晶核剂及热处理对锂铝硅系微晶玻璃晶化和性能的影响

采用差热分析法研究了LAS玻璃的析晶动力学,讨论了4.5wt%TiO2和2wt%TiO2 2.5 wt% ZrO2两种晶核剂对该系统玻璃晶化过程的影响.通过正交实验确定了玻璃晶化的最优热处理制度,并研究了热处理对微晶玻璃的晶相、显微结构及热膨胀性能的影响.结果表明:与采用TiO2单一晶核剂相比,采用TiO2 ZrO2复合晶核剂的玻璃析晶活化能E降低,晶化指数n加大,体积析晶趋势增大.热处理制度能控制晶相的析出,析晶初始温度下首先析出的晶体为β石英固溶体,晶化温度升高转变为β锂辉石固溶体,可以使样品的热膨胀性能符合要求,最优的热处理制度(使热膨胀系数最小)为:核化温度720℃,核化时间1.5小时,晶化温度810℃,晶化时间2.5小时.     

CaO-B2O3玻璃助烧的零膨胀系数β-锂霞石陶瓷的制备及性能研究

采用固相反应法制备CaO-B₂O₃玻璃（简称“CB”玻璃）助烧的零膨胀系数β-锂霞石陶瓷。通过差示扫描量热(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)手段分别对CB玻璃的热学特性和助烧后的β-锂霞石陶瓷样品的物相与显微形貌进行表征。结果表明, CB玻璃具有良好的助烧效果, 可以显著降低β-锂霞石陶瓷的烧结温度(从1300℃降至1150℃), 并大幅提高陶瓷的相对密度(从93.3%提高到97.4%)。加入CB玻璃助烧剂, β-锂霞石陶瓷致密性显著提高, 内部无微裂纹存在。加入4wt%和6wt% CB玻璃的β-锂霞石陶瓷在室温~200℃范围内具有零膨胀系数, 分别为0.02×10^-6/K和0.4×10^-6/K。然而, 加入8wt% CB玻璃的β-锂霞石陶瓷样品中产生了具有高正膨胀系数的新物相LiAlO₂, 使样品的热膨胀系数提高至3.46×10^-6/K。     

热处理对Mg-Al-Si-Ti-B系微晶玻璃析晶及介电性能的影响

采用差热分析仪(DSC), X射线衍射仪(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)等测试手段, 研究了不同烧结制度下19MgO-23Al₂O₃-53SiO₂-4TiO₂-2.5B₂O₃(wt%, M-A-S-T-B)系微晶玻璃样品的析晶过程、相成分与含量及微观形貌, 并分析了核化与晶化时间对材料微波介电性能的影响关系。结果表明, 根据玻璃受控析晶机制, 当热处理制度为850℃/2 h+950℃/2 h时, 斜顽辉石(MgSiO₃)相得以较好的析出, 且伴随有α-堇青石(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)、镁铝硅酸盐(xMgO-yAl₂O₃-zSiO₂)和方石英(α-SiO₂)相的析出。随着核化时间的延长, M-A-S-T-B体系各晶相种类及析出量变化不明显; 而随着晶化时间的延长(20 h), 材料的晶化程度提高, 品质因数(Q×f)得以提升, 颗粒状晶粒析出趋于显著; 但当晶化时间进一步延长至30 h时, 样品致密度降低, 介电损耗略有增大。在热处理制度为850℃/2 h+950℃/20 h下, 样品获得的微波介电性能较优: ε_r=3.85、τ_f ≈-5.37×10^-6/℃和Q×f ≈12740 GHz(f₀=13.973 GHz)。     

透明LAS微晶玻璃的显微结构和热性能研究

用熔融法制备LAS透明微晶玻璃;采用DSC,XRD,SEM等测试方法,研究了透明LAS微晶玻璃的晶相组成、显微结构及热性能。结果表明:720℃核化2 h,780~900℃晶化2 h均得到β-石英固溶体微晶玻璃,晶粒尺寸在10~30 nm之间,具有优良的透明性,30~700℃的热膨胀系数在(3.50~5.92)×10-7/℃之间变化;720℃核化2 h,860℃晶化2 h得到的微晶玻璃在900℃保温10 h后透明性优良,30~700℃的热膨胀系数为3.64×10-7/℃。     

