RU2540956C1 - Method of fabrication of oxide glass-forming melts with ability to form quantum funnels - Google Patents
Method of fabrication of oxide glass-forming melts with ability to form quantum funnels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540956C1 RU2540956C1 RU2013141575/04A RU2013141575A RU2540956C1 RU 2540956 C1 RU2540956 C1 RU 2540956C1 RU 2013141575/04 A RU2013141575/04 A RU 2013141575/04A RU 2013141575 A RU2013141575 A RU 2013141575A RU 2540956 C1 RU2540956 C1 RU 2540956C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- quantum
- melts
- funnels
- ability
- Prior art date
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Сверхтекучесть и квантовые свойства высокотемпературных неорганических расплавов были открыты совсем недавно в 2011-2013 году [1, 2, 3].Superfluidity and quantum properties of high-temperature inorganic melts were discovered recently in 2011-2013 [1, 2, 3].
Исследование нового класса квантовых жидкостей позволило установить следующие основные признаки при проведении их идентификации:The study of a new class of quantum liquids made it possible to establish the following main features during their identification:
1. Нулевая энтропия расплава по результатам термоэлектрических измерений.1. Zero entropy of the melt according to the results of thermoelectric measurements.
2. Способность к перетеканию из одного сосуда в другой в виде тончайшего слоя при наличии общей твердой перегородки.2. The ability to flow from one vessel to another in the form of the thinnest layer in the presence of a common solid partition.
3. Формирование специфических квантовых воронок.3. The formation of specific quantum funnels.
Таким образом, наряду со сверхпроводимостью и сверхтекучестью квантовые воронки могут быть использованы как показатели квантовых свойств жидкости. Впервые эта методика была использована в работах [2, 3] при идентификации квантовых свойств борных щелочных расплавов и расплава борного ангидрида. Однако условия проведения эксперимента при изучении гидродинамики сверхтекучих расплавов не были в достаточной степени изучены и, как показали наши опыты, могут привести к отрицательным результатам, т.е. заблокировать формирование квантовой воронки. В связи с этим разработка методики проведения опытов является актуальной задачей.Thus, along with superconductivity and superfluidity, quantum funnels can be used as indicators of the quantum properties of a liquid. For the first time, this technique was used in [2, 3] to identify the quantum properties of boric alkaline melts and a melt of boric anhydride. However, the experimental conditions for studying the hydrodynamics of superfluid melts have not been sufficiently studied and, as our experiments have shown, can lead to negative results, i.e. block the formation of a quantum funnel. In this regard, the development of experimental methods is an urgent task.
В качестве прототипа рассматривается патент на изобретение (RU 2470864) [1].As a prototype is considered a patent for an invention (RU 2470864) [1].
В отличие от прототипа в патенте установлены и соблюдаются необходимые условия для обеспечения положительного результата эксперимента.In contrast to the prototype, the necessary conditions are established and observed in the patent to ensure a positive result of the experiment.
Очевидно, условия опытов могут быть распространены и на другие оксидные расплавы и должны учитываться при исследовании гидродинамических свойств квантовых жидкостей.Obviously, the experimental conditions can be extended to other oxide melts and should be taken into account when studying the hydrodynamic properties of quantum liquids.
Как показывают экспериментальные данные - образующиеся водовороты в борных оксидных расплавах имеют один тип, а именно, образуется одна центральная глубокая воронка с небольшой шарообразной полостью на дне воронки. Размеры ее геометрических параметров, глубина воронки, ее диаметр, наличие шарообразной полости зависят от условий опыта и физико-химических свойств расплава.As experimental data show, the resulting whirlpools in boric oxide melts are of one type, namely, one central deep funnel is formed with a small spherical cavity at the bottom of the funnel. The dimensions of its geometric parameters, the depth of the funnel, its diameter, the presence of a spherical cavity depend on the experimental conditions and the physicochemical properties of the melt.
Порядок опыта был следующий. Расплав наплавлялся в платиновом или в корундизовом тигле объемом 50-100 см3, нагревался до температуры 900-950°С, выдерживался при этой температуре 15 мин и затем вынимался из печи, резко охлаждаясь на воздухе до полного остывания и затвердевания. Таким образом, фиксировалась образующаяся при какой-то более высокой температуре воронка.The order of the experiment was as follows. The melt was melted in a platinum or corundum crucible with a volume of 50-100 cm 3 , heated to a temperature of 900-950 ° C, maintained at this temperature for 15 minutes and then removed from the furnace, rapidly cooling in air until it completely cools and hardens. Thus, a funnel formed at some higher temperature was fixed.
