MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-CeO2系统微晶玻璃的析晶过程与微波介电性能

利用DTA、XRD、SEM及TEM等实验手段,研究了MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-CeO2系统玻璃的一个典型组成的析晶过程,并讨论了其在相变过程中微波介电性能的变化规律.研究结果表明,作为核化的先导,原始玻璃在晶化之前已经分相;在热处理过程中,金红石晶核首先在约800℃时析出;硅钛铈矿和α-堇青石则先后在约900和1100℃出现.随着热处理温度和晶化程度的提高,材料的微波介电常数不断提高,而介电损耗则不断下降.但热处理温度超过1100℃时,由于α-堇青石相的大量析出,材料的介电常数开始降低,同时由于晶粒的粗化,介电损耗略有升高.由玻璃受控析晶得到的微晶玻璃由针状金红石、颗粒状硅钛铈矿和板条状α-堇青石三种主要晶相构成,在微波频率下(10G),介电常数可在8～11范围内调控,介电损耗可＜6×10-4,是一种有实用价值的新型微波介质材料.     

TiO2对CaO-Al2O3-SiO2系玻璃晶化机理的影响

使用差热分析（DTA）方法研究了TiO2对CaO－Al2O3－SiO2系玻璃晶化机理的影响，发现在CaO－Al2O3－SiO2系玻璃中，引入TiO2有助于玻璃网络聚合程度的降低，从而导致玻璃的粘度减小，转变温度Tg和析晶峰温度Tp的降低.玻璃的析晶难易程度和析晶峰温度的高低不存在相互对应关系．CaO－Al2O3－SiO2系玻璃中，不管是否加入TiO2，均以表面晶化为主，TiO2的晶核剂效果不显著．充分的核化热处理也不能促使含TiO2的CaO－Al2O3－SiO2系玻璃发生体积晶化，TiO2的含量越高，核化热处理后玻璃的表面晶化效果越显著．     

MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-CeO2系统微晶玻璃的析晶过程与微波介电性能

利用DTA、XRD、SEM及TEM等实验手段,研究了MgO-Al₂O3-SiO₂-TiO₂-CeO₂系统玻璃的一个典型组成的析晶过程,并讨论了其在相变过程中微波介电性能的变化规律。研究结果表明,作为核化的先导,原始玻璃在晶化之前已经分相;在热处理过程中,金红石晶核首先在约800℃时析出;硅钛铈矿和α-堇青石则先后在约900和1100℃出现,随着热处理温度和晶化程度的提高,材料的微波介电常数不断提高,而介电损耗则不断下降,但热处理温度超过1100℃时,由于α-堇青石相的大量析出,材料的介电常数开始降低,同时由于晶粒的粗化,介电损耗略有升高。由玻璃受控析晶得到的微晶玻璃由针状金红石、颗粒状硅钛铈矿和板条状α-堇青石三种主要晶相构成,在微波频率下(10G),介电常数可在8～11范围内调控,介电损耗可<6×10^-4,是一种有实用价值的新型微波介质材料。     

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.     

MgO-Al2O3-SiO2系堇青石微晶玻璃的制备及性能研究

采用高温熔融法制备了MgO-Al2O3-SiO2系堇青石微晶玻璃,采用DTA、XRD等对试样的热处理工艺和力学性能进行了分析,详细讨论了晶化温度、晶化时间、核化温度及核化时间对该系微晶玻璃力学性能及显微结构的影响。结果表明,对于实验研究的MgO-Al2O3-SiO2系玻璃,于600℃核化处理4h,于1100℃晶化处理2h,可以得到具有较好性能的堇青石基微晶玻璃,其抗弯强度可达182MPa。     

添加氧化物对Ba2TiSi2O8极性玻璃陶瓷析晶性能的影响

采用恒温场晶粒定向晶化工艺制备了Ba2TiSi2O8极性玻璃陶瓷，在组成1．2BaO—1．0TiO2—2．6SiO2的基础玻璃中，分别加入0．2CaO和0．1ZrO2，研究了添加不同的氧化物对Ba2TiSi2O8极性玻璃陶瓷析晶性能的影响。实验结果表明，加入CaO和ZrO2都会影响主晶相的析出过程，特别是加入ZrO2造成玻璃陶瓷中产生BaZrSi3O9第二相。此外，压电性能测试显示，加入0．2CaO有利于BTS晶体的定向析晶；加入ZrO2不利于BTS晶体的定向析晶。     

含碱金属离子的CaO-B2O3-SiO2系玻璃陶瓷性能研究

研究了碱金属氧化物对CaO-B2O3-SiO2(CBS)系玻璃陶瓷的软化析晶温度以及材料的烧结、介电等方面性能的影响。结果表明:对于添加双碱的CBS玻璃,随双碱金属离子半径增大软化温度呈升高趋势,而析晶峰值温度呈降低趋势。Na2O和K2O添加对于改善CBS系玻璃陶瓷烧结性能效果更好,试样内部晶粒分布均匀、结构致密。烧成试样主晶相均为CaSiO3,CaB2O4和石英。试样的介电常数和介电损耗随频率的增加而减小。随着测试温度的升高,试样的介电常数略有增加,而介电损耗呈降低趋势。     