银复合的Ge-In-S-CsI硫系玻璃的非线性光学性能研究

通过真空熔融淬冷法制备了银复合的70GeS₂-20In₂S₃-10CsI硫系玻璃样品, 利用Z-扫描技术研究了玻璃样品在800 nm处三阶非线性光学性质, 发现引入Ag可提高其折射率n和非线性折射率γ, n从2.204增加至2.4087, γ从23.3×10^-18 m²/W增加到30.5×10^-18 m²/W, 此外非线性响应时间从70 fs增加到79 fs。热处理对玻璃的非线性光学性能的影响研究显示, 热处理后样品的γ增加至44.3×10^-18 m²/W, 是As₂Se₃玻璃的两倍多。发现析晶后带隙变小(吸收边红移)导致非线性吸收系数β减小, 使得样品的品质因子提高至3.3。Ag复合的硫系玻璃及玻璃陶瓷非线性折射率大、品质因子高、非线性响应快, 有望用于全关开关等各类非线性光学器件中。     

B_2O_3掺杂Li_2O-Al_2O_3-SiO_2低膨胀透明微晶玻璃的制备及性能表征

为了降低微晶玻璃的熔化温度、改善玻璃的化学稳定性、机械性能和玻璃的熔化质量,在Li2O-Al2O3-SiO2三元玻璃系统中加入5%的B2O3。但加入氧化硼容易产生玻璃分相,生成的主晶相β-石英固溶体就会减少,引起透光性下降。作者以TiO2、ZrO2作为复合晶核剂,通过改变成核温度、成核时间、晶化温度、晶化时间,控制晶体颗粒度大小,制备出了晶粒较小、主晶相为β-石英固溶体的低膨胀透明微晶玻璃,其透过率大于80%,膨胀系数为2.0×10-6/K-1。采用差热分析仪分析了晶化前后玻璃的放热情况,用X射线衍射仪分析了微晶玻璃的主晶相为β-石英固溶体,采用SEM分析了透明微晶玻璃和半透明微晶玻璃的晶体结构。     

蒸汽相转化涂晶法SAPO-34分子筛膜的制备及表征

采用一种新型涂晶方法即蒸汽相转化涂晶法, 在廉价大孔α-Al₂O₃载体上水热合成制备高质量的SAPO-34分子筛膜。该方法能够有效修复α-Al₂O₃载体的大孔缺陷, 通过制备平整均匀的晶种层, 最终得到了连续并且无明显“针孔”缺陷的SAPO-34膜。实验考察了浆料中添加尺寸分别为2 μm、1 μm、500 nm及100 nm的晶种对形成晶种层及分子筛膜的影响, 并将制备的分子筛膜用于渗透汽化异丙醇脱水实验。在75℃下对90wt%的异丙醇/水混合物具有优良的分离性能, 其通量和分离系数分别为1.396 kg/(m²·h)和973。     

硬盘基板用微晶玻璃的析晶过程研究

利用差热分析、热膨胀曲线与Ｘ射线衍射等方法研究了含ＴｉＯ_２和ＺｒＯ_２的 ＭｇＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２玻璃的析晶过程．７８０℃时玻璃中析出的镁铝钛酸盐促使玻璃在８００℃析出Ｍｇ－透辉石,随后在 ９３０℃Ｍｇ－透辉石和镁铝钛酸盐开始向假蓝宝石、金红石和Ｚｒ／Ｔｉ固溶体转变;１０３０℃假蓝宝石开始转变为β－石英固溶体,而在１１２５℃以上温度,β－石英固溶体转化为α－堇青石、方石英和顽火辉石,同时金红石和Ｚｒ／Ｔｉ固溶体向锆英石和钛酸镁转变．依据玻璃析晶序列,选择在９３０～１０５０℃间温度下对玻璃进行热处理,制得以假蓝宝石为主晶相的微晶玻璃．此微晶玻璃具有细小均匀的晶粒结构,具有高的弹性模量（１２０ＧＰａ）和良好的表面性能,是适宜的硬盘基板材料．     

晶核剂对Li2 O-Al2 O3-SiO2系统微晶玻璃结构和性能的影响

通过传统熔体冷却法制得了以P2O5和TiO2为晶核剂的Li2O-Al2O3-SiO2系统基础玻璃,并经过热处理制得了微晶玻璃.利用红外光谱分析、X射线衍射分析和扫描电子显微镜等对晶化试样的物相和显微结构进行了研究,着重探索了不同晶核剂对玻璃析晶、微晶玻璃结构、微晶玻璃力学和热学性能的影响.结果表明:TiO2更有利于玻璃析晶,但以P2O5为晶核剂的微晶玻璃具有更好的力学和热学性能.     