Обращает на себя внимание низкая температура формирования воронки, например, для борного ангидрида визуальное наблюдение показывает, что начало формирования воронки составляет 247°С, заканчивается процесс при температуре около 195°С. Температура при этом контролировалась платино-родиевой термопарой.The low temperature of the formation of the funnel is noteworthy, for example, for boric anhydride, visual observation shows that the beginning of the formation of the funnel is 247 ° C, the process ends at a temperature of about 195 ° C. The temperature was controlled by a platinum-rhodium thermocouple.
Можно сказать, что процесс оформления квантовой воронки протекает при температурах, близких к температуре размягчения стеклообразного борного ангидрида Tg, которая по справочным данным составляет около 230°С [4], а вязкость равна 1013 пуаз и при температуре 215°С вязкость уже равна 1014,4 пуаз, тогда как по визуальным данным процесс формирования воронки заканчивается при температуре около 190°С, т.е. совершенно в твердом состоянии материала.We can say that the process of forming a quantum funnel proceeds at temperatures close to the softening temperature of glassy boric anhydride Tg, which, according to reference data, is about 230 ° C [4], and the viscosity is 10 13 poise and at a temperature of 215 ° C the viscosity is already 10 14.4 poise, while according to visual data the funnel formation process ends at a temperature of about 190 ° C, i.e. perfectly in the solid state of the material.
Можно предположить, что наблюдаемый процесс образования квантовой воронки инициирован большим температурным градиентом, который возникает здесь по условиям интенсивного не равномерного охлаждения расплава.It can be assumed that the observed process of formation of a quantum funnel is initiated by a large temperature gradient, which arises here under the conditions of intense non-uniform cooling of the melt.
Температурный градиент вызывает структурирование расплава и появление геометрических конфигураций, которые называют воронками или водоворотами по терминологии, принятой в классической гидродинамике.The temperature gradient causes the structuring of the melt and the appearance of geometric configurations, which are called funnels or whirlpools according to the terminology adopted in classical hydrodynamics.
Высказанные предположения подтверждаются следующими экспериментальными данными:The assumptions made are confirmed by the following experimental data:
Если проводить опыт, исключив при этом создание большого температурного градиента, например, охлаждая плавно расплав вместе с тепловым агрегатом, то получают совершенно другой результат, а именно - в последнем случае квантовая воронка не образуется в расплаве. Объясняется это тем, что исключен фактор, температурный градиент, который вызывает структурирование расплава в его высоковязком состоянии.If we conduct an experiment, while excluding the creation of a large temperature gradient, for example, cooling the melt smoothly together with the thermal unit, we get a completely different result, namely, in the latter case, a quantum funnel does not form in the melt. This is explained by the fact that the factor, the temperature gradient, which causes the structuring of the melt in its highly viscous state, is excluded.
Гидродинамические особенности поведения расплава можно рассмотреть с позиций проявления принципа Ле-Шателье. Воздействию температурного градиента в данном случае будет противостоять такая перестройка структуры, которая стремится уменьшить температурный градиент. Такому состоянию расплава и образующихся структур будет соответствовать расплав с высокой теплопроводностью, в тысячи раз превышающей теплопроводность не структурированного расплава, а это не что иное как безэнтропийное квантовое состояние.The hydrodynamic features of the behavior of the melt can be considered from the standpoint of the manifestation of the Le Chatelier principle. In this case, the restructuring of the structure that seeks to reduce the temperature gradient will resist the influence of the temperature gradient. Such a state of the melt and the resulting structures will correspond to a melt with high thermal conductivity, thousands of times higher than the thermal conductivity of an unstructured melt, and this is nothing more than an entropic quantum state.
Очень важно при рассмотрении структурирующего воздействия температурного градиента рассмотреть результаты гидродинамических исследований в расплавах системы К2О-В2О3 в широком диапазоне составов. Как показывают экспериментальные данные, воронки образуются в расплавах в интервале от 0,0 до 20,0% мол. содержания K2O, подтверждая квантовую природу жидкости, в то время как по результатам перетекания расплавов [2] при температуре 850-900°С составы с содержанием К2О более 2,0% мол. уже теряют свою способность к перетеканию и, следовательно, не обладают квантовыми свойствами, при отсутствии корреляции двух рядов экспериментальных данных становится понятным, что следует обратить внимание на то, что перетекание исследуется в изотермических условиях при отсутствии интенсивно действующего на расплав большого температурного градиента. Это подтверждает высказанное ранее предположение о большом влиянии температурного градиента на формирование воронки и, следовательно, квантовых свойств борных щелочных расплавов.When considering the structural effect of the temperature gradient, it is very important to consider the results of hydrodynamic studies in melts of the K 2 O-B 2 O 3 system in a wide range of compositions. As experimental data show, funnels are formed in melts in the range from 0.0 to 20.0 mol%. the content of K 2 O, confirming the quantum nature of the liquid, while according to the results of the flow of melts [2] at a temperature of 850-900 ° C, compositions with a content of K 2 O of more than 2.0 mol%. already lose their ability to flow and, therefore, do not have quantum properties, in the absence of correlation of two series of experimental data, it becomes clear that it should be noted that the flow is studied under isothermal conditions in the absence of a large temperature gradient that is intensively acting on the melt. This confirms the assumption made earlier about the large influence of the temperature gradient on the formation of the funnel and, therefore, the quantum properties of boric alkaline melts.