亚微米Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃制备

本文利用DTA、XRD和SEM对Li2O-Al2O3-SiO2(以下简称LAS)微晶玻璃核化晶化热处理制度及氟离子在该玻璃体系中的作用进行研究.通过分析得出:含氟LAS玻璃核化温度和晶化温度分别为620℃和710℃,比相同组份的不含氟Li2O-Al2O3-SiO2玻璃核化、晶化温度分别降低了40℃和160℃左右;引入氟离子明显降低LAS玻璃析晶温度,系统的活化能降低约54kJ/mol,当含氟LAS玻璃的核化时间为1h、晶化时间为4hrs,平均微晶颗粒尺寸在50nm左右.     

Cr2O3的添加对MgO-Al2O3-SiO2-TiO2系统微晶玻璃析晶行为的影响

利用DTA、XRD、SEM和TEM等实验手段,研究了Cr2O3的添加对于MgO-Al2O3-SiO2-TiO2系统微晶玻璃析晶行为的影响.同时,通过Ozawa和Kissinger方法计算出系统中α-堇青石的析晶活化能E.研究结果表明,少量Cr2O3的添加并不改变MgO-Al2O3-SiO2-TiO2系统玻璃析出的晶相类型,但是提高了玻璃转化温度Tg,降低了α-堇青石的析晶活化能.由于析晶活化能的降低,促进了α-堇青石的析出,最终获得了一种有实用价值的微波介质材料.该材料在微波频率下(10GHz)的相对介电常数约5.5,介电损耗＜7×10-4.     

La2O3在MgO-Al2O3-SiO2-TiO2微晶玻璃中的作用

在MgO-Al2O3-SiO2-TiO2玻璃中添加不同数量的氧化镧，采用差热分析，X射线衍射及电子显微镜等技术研究了氧化镧对玻璃析晶过程与力学性能的影响。氧化镧的加入使玻璃中析出α－堇青石相的温度降低，同时避免了高膨胀方石英相的析出。随着氧化镧加入量的增加，玻璃整体析晶能力下降，微晶玻璃中晶相含量减少，晶粒尺寸增大，微晶玻璃的弹性模量与硬度减小，断裂韧性增加，体现出大尺寸长柱状金红石晶粒的增韧作用。     

Preparation of AgCl Nano-Crystal Embedded Tellurite Nonlinear Optical Glasses under Electric Field Accompanied Heat Treatment

The quantum effect of nano-crystals is an important factor to improve nonlinear optical performance of nanocrystal embedded glasses, while controlling the size distribution and content of nano-crystals in the glass accurately is a key to obtain good quality. The auxiliary direct current electric field, accompanied with heat treatment, was applied on AgCI containing niobic tellurite glass sheet. The nucleation and crystallization of the glass were well controlled under auxiliary electric field. It was found that the average size of AgCI nano-crystal particles in the glass is smaller than that under single heat treatment, and the content of nano- crystals is higher. Therefore the third-order nonlinear optical performance of the glass was increased a lot. The local-area distributed AgCl nano-crystal particles can also be embedded into a glass sheet by using locally applied electric field.     

MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃的IR、DTA和XRD研究

利用红外光谱、差热分析、X射线粉末衍射、电子显微镜等手段研究了含有TiO2和ZrO2的堇青石微晶玻璃的分相，成核与析晶过程，热处理过程中玻璃首先发生分相，富含钛离子的一相呈现点滴状，均匀分散于玻璃基体中，随后玻璃中析出大量微小的镁铝钛酸盐晶粒，并保持与玻璃分相类似的显微结构形貌，在玻璃析晶过程中钛离子逐渐向六配位状态转化，表明玻璃中钛离子参与形成晶相，玻璃相中钛离子含量逐渐减少。     

ZnO和CaO含量对CaO-Al2O3-SiO2系泡沫微晶玻璃析晶与发泡的影响

以CaO-Al2O3-SiO2玻璃为基体,以石墨为发泡剂,制备硅灰石基泡沫微晶玻璃,研究了玻璃中引入ZnO和增加CaO含量对析晶与发泡的影响.结果表明,ZnO可降低发泡过程中假硅灰石晶相的析出量,促进玻璃粉与发泡剂混合物的烧结,降低发泡剂在较低温度下的损耗.提高CaO含量,样品结晶度增大,相同温度下玻璃的粘度增加,发泡效率降低.原料中ZnO加入量6wt%、CaO含量为18wt%的CaO-Al2O3-SiO2玻璃粉,较低温度下烧结充分,发泡剂损耗相对较少,在1000℃的发泡温度下可获得气孔率高的泡沫微晶玻璃.     

