玻璃晶化法制备透明陶瓷的研究进展

随着光电技术的迅猛发展，人们对作为信息传输“窗口”介质的透明材料提出了更高的要求。透明陶瓷由于具备优异的力学、热学、光学和电学性能，已经被广泛用作高压钠灯灯罩、导弹整流罩、装甲防护透明窗、激光增益介质和激光白光照明荧光转换体等。目前制备透明陶瓷的常规方法主要是高真空烧结、热压烧结、热等静压烧结以及放电等离子体烧结等。上述制备方法的工艺复杂、成本高，严重限制了透明陶瓷的实际应用。近年来，人们提出了一种通过在析晶温度进行热处理诱导母体玻璃完全晶化而制备透明陶瓷的方法，并因其具有快速、简单、低成本的特点而吸引了众多研究者的兴趣。本文系统总结了通过玻璃晶化制备透明陶瓷的研究进展及其应用展望。     

钙铝酸盐红外玻璃的微晶化

采用真空熔制方法制备出钙铝酸盐红外玻璃,通过热处理方法对玻璃进行微晶化获得钙铝酸盐微晶玻璃。研究了晶核剂ZrO_2对钙铝酸盐玻璃析晶机制的影响,以及不同微晶化条件下钙铝酸盐玻璃的析晶情况和红外透过性能。结果表明:晶核剂的引入改变了钙铝酸盐玻璃的析晶机制,未添加ZrO_2的铝酸钙玻璃的析晶主要为表面析晶,析出晶相主要是BaAl_2O_4、Ba_3Al_2O_6;添加ZrO_2后,玻璃向整体析晶转化,析出晶相以Ca_3Al_2O_6为主;在930~970℃范围内,通过控制处理温度和时间可以获得透明的含ZrO_2铝酸钙微晶玻璃,在3~5μm波段具有良好的红外透过性能,玻璃硬度达到8.04 GPa以上。     

定向生长非线性光学微晶玻璃的制备

定向生长非线性晶体掺杂玻璃具有优越的非线性光学特性,在开发具有特定光功能的光学元器件领域有广泛的应用前景。介绍近年来该类功能微晶玻璃的制备方法及研究进展,包括:可控热处理、超声表面处理、机械热挤压、电化学合成、磁场效用及激光诱导定向析晶等,并对飞秒激光诱导工艺的研究和机理作了较为详细的阐述。利用外场诱导玻璃中的晶体形成与定向生长,可实现将各种不同功能的非线性光学晶体集成在玻璃内部,制备出新型光学材料。最后,对定向生长非线性晶体掺杂玻璃的制备技术进行了展望。     

Li_2O-Al_2O_3-SiO_2系统微晶玻璃晶相的研究

本文研究了Li_2O-Al_2O_3-SiO_2系统微晶玻璃的晶相,借以获得新型微晶材料。取自鳞石英、偏硅酸锂、二硅酸锂和锂辉石4个相区的玻璃成分,经过熔制、析晶,并用X-射线衍射方法鉴定了析出的晶相。由于相图中的原始相往往在微晶玻璃中并不出现,因此作者探讨了析晶过程中晶相转变情况,试图找出析晶介质和晶相结构间的联系。最后作者提出了微不均区域的模型,描述了本系统微晶玻璃在晶化以前的结构。     

MgO-Al2O3-SiO2系透明玻璃陶瓷研究进展

透明玻璃陶瓷具有热膨胀系数可调、强度高、化学稳定性好的优点,且兼具透光/发光的特性,是一种在光学信息、生物技术、激光技术、红外遥感及民用照明等领域有着广泛的应用前景的新型功能材料。本文简述了玻璃陶瓷的透光机制,对形核剂、过渡金属离子及稀土离子掺杂MgO-Al₂O₃-SiO₂(MAS)系透明玻璃陶的析晶及透光/发光性能方面的研究进展进行了介绍,并简要分析了开发具备透光/发光性质的高结晶度MAS透明玻璃陶瓷材料存在的问题,最后展望了透明玻璃陶瓷的发展趋势与前景。     

TiO2-BaO-SiO2系统高折射率玻璃微珠的研制

以TiO2-BaO-SiO2系统为高折射率玻璃微珠的玻璃系统,采用X射线衍射、梯度炉、光学显微镜等测试手段探讨了玻璃微珠的析晶、成型方法和折射率的测定方法.结果表明,TiO2-BaO-SiO2玻璃系统随着TiO2/BaO摩尔比的增大,析晶倾向增大,所制得的玻璃微珠通过固体介质熔融比较法测得2.0＜nD＜2.1.     