Ni2+掺杂尖晶石相透明微晶玻璃制备及光学性能

实验制备了Ni²⁺掺杂的ZnO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(ZMAS)体系的透明微晶玻璃, 研究了微晶玻璃的超宽带发光现象。热分析结果表明样品的玻璃化转变温度(T_g)和析晶峰温度(T_c)分别为754℃和948℃。采用X射线粉末衍射分析了两种热处理制度对玻璃的晶体形核、晶体生长及物相变化的影响, 结果表明: 采用阶梯温度热处理制度可以得到Ni²⁺掺杂的尖晶石相透明微晶玻璃。紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测试表明制备的Ni²⁺掺杂ZMAS微晶玻璃中Ni²⁺以四配位和六配位共同存在于尖晶石相中, 红外荧光中心位于1324 nm的样品荧光半高宽达490 nm。样品的超宽带荧光主要是由于微晶玻璃中六配位Ni²⁺在ZnAl₂O₄和MgAl₂O₄形成的尖晶石相固溶体晶体场中的³T_2g(³F)→³A_2g(³F) 能级跃迁。实验结果表明, 制备的微晶玻璃在超宽带光纤放大器等光子器件中具有潜在的应用前景。     

锂铝硅微晶玻璃自增强机制分析及表面强化技术进展

锂铝硅(LAS)微晶玻璃凭借优异的零膨胀特性和较高的可见光透过率获得了广泛的应用和研究。LAS微晶玻璃中大量的石英固溶体颗粒对裂纹扩展有明显的阻碍作用,裂纹尖端的应力释放和裂纹弯曲等独特的断裂机制可有效实现结构自增强。鉴于LAS微晶玻璃和基础玻璃的相似性,在保持零膨胀和高透过的前提下,其表面强韧化技术成为其另一个重要的研究方向。本文全面论述了国内外锂铝硅微晶玻璃表面强韧化处理技术的研究进展,对我国今后该领域的技术创新和应用具有指导作用。     

K2O对LZAS微晶玻璃微观结构及热膨胀性能的影响

采用DTA、XRD、SEM、TEC(热膨胀系数)等分析手段研究了加入K2O前后LZAS系统微晶玻璃的微观结构和热膨胀性能.结果表明,650℃晶化时,试样析出γⅡ-LZS和方石英晶体;725℃时,γⅡ-LZS逐渐转变为γ0-LZS晶体,并且出现β-石英固溶体;800℃时,β-石英固溶体转变为β-锂辉石固溶体,晶粒尺寸逐渐长大.制得微晶玻璃的热膨胀系数在(50～130)×10-7℃-1(20～500℃)之间,其大小取决于晶相的种类和含量.并且K2O的加入降低了玻璃的转变温度、粘度,抑制了玻璃的析晶倾向,增大了微晶玻璃的热膨胀系数.     

Effects of fluorine on crystallization,structure and performances of lithium aluminosilcate glass ceramic

The effects of fluorine on the nucleation, crystallization, structure and performances of low-expansion lithium aluminosilcate glass ceramic are investigated by the differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and other measuring technologies. The introduction of fluorine promotes the nucleation and crystallization of LAS glass, lowers the crystallizing temperature, allows a direct formation of β-spodumene without the transformation from β-quartz into β-spodumene and as a result, refines the microstructure and improves the physical and mechanical properties of the glass ceramics.     

SiO2-MgO-Al2 O3-F系玻璃陶瓷的析晶

本文应用TEM,XRD和EDAX等技术,系统研究了SiO2-MgO-Al2O3-F系玻璃陶瓷的析晶过程.结果表明:在玻璃熔体的冷却过程中,由于弛豫作用而形成晶核,在随后的热处理过程中,中间相Mg2FB3和KAlSiO4以此核为中心析出;氟的存在促进了晶体的整体析出,而主晶相氟金云母在中间相的晶界处形核长大.     

Controlled crystallization of glass–ceramics with two nucleating agents

The optimum nucleating agent had been investigated in Li₂O–Al₂O₃–SiO₂ glass–ceramics system with 2% ZrO₂ and different amounts of TiO₂ as nucleating agents. The activation energy (E) of crystallization and the Avrami parameter (n) for the LAS glasses obtained from the DTA and results show that the most effective addition of TiO₂ was about 2.36 wt.%. With the optimum nucleating agents (2% ZrO₂ + 2.36% TiO₂) addition, LAS glass–ceramics with fine grain, high transparency and good mechanical properties were obtained, due to the β-quartz solid solution formed after the crystallization process.     