玻璃基片中银纳米晶图形电场诱导热转印

图形分布金属纳米晶体掺杂的玻璃材料有着巨大的应用潜力,寻找一种简易高效的图形化制备方法受到科研人员的高度关注。利用高温高压直流电场的定向诱导迁移作用,结合后续热处理工艺,即可在硅酸盐玻璃基片中形成与表面银膜图形相对应的银纳米晶分布,从而实现纳米晶体图形的电场诱导热转印。本文研究了电场诱导热转印中金属离子扩散及纳米晶析出过程,发现经过电场诱导扩散后,银主要以Ag+和Ag0形态分布在深度为0-100μm的玻璃表层中,经过后续热处理生成粒径为7-15nm的银纳米晶图形层。研究表明在电场诱导热转印过程中,Ag+在受电场诱导作用进行定向扩散之外,也在玻璃表层中发生一定的浓度梯度扩散,而在后续热处理时由于再次浓度梯度扩散和纳米晶体长大引起的银聚集效应,导致图形边界发生模糊。这些因素的综合作用决定转印图形的最终精度。     

TeO2-Nb2O5系统玻璃的成玻性能研究

TeO2是一种线性和非线性光学性能优良、但无法单独形成玻璃的重金属氧化物玻璃系统,Nb2O5的引入有利于获得均匀而稳定的碲酸盐系统玻璃.研究发现,Nb2O5的引入会改变TeO2-Nb2O5系统玻璃中Te4 、Nb5 的配位数,进而对玻璃的结构和成玻能力、稳定性以及析晶性能均产生明显的影响.含有20-30wt%Nb2O5的碲酸盐系统玻璃表现出较好的综合品质.     

AgCl纳米晶掺杂铌碲酸盐系统非线性光学玻璃材料研究

铌碲酸盐非线性光学玻璃具有优良的三阶非线性光学效应,引入适量纳米晶体后,有望进一步提高玻璃的三阶非线性光学性能.本文采用在辅助电场诱导下的热处理方法在TeO2-Nb2O5-BaO-AgCl系统玻璃中析出AgCl纳米晶体,并研究了AgCl含量、热处理工艺及电场施加工艺对纳米晶析出和三阶非线性光学性能的影响.结果发现,在铌碲酸盐系统玻璃中引入0.1%～0.35%(质量分数)的AgCl,经热处理后可在玻璃中获得AgCl纳米晶体,而辅助电场提供的较小推动力可诱导更多的纳米晶体均匀析出,并且可以将其尺寸控制在20nm以下.采用辅助电场与热处理工艺相匹配的控制技术可以明显提高材料的三阶非线性光学性能.     

玻璃基片中银离子及纳米晶图形电场诱导热转印

利用电场诱导热转印技术,通过电场诱导热扩散和后续热处理分别在硅酸盐玻璃内部获得了银离子与银纳米晶图形.借助XPS、FT-IR、UV-vis研究了银的扩散、析晶机制.结果发现,在直流电场作用下,图形膜中金属银通过电化学反应被氧化为银离子,并沿电力线扩散进入玻璃基体,分别以Ag+和Ag0形式占据Na+空位和填充到玻璃网络间隙.后续热处理过程中部分Ag+还原为Ag,银离子通过扩散、成核、析晶为银纳米晶.EPA和HRTEM等分析表明,玻璃内部获得的金属银离子及银纳米晶图形清晰,银含量最高可达24.5%(质量分数),扩散深度>200μm,银纳米晶体呈面心立方结构,直径为7～15nm.     

K2O-MgO-Al2O3-SiO2系玻璃的分相与析晶

利用ＨＲＥＭ和其它分析手段研究了含氟或含锆Ｋ２Ｏ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系统玻璃液滴状分相对成核的影响,实验中观察到成核首先从液滴相内部开始,根据晶核的电子衍射图样和晶格条纹数据结合晶面间距计算,分析了分相对成核的影响以及引起整体析晶的主要因素和析晶次序等。     

锂铝硅系光敏微晶玻璃的研究进展和应用

自Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系光敏微晶玻璃诞生以来,人们便期望将其优秀的异向刻蚀能力应用于微型结构件的制造中。目前,对锂铝硅系光敏微晶玻璃材料的研究主要集中在成核机理、析晶过程和组分、性质间的关系等方面。光敏微晶玻璃的光敏性和结晶性能密不可分,光敏性决定了晶核的形成,而生成的偏硅酸锂晶体则决定了其异向刻蚀能力。因而对成核机理和析晶过程的研究至关重要,亦有利于了解玻璃的本质。而随着科学技术的发展进步,光敏微晶玻璃的某些性能已不能很好地满足应用要求,如介电损耗和化学稳定性,因此提高光敏微晶玻璃的性能变得必要。随着研究的日益深入,光敏微晶玻璃在实际应用中也暴露出一些问题,如刻蚀精度、壁角倾斜度、内壁光滑度、介电损耗高等,这些问题制约着该材料的发展,亟待解决。 本文阐述了锂铝硅系光敏微晶玻璃的光敏化诱导析晶原理,详细介绍了Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系光敏微晶玻璃的研究进展以及在三维集成电路、微流控芯片和微通道板等方面的应用,分析了现阶段存在的问题,并指出了今后光敏微晶玻璃的研究方向。