掺杂Er~(3+)、Yb~(3+)对玻璃陶瓷发光性能的影响

稀土离子Er~(3+)、Yb~(3+)掺杂的透明玻璃陶瓷,通过调整组分及热处理条件,可以实现对玻璃网络结构和玻璃化能力的调节,达到析晶可控与稀土在纳米晶相中重掺的目的。它兼具晶体和玻璃的一些优点,具有高发光效率、高透过率、高稳定性和发光波段可调等性能。而且其热导性和耐热冲击性比较好,使之更适合用作大功率激光工作物质。本文介绍了掺杂Er~(3+)、Yb~(3+)稀土离子的玻璃陶瓷发光机理,并探讨了其影响因素。     

掺杂Er~(3+)、Yb~(3+)玻璃陶瓷发光性质及其影响因素

稀土离子Er~(3+)、Yb~(3+)掺杂的透明玻璃陶瓷,通过调整组分及热处理条件,可以实现对玻璃网络结构和玻璃化能力的调节,达到析晶可控与稀土在纳米晶相中重掺的目的。它兼具晶体和玻璃的一些优点,具有高发光效率、高透过率、高稳定性和发光波段可调等优异性能。而且其热导性和耐热冲击性比较好,使之更适合用作大功率激光工作物质。笔者介绍了掺杂Er~(3+)、Yb~(3+)稀土离子的玻璃陶瓷发光机理,并探讨了其影响因素。     

MgO含量对微晶玻璃结构及性能的影响

锂铝硅系微晶玻璃是一种具有优异的光学、力学性能的微晶玻璃材料。本文制备了以透锂长石和二硅酸锂为主晶相的锂铝硅系透明微晶玻璃,并通过DSC、XRD与SEM研究了MgO含量对该微晶玻璃析晶行为及结构的影响,利用维氏硬度、抗弯强度等测试方法研究了MgO含量对该微晶玻璃力学性能的影响。结果表明,当MgO含量(质量分数)从0%增加至3%,基础玻璃的析晶温度从771 ℃降低至729 ℃,析晶能力增强,微晶玻璃的结晶度从62%增加至72%,晶粒尺寸从29 nm增大至33 nm。随着MgO含量的增加,微晶玻璃中会析出β-石英固溶体,抗弯强度增大。     

超快激光在玻璃内部诱导选择性晶化技术研究进展

近几年迅速发展的光量子技术对全无机透明介质内部先进功能结构的制造提出了更高的要求.利用超快激光与物质相互作用,选择性修饰玻璃网络并快速产生功能各异的微晶结构无疑为制造各种新型光子元件提供了一种重要手段.首先介绍了超快激光选择性晶化的基本原理以及该技术所需要的激光参数和材料特性,比较了该技术与传统晶化方法的优势与局限,重...     

反应析晶烧结法制备透辉石-钠长石玻璃陶瓷

以滑石、高岭土和化学试剂合成了两种析晶促进剂,加入到废玻璃粉末中烧结制备成透辉石-钠长石玻璃陶瓷。研究了析晶促进剂的组成和加入量对玻璃陶瓷析晶和性能的影响。结果表明,在烧结过程中,析晶促进剂和玻璃发生反应,析出透辉石和钠长石。析晶促进剂的组成和加入量对反应析晶有一定影响,随析晶促进剂加入量的增加,玻璃陶瓷密度和强度先增后降,存在一最佳加入量,这时烧结的玻璃陶瓷有较高的密度和强度。     

稀土光学玻璃析晶动力学研究

本文用DTA法研究了稀土光学玻璃的析晶动力学;用X射线衍射分析法鉴定了玻璃的析晶相;以含稀土氧化物的硼酸盐玻璃为例,计算了玻璃的析晶活化能及晶体生长指数。计算数据说明,玻璃的析晶过程是由扩散过程控制的,晶体的生长是板片状晶体在晶棱接触后才增厚。文中还讨论了析晶相结构及熔体结构对玻璃析晶活化能的影响。     

差热分析在玻璃相变中的应用

综述了差热分析在玻璃相变中的应用.主要论述了利用差热分析法研究析晶动力学、测定玻璃析晶过程的核化速率、确定玻璃析晶的核化及晶化温度和差热分析在分相中的应用.     

