TiO_2掺杂对SiO_2-Al_2O_3-MgO系玻璃结构和力学性能的影响

采用传统熔体冷却法制备TiO_2掺杂量为0~1.8wt%的TiO_2/SiO_2-Al_2O_3-MgO系玻璃,探讨了不同TiO_2质量分数对玻璃体积密度、弯曲强度、压缩强度、压缩模量和结构稳定性的影响规律。结果发现:当TiO_2含量小于1.5wt%时,TiO_2/SiO_2-Al_2O_3-MgO系玻璃的光学带隙随着TiO_2含量的增加而减小、玻璃结构更加稳定,其体积密度、弯曲强度、压缩强度以及压缩模量均随着TiO_2含量的增加而上升;当TiO_2含量超过1.5wt%后,该玻璃体系的结构稳定性和力学性能均随着TiO_2含量增加而下降;当TiO_2的质量分数为1.5wt%时,玻璃的光学带隙达到最小值为3.75eV,各项力学性能达到最优,其弯曲强度为110.36 MPa、压缩强度为240.18 MPa、压缩模量为115.03GPa。适量TiO_2的掺杂,减少了玻璃网络结构中非桥氧的数量,使孤立的岛状网络单元重新聚合,从而显著提高了玻璃的结构稳定性和力学性能;但过量的TiO_2迫使TiO_2/SiO_2-Al_2O_3-MgO系玻璃结构中的桥氧键断裂生成非桥氧,由此显著降低了其结构稳定性和力学性能。