Crystallization and microstructures of Y-Si-Al-O-N glass-ceramics containing main crystal phase Y<Subscript>3</Subscript>Al<Subscript>5</Subscript>O<Subscript>12</Subscript>

A glass with the nominal composition of 28Y48Si24Al83O17N (in equal percentage) was chosen as parent glass in this paper to prepare Y₃Al₅O₁₂-based glass-ceramics. Differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used to assess the crystallization process of the parent glass. YAG as the only crystalline phase appears in all glass-ceramics produced under 1250°C. A small amount of O’-Sialon secondary phase starts to precipitate from parent glass samples as heat treatment temperature increases to 1250°C. Grain size of the dendrite crystal which corresponds to YAG phase increases and the dendrite branches get thickened as heat treatment temperature increases. Moreover, grain size of YAG phase resulting from two-stage heat treatment is much smaller than that of YAG phase obtained by one-stage heat treatment. The results are relevant to developing improved crystallization treatments for glasses with potential for crystallization to YAG-based glass-ceramics and for heat treatments of YAG/β-SiAlON materials.     

热处理对二硅酸锂微晶玻璃结构和强度的影响

以SiO_2-Li_2O-K_2O-B_2O_3-P_2O_5为基础组成,P_2O_5为形核剂,采用传统熔体冷却法制备了该系统基础玻璃.利用DSC、XRD、SEM等检测手段研究了热处理制度对玻璃析晶行为、析出晶相种类、晶粒尺寸、晶粒分布及微晶玻璃力学性能的影响.结果表明,当引入P_2O_5为形核剂时,玻璃在核化温度范围内发生分相,并诱导Li_2SiO_3的异相成核.随温度的升高,亚稳态的Li_2SiO_3最终转变成Li_2Si_2O_5稳定相.基础玻璃经核化处理后,分两步晶化比一步晶化更有利于Li_2Si_2O_5的生长,并在一定程度上提高了微晶玻璃的抗弯强度.延长晶化时间能使Li_2Si_2O_5晶体进一步生长,联锁微观结构聚集体的尺寸增大,晶粒与晶粒间交联程度更高,晶粒间有更牢固的化学键合,抗弯强度有所提高.     

宽温度稳定Ba0.80Sr0.20TiO3/Pb0.82La0.12TiO3复合厚膜的低温制备研究

利用溶胶-凝胶法合成了两种不同居里温度的Ba_0.80Sr_0.20TiO₃(BST-80)和Pb_0.82La_0.12TiO₃(PLT-12)铁电陶瓷微粉.以陶瓷微粉,低熔点玻璃粉末PbO-B₂O₃等混合配制浆料,应用丝网印刷法在ITO石英玻璃基板上制备厚膜,并在550-750℃温度下于密封的石英套管中烧结致密化,成功的在750℃低温下制备出BST-80和PLT-82晶相稳定共存的复合厚膜.厚膜的相关性能通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、阻抗仪(LCR)等手段进行测试.结果表明,厚膜的形成主要通过750℃下PbO-B₂O₂玻璃相的浸润及均匀包裹到颗粒表面并经颗粒在玻璃相中一定的液相传质过程而致密化;通过控制玻璃相的包裹及控制颗粒的扩散实现颗粒相的稳定共存.厚膜中PLT-82晶相的晶格受Pb²⁺离子扩散进入玻璃相而略有缩小.这种复合厚膜的介电常数在较宽的温度范围0-300℃间的变化率<18％,具有较高的温度稳定性.     

基于有限元法模拟微晶玻璃的微晶化加热过程

以CaO-Al_2O_3-SiO_2系基础玻璃为研究对象,基于ANSYS有限元分析对基础玻璃微晶化过程进行了数值模拟,得到了基础玻璃内部中心点和端点温度场随时间的变化曲线方程。结果显示,在从室温加热到核化温度阶段(25~780℃)和从核化温度加热到晶化温度阶段(780~1 080℃),基础玻璃内部的中心点温度和端点温度值随时间变化与指数方程拟合度较高。为防止在加热过程中温度场中有较大的温度梯度分布和热应力的产生,在25~780℃阶段的升温速率应控制在2~4℃/min;在780~1 080℃阶段的升温速率应控制在0~2℃/min。通过差热分析和X射线衍射等分析手段对以3℃/min的升温速率升至核化温度(780℃)后又以1℃/min的升温速率升至晶化温度(1 080℃)后制得的CaO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃进行了实验验证,得到了主晶相为硅灰石(CaSiO_3)和含铁硅灰石类固溶体((Ca,Fe)SiO_3)且性能优异的微晶玻璃。