超快激光在玻璃内部直写纳米晶及其应用

超快激光直写技术由于其灵活性、高效性和良好的方向性,可以三维选择性地在材料内部进行加工,被广泛应用于玻璃的微晶化及其器件的制备中,在光储存、波导激光器、光子电路和集成光子芯片等领域有着广泛的应用前景。本文简要概述了超快激光在玻璃内部诱导析晶的原理,晶态/非晶态自组织周期性结构的形成机制,以及超快激光在玻璃三维空间中诱导析晶的最新研究进展,总结了通过控制激光参数和玻璃成分等实现对结晶形态、结构及光学性质调控的相关研究,并对所直写的微纳结构在非线性器件、光储存、激光器等领域的应用和发展方向进行了概述与展望。     

含CaF2纳米晶的透明玻璃陶瓷的制备工艺分析

采用熔融冷却法制备了组分为55SiO2-20Al2O3-5CaO-20CaF2及45SiO2-20Al2O3-10CaO-25CaF2两组玻璃,并通过热分析测定了玻璃的转变温度、核化温度和晶化温度。采取等温热处理工艺在不同温度下对两组玻璃进行3h晶化热处理并对热处理后的试样进行物相结构、透光率和微观形貌的表征。结果表明,将玻璃进行等温晶化热处理能制备含CaF2纳米晶的透明玻璃陶瓷;增加组分中CaF2及CaO的含量能提高体系的玻璃转变温度及成核温度;提高热处理温度使析晶程度增大,透光率下降;CaF2和CaO在玻璃中可引起成分偏聚而产生分相,提高玻璃的析晶程度。     

基于MSC.Marc二次开发功能的玻璃析晶研究

玻璃在成形过程中的析晶现象对玻璃的性质有重要影响,利用MSC.Marc软件的二次开发功能研究了玻璃压延成型中的析晶问题,介绍了MSC.Marc软件子程序接口及开发方式.利用经典的尤曼析晶模型,编写了相应的UGRAIN子程序,并进行了算例分析.推测出玻璃成型中析晶温度的大致范围,分析了过冷度与玻璃析晶的关系.为玻璃压延成型工艺参数的优化以及深化玻璃晶化理论的研究提供了依据.     

TiO2对堇青石玻璃陶瓷析晶性能的影响

以堇青石玻璃陶瓷为研究对象,通过DTA、XRD等先进测试技术对微晶玻璃析晶动力学进行了研究。通过对玻璃的稳定性参数△T、Kg1、析晶活化能E和晶体生长指数n值的分析研究了其析晶机理。实验结果表明:TiO2的加入能显著降低本系统玻璃的稳定性,降低系统的析晶活化能和析晶温度;晶体生长指数n=2,体系属于整体析晶;TiO2可改变系统的初晶相类型从而影响析晶动力学。     

Te-Ge系统玻璃半导体组成与析晶行为的依赖关系

本文提出了Te-Ge系统玻璃半导体析晶行为的实验结果。应用示差扫描量热法研究了析晶行为,以X射线衍射分析法鉴定了其中的晶体。根据实验数据,得知当玻璃组成中Ge含量增加时,玻璃的转变温度和析晶温度逐渐增加,而析晶活化能随着玻璃组成和析晶种类而有所变化。 文中对Ge在析晶行为中的作用,进行了讨论。     

CaO-Al2O3-SiO2系玻璃陶瓷的析晶动力学研究

采用差热分析方法(DTA)对CaO-Al2O3一SiO2体系玻璃陶瓷的析晶动力学参数进行了测定,研究了该系统微晶玻璃的析晶动力学.结果表明:随着CaO/SiO2比的增大,该系统玻璃的析晶活化能E变小,析晶动力学反应速率k(T)增大,玻璃稳定性变小.所有玻璃样品的析晶指数(n)约为1,为表面析晶机制.     

Li_2O—Al_2O_3—SiO_2系统微晶玻璃晶化过程的研究

本文系统的研究了Li_2O—Al_2O_3—SiO_2系统玻璃的微晶化过程。分别应用自动记录膨胀仪法及X—射线粉末法,研究了四种不同玻璃成分的析晶活化能及析晶晶相,并讨论了析晶活化能对于微晶化的影响。从实验结果得出了三点结论:(1)析晶活化能的大小与析出晶体的结构及原始玻璃中已存在的近程有序排列有关,析晶活化能大的成分在相应于析晶粘度的温度时的析晶速度慢,易于控制晶体的大小,有利于制得性能良好的微晶玻璃;(2)固态玻璃析晶过程较之高温平衡的析晶过程有较复杂的机理,四种玻璃所析出的晶相都不是该玻璃在相应相图上的原始相;(3)四种玻璃的强度、介电性能和软化温度都较之晶化前有所提高,膨胀系数也有很大的变化,这些都说明晶相在玻璃中所起的作用。