В работе были специально исследованы особенности формования водоворотов в зависимости от глубины и объема расплава (таблица 1, Фиг. 1).In the work, the peculiarities of the formation of whirlpools depending on the depth and volume of the melt were specially investigated (table 1, Fig. 1).
Экспериментальные данные показывают:Experimental data show:
1. Существует минимальный уровень глубины расплава (не менее 12 мм), при котором отмечается начальное формирование водоворота.1. There is a minimum level of melt depth (at least 12 mm) at which the initial formation of a whirlpool is noted.
2. Оптимальная глубина расплава в емкости должна быть не менее 30 мм.2. The optimum melt depth in the vessel should be at least 30 mm.
3. Дальнейшее увеличение глубины расплава свыше 30 мм увеличивает глубину водоворота.3. A further increase in the depth of the melt over 30 mm increases the depth of the vortex.
4. Применяемая методика позволяет существенно расширить концентрационные границы получения квантовых жидкостей.4. The applied technique allows one to significantly expand the concentration boundaries for the production of quantum liquids.
5. Показано, что водовороты в борных щелочных расплавах образуются в их высоковязком и твердом состоянии. Установлены температурные границы формирования водоворотов в калиево-борных расплавах.5. It was shown that whirlpools in boric alkaline melts are formed in their highly viscous and solid state. The temperature limits of the formation of whirlpools in potassium boron melts are established.
6. Отсутствие водоворотов и проявления квантовых свойств, при небольшом объеме расплава можно, по-видимому, объяснить малой величиной температурного градиента, недостаточной для протекания процессов структурирования.6. The absence of whirlpools and the manifestation of quantum properties, with a small volume of the melt, can apparently be explained by the small value of the temperature gradient, insufficient for the course of structuring processes.
7. Установлены оптимальные параметры объема расплава, необходимые для формирования водоворотов.7. The optimal parameters of the melt volume necessary for the formation of whirlpools are established.
8. Очевидно, что не только объем расплава, но и скорость его охлаждения влияет на величину температурного градиента, уменьшающегося по мере снижения скорости охлаждения. При определенной малой скорости охлаждения расплав теряет способность к образованию водоворотов.8. It is obvious that not only the volume of the melt, but also its cooling rate affects the magnitude of the temperature gradient, which decreases as the cooling rate decreases. At a certain low cooling rate, the melt loses the ability to form whirlpools.
9. Контрольный опыт показывает, что расплав оконного стекла промышленного состава в аналогичных условиях при охлаждении не формирует обычный мениск жидкости и не образует квантовых водоворотов. Отсюда следует, что химический состав исследуемого расплава оказывает решающее влияние на проявление квантовых свойств жидкости.9. The control experiment shows that the molten window glass of industrial composition under similar conditions during cooling does not form a normal meniscus of liquid and does not form quantum whirlpools. It follows that the chemical composition of the studied melt has a decisive influence on the manifestation of the quantum properties of a liquid.
10. Исследование гидродинамических свойств стеклообразующих жидкостей представляет собой новый экспрессный метод идентификации квантовых свойств расплавов.10. The study of the hydrodynamic properties of glass-forming liquids is a new rapid method for identifying the quantum properties of melts.
