต่อสารเคมีอย่างมากอาจลดลง ดังนั้นการศึกษาพฤติกรรมการตกผลึกและคุณสมบัติโครงสร้างของแก้วเหล็กฟอสเฟตแบเรียมเป็นสิ่งสำคัญมาก.
ในบทความนี้คุณสมบัติโครงสร้างผลึกและสมบัติทางความร้อนของแก้วเหล็กฟอสเฟตแบเรียมมีการศึกษาโดยใช้ฟูเรียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกรามัน X การวิเคราะห์การเลี้ยวเบน -ray (XRD) และการวิเคราะห์ความร้อนที่แตกต่างกัน (DTA) จุดมุ่งหมายของการทำงานในปัจจุบันคือการเข้าใจบทบาทของแบเรียมใน Fe2O3-P2O5-CaF2glasses. the
ขั้นตอนการทดลองแก้วฟอสเฟตแบเรียมเหล็กที่มีองค์ประกอบของ xBaO • (90 x) (60P2O5-40Fe2O3) • 10CaF2 ที่ x = 0 5, 10, 15 และ 20 mol% เตรียมโดยละลายผสมเป็นเนื้อเดียวกันของน้ำยาวิเคราะห์ BaCO3, Fe2O3, NH4H2PO4 และ CaF2
สำหรับกระบวนการในการผลิต 60 กรัมของแก้วถูกวางไว้ในเบ้าหลอมเครื่องลายครามและความร้อนที่ 450 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 1 ชั่วโมงในการขับไล่น้ำและแอมโมเนีย ตัวอย่างจากนั้นถูกความร้อน 1250 องศาเซลเซียสและละลายที่ 1,250 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 2-3 ชั่วโมง ที่ได้ละลายถูกเททันทีในน้ำเย็นที่จะได้รับแบเรียมสีดำแว่นตาเหล็กฟอสเฟต.
เพื่อศึกษาการตกผลึกของแก้วเหล็กฟอสเฟตแบเรียมตัวอย่างได้จัดทำขึ้นโดยการบดวัสดุเหลือบผงปรับ sieving ผ่านตะแกรงตาข่าย 200 (75 ไมครอน), กดแล้วเป็นแผ่นที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 20 มิลลิเมตรและความหนา 2 มมที่ประมาณ 400 MPa ตัวอย่างแห้งร้อนถึง 650-850 องศาเซลเซียสในอัตรา 2 องศาเซลเซียสนาที 1, เผาที่อุณหภูมิได้รับการแต่งตั้งเป็นเวลา 2 ชั่วโมงแล้วระบายความร้อนที่อุณหภูมิห้อง.
รูปแบบ XRD ถูกเก็บรวบรวมเพื่อตรวจสอบรัฐสัณฐานของแว่นตาฐานและ ตัวอย่างก้อนในการตรวจสอบใด ๆ ผลึกโดยใช้ X'Pert PRO diffractometer (PANalytical, เนเธอร์แลนด์) ใช้ Cu Kαรังสี (k = 1.54 Å) กลุ่มตัวอย่างที่ถูกบดเป็นผงที่ดีสำหรับการวัด สแกนมุม2θถูกบันทึกไว้ระหว่าง 10 °และ 80 °กับความกว้าง 0.02 °ขั้นตอน อุณหภูมิสภาพแก้ว (TG) โดยวัดจาก DTA ใช้เครื่องมือ SDT Q600 (TA สหรัฐอเมริกา) ในอากาศที่ไหลในอัตราความร้อน 20 องศาเซลเซียส 1 นาที อุณหภูมิสแกนช่วงจากอุณหภูมิห้องถึง 1000 องศาเซลเซียสและข้อผิดพลาดประมาณ Tg เป็น± 2 ° C.
ฟูเรียร์อินฟราเรดสเปกตรัม (