Viscosity, Free Activation Energy, and Glass Transition Temperature of Potassium Boron K2O–B2O3 Melts

A. A. Khokhryakov; Хохряков А. А.; M. A. Samoylova; Самойлова М. А.; V. V. Ryabov; Рябов В. В.; L. B. Vedmid’; Ведмидь Л. Б.; S. Yu. Mel’chakov; Мельчаков С. Ю.

doi:10.31857/S0132665122600789

Viscosity, Free Activation Energy, and Glass Transition Temperature of Potassium Boron K2O–B2O3 Melts

Authors: Khokhryakov A.A.¹, Samoylova M.A.¹, Ryabov V.V.¹, Vedmid’ L.B.¹, Mel’chakov S.Y.¹
Affiliations:
1. Institute of Metallurgy, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 49, No 3 (2023)
Pages: 267-275
Section: Articles
URL: https://kazanmedjournal.ru/0132-6651/article/view/663257
DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665122600789
EDN: https://elibrary.ru/SJMDAE
ID: 663257

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The viscosity of potassium–boron melts is measured in the temperature range 918–1699 K using a vibrational viscosimeter. The content of potassium oxide is varied from 0.74 to 28.46 mol %. The parameters of the viscous flow in melts (the configuration–activation energy(εh) and the shifting energy of the bridging oxygen atoms’ bonds (U∞)) using the configuration–activation model are calculated for two temperature intervals 918–1400 K and 1400–1699 K. The glass transition temperature (Tg) is measured by differential scanning calorimetry (DSC) and the concentration dependence of the glass transition temperature on the content of potassium oxide in the melt is shown.

Keywords

potassium–boron melt, viscosity, activation energy, configuration activation model, structure, glass transition temperature

References

Nakashima K., Kawagoe T., Ookado T., Mori K. Viscosity of Binary Borate and Ternary Borosilicate Melts. // Slags, Fluxes and Salts. Conference.1997. P. 215.
Воларович М.П., Фридман P.C. Исследование вязкости системы K2В4O7–В2O3 в расплавленном состоянии // Журн. Физической Химии. 1937. Т. 9. № 2. С. 177–181.
Brosh I.E., Pelton A.D., Decterov S.A. A model to calculate the viscosity of silicate melts Part IV: Alkali-free borosilicate melts // International J. Materials Research (formerly Zeitschrift fuer Metallkunde). 2012. V. 103. № 5. P. 494.
Coughanour L.W., Shartsis L., Shermer H.F. Viscosity, Density, and Electrical Resistivity of Molten Alkaline-Earth Borate Glasses with 3 Mol. % of Potassium Oxide // J. American Ceramic Society. 1958. V. 41. № 8. P. 324–329.
Shartsis L., Capps W., Spinner S. Density, Expansivity, and Viscosity of Molten Alkali Silicates // J. American Ceramic Society. 1953. V. 36. № 10. P. 319–326.
Мельчаков С.Ю., Хохряков А.А., Самойлова М.А., Рябов В.В., Ягодин Д.А. Вязкость и свободная энергия активации вязкого течения натриевоборатных расплавов // Физ. и хим. стекла. 2022. Т. 48. № 3. С. 253–261.
Мельчаков С.Ю., Хохряков А. А., Самойлова М. А., Рябов В.В. Исследование зависимостей вязкости и энергии активации вязкого течения литиевоборатных расплавов от содержания оксида лития // Неорганические материалы. 2022. Т. 58. № 5. С. 1–7.
Соловьев А.Н., Каплун А.Б. Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей. Новосибирск: Наука, 1970. 140 с.
Штенгельмейер С.В., Прусов В.А., Бочегов В.А. Усовершенствование методики измерения вязкости вибрационным вискозиметром // Заводская лаборатория. 1985. Т. 51. № 9. С. 56–57.
Козин Р.В., Григоренко Г.М. Физико-химические свойства флюсов для электрошлаковых технологий // Современная металлургия. 2016. Т. 125. № 4. С. 10–15.
Осипов А.А., Осипова Л.М., Быков В.Н. Спектроскопия и структура щелочноборатных стекол. Екатеринбург–Миасс: УрО РАН. 2009. 174 с.
Голубков В.В. Структура В2О3 и щелочных боратов в стеклообразном и расплавленном состояниях // Физ. и хим. стекла. 1992. Т. 18. № 2. С. 14–33.
Хохряков А.А., Вершинин А.О., Пайвин А.С., Истомин С.А. Электронные спектры расплавленных смесей хNa2O–(100 – x)B2O3 и хNa2O–(100 – x)B2O3–Re2O3 (Re = Sm, Eu) // Расплавы. 2017. № 6. С. 538–549.
Handa K., Kita Y. Structure of M2O–B2O3 (M: Na and K) glasses and melts by neutron diffraction // J. Physics and Chemistry of Solids 1999. V. 60. P. 1465–1471.
Umesaki N., Kira Y. Structure of K2O–B2O3 Glasses and Melts // Electrochemistry. 1999. № 6. P. 541–546.
Akagi R., Umesaki N. Raman spectra of K2O–B2O3 glasses and melts. // J. Non-Crystalline Solids. 2001. V. 293. № 1. P. 471–476.
Сандитов Д.С. Сдвиговая вязкость стеклообразующих расплавов в области перехода “жидкость–стекло” // Доклады АН 2005. Т. 403. С. 498–501.
Boora M. Malik S., Kumar V., Bala M., Arora S., Rohilla S., Kumar A., Dalal J. Investigation of structural and impedance spectroscopic properties of borate glasses with high Li+ concentration. // Solid State Ionics. 2021. V. 368. P. 115704.
Chryssikos G.D., Kamitsos E.I. Effect of Li2SO4 on the structure of Li2O–B2O3 glasses // J. Non-Crystalline Solids. 1996. V. 202. № 3. P. 222–232.
Green R.L. X-ray diffraction and physical properties of potassium borate glasses // J. American Ceramic Society. 1942. V. 25. № 3. P. 83.
Poch W. Vollständige Entwässerung einer B2O3 – Schmeize und einige Eigenschaftswerte des daraus erhaltenen Glases. // Glastech. Ber. 964. V. 37. P. 533–535.