ЛитератураLiterature
1. Патент (RU 2470864 C2): Способ получения оксидных расплавов, обладающих признаками сверхпроводящих жидкостей, 27.12.2012 г.1. Patent (RU 2470864 C2): A method for producing oxide melts having the features of superconducting liquids, December 27, 2012
2. Заявка на патент №213108552 «Способ получения квантовых жидкостей - сверхтекучих оксидных расплавов» от 26.02.2013 г.2. Application for patent No. 211108552 "Method for producing quantum liquids - superfluid oxide melts" from 02.26.2013
3. Заявка на патент №2013125987 «Способ получения однокомпонентной сверхтекучей квантовой жидкости на основе расплава неорганического полимера» от 05. 06. 2013 г.3. Patent application No. 2013125987 “Method for producing a single-component superfluid quantum liquid based on an inorganic polymer melt” dated 05. 06. 2013
4. О.В. Мазурин, М.В. Стрельцина, Т.П. Швайко-Швайковская. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов, справочник, том 2, издательство «Наука», Ленинград, 1975 г., 632 с.4. O.V. Mazurin, M.V. Streltsin, T.P. Shvaiko-Shvaikovskaya. Properties of glasses and glass-forming melts, reference book, Volume 2, Nauka Publishing House, Leningrad, 1975, 632 pp.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013141575/04A RU2540956C1 (en) | 2013-09-10 | 2013-09-10 | Method of fabrication of oxide glass-forming melts with ability to form quantum funnels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013141575/04A RU2540956C1 (en) | 2013-09-10 | 2013-09-10 | Method of fabrication of oxide glass-forming melts with ability to form quantum funnels |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2540956C1 true RU2540956C1 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53287025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013141575/04A RU2540956C1 (en) | 2013-09-10 | 2013-09-10 | Method of fabrication of oxide glass-forming melts with ability to form quantum funnels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2540956C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1593653A1 (en) * | 2003-01-23 | 2005-11-09 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Process for producing oxide superconductor, oxide superconductor and substrate for supporting precursor thereof |
| RU2470864C2 (en) * | 2011-03-02 | 2012-12-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" | Method of producing oxide melts having superconducting liquid properties |
-
2013
- 2013-09-10 RU RU2013141575/04A patent/RU2540956C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1593653A1 (en) * | 2003-01-23 | 2005-11-09 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Process for producing oxide superconductor, oxide superconductor and substrate for supporting precursor thereof |
| RU2470864C2 (en) * | 2011-03-02 | 2012-12-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" | Method of producing oxide melts having superconducting liquid properties |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Krüger et al. | Nucleation kinetics of lithium metasilicate in Z r O 2‐bearing lithium disilicate glasses for dental application | |
| Lejeune et al. | Rheology of bubble-bearing magmas | |
| Doremus | Viscosity of silica | |
| Wadsworth et al. | Sintering of viscous droplets under surface tension | |
| Zhang et al. | Invariant fast diffusion on the surfaces of ultrastable and aged molecular glasses | |
| TW201040120A (en) | Method for forming an opal glass | |
| Chen et al. | Phase equilibrium studies of “Cu 2 O”–SiO 2–Al 2 O 3 system in equilibrium with metallic copper | |
| EP3538497B1 (en) | Apparatus and method for forming a glass article | |
| Petersen et al. | Evaluation of foaming behavior of glass melts by high‐temperature microscopy | |
| Gao et al. | Fabrication of monodisperse precursor gel microspheres for hollow glass microspheres by combining the sol-microemulsion-gel process with a T-shaped microfluidic device | |
| Zhai et al. | Effects of Sb2O3 on the mechanical properties of the borosilicate foam glasses sintered at low temperature | |
| Eberstein et al. | Influences of the glass phase on densification, microstructure, and properties of low‐temperature co‐fired ceramics | |
| Häßler et al. | Effect of microstructure of a phase separated sodium-borosilicate glass on mechanical properties | |
| Almatroushi et al. | Surfactant Effect on the Buoyancy‐Driven Motion of Bubbles and Drops in a Tube | |
| RU2540956C1 (en) | Method of fabrication of oxide glass-forming melts with ability to form quantum funnels | |
| Pereira et al. | Experimental and numerical investigations of an oxygen single‐bubble shrinkage in a borosilicate glass‐forming liquid doped with cerium oxide | |
| Vernerová et al. | Reaction of soda–lime–silica glass melt with water vapour at melting temperatures | |
| Häßler et al. | Self‐organized growth of sodium borate‐rich droplets in a phase‐separated sodium borosilicate glass | |
| Zhang et al. | Femtosecond laser induced migration of alkali ions in calcium silicate glasses | |
| Baborák et al. | Key melt properties for controlled synthesis of glass beads by aerodynamic levitation coupled to laser heating | |
| Müller-Simon | Fining of glass melts | |
| Wright et al. | Phase separation and the mixed alkali effect | |
| Karapetyan et al. | Influence of ion exchange on liquid–liquid phase separation in alkali borosilicate glasses: effect of ion-exchange-induced metastable glass homogenization | |
| Kumar et al. | Analytical study of heat and mass transfer enhancement in free convection flow with chemical reaction and constant heat source in nanofluids | |
| Mojumdar et al. | The microstructure and optical transmittance thermal analysis of sodium borosilicate bio-glasses |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190911 |