Al/Si比对SiO2-Al2O3-MgO系玻璃结构和性能的影响

SiO2-Al2O3-MgO系玻璃因具备强度大、弹性模量高等优异性能而用作高模量玻璃纤维的制备.采用熔融冷却法制备了不同Al/Si比的SiO2-Al2O3-MgO系基础玻璃,并研究了玻璃的结构和性能.红外光谱分析表明,玻璃网络结构由铝氧四面体[AlO4]和硅氧四面体[SiO4]相互连接而成.随着Al/Si比的增加,[AlO4]含量保持不变,[AlO6]含量逐渐增加.DSC分析表明,本系统玻璃的玻璃转变点Tg、成核温度Tx均随Al/Si比的增大而提高,玻璃的析晶倾向变强烈.热膨胀分析表明玻璃的热膨胀系数随Al/Si比的增大呈现先增大后减小的趋势.物理及机械性能测试结果如下:随Al/Si比的增大,密度、弹性模量均随之不断增大;而弯曲强度和维氏硬度则是持续降低.     

用~(27)Al MAS NMR分析铝掺杂水化硅酸钙结构中铝的配位状态（英文）

制备了具有宽范围Ca/(Si+Al)比和Al/Si比的铝掺杂水化硅酸钙(C-A-S-H)系列样品,采用~(27)Al魔角旋转固体核磁共振技术(~(27)Al MAS NMR)半定量研究了Al在C-A-S-H结构中的配位状态。结果表明:Al在C-A-S-H结构的配位形式和位置主要取决于其初始Ca/(Si+Al)比和Al/Si比。当初始Ca/(Si+Al)比低时(0.6和0.8),Al只能取代硅酸盐链硅氧四面体结构中四配位的Si,以Al[4]的形式存在;随着Ca/(Si+Al)比的增加,部分Al开始形成Al[5]和Al[6],且随着Al/Si比的增加,Al[4]的含量减小,Al[5]和Al[6]的总量增加,但Al[4]还是占主要比例,Al[5]的量非常少。Al[4]既可取代桥四面体中的Si也可取代配对四面体中的Si,但优先取代的是桥四面体中的Si,两者取代比并非恒定,而是随着初始Ca/(Si+Al)比和Al/Si比的变化而变化。     

Sm2O3掺杂对BaO-B2O3-Al2O3-SiO2玻璃形成及结构的影响

借助魔角旋转核磁共振技术,探讨掺Sm2O3后BaO-B2O3-Al2O3-SiO2(BBAS)玻璃(BBASS玻璃)的形成、结构及热处理条件下玻璃结构的变化情况.研究表明:随着稀土掺量的增加,BBASS玻璃的形成区域先扩大后缩小.在Sm2O3外掺摩尔分数为30%时BBASS玻璃具有最大的形成区域.在BBAS玻璃结构中,随着BaO含量的增加,硼氧三角体[BO3]逐渐向[BO4]转变,原先[AlO4],[AlO5],[AlO6]共存的铝氧多面体结构逐渐转变为大量[AlO4]和少量[AlO5]共存的结构.在BBASS玻璃结构中,随着5m2O3掺入量的增加,Sm2O3对铝氧多面体结构变化的影响与BaO类似;对硼氧多面体而言,Sm3 强大的积聚作用使玻璃结构中硼氧多面体形成了巨大的网络.以上差异说明了Al3 比B3 更容易进入稳定的四面体结构.热处理对玻璃结构影响甚微.     

SiO2-Al2O3-MgO系高强玻璃纤维耐酸性能研究

采用高温熔融法制备了SiO2-Al2O3-MgO系统的S级高强玻璃纤维,研究了不同玻璃组分对玻璃耐酸性能的影响,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)和核磁共振(NMR)等手段分析了酸侵蚀前后纤维的表面形貌和微观结构,进而分析了S级高强玻璃纤维在酸腐蚀环境下的破坏机理.结果表明:S高强玻璃的结构主要由硅氧四面体[SiO4]和铝氧四面体[AlO4]等构成,随着酸蚀的进行,玻璃网络结构被破坏,Si-O-Si断裂形成Si-OH键并形成凝胶附着在纤维表面;而铝氧多面体中Al-O键断裂,Al3+逐渐从玻璃结构中被置换出来,导致玻璃网络中Al3+浓度大大降低;高强系列玻璃的耐酸性能与玻璃表面的化学组成以及玻璃内部的微观结构关系密切.致密的玻璃网络结构有利于抑制H+对玻璃结构破坏,抑制阳离子与H+的置换作用;此外引入离子场强高的Ti4+,由于"积聚"作用而使玻璃结构致密,提高玻璃纤维的耐酸性.     

Al2O3对P2O5-B2O3-Bi2O3体系低熔点玻璃结构和性能的影响

以P2O5-B2O3-Bi2O3系统为基础玻璃组成,采用熔融法制备了无铅低熔点玻璃.主要研究了Al2O3含量对玻璃结构和物理化学性能的影响.结果 表明,随着Al2O3含量从1 mol％增加至5 mol％,Al2O3在玻璃中的存在形式从[AlO4]四面体转变为[AlO6]八面体,从参与网络形成到破坏网络结构;玻璃的热膨胀...     

GeS2-Ga2S3-CdS硫系玻璃的红外光谱研究

采用熔融急冷法制备GeS2-Ga2S3-CdS硫系玻璃，利用中、远红外光谱对玻璃结构进行深入探测和分析。玻璃的中红外光谱研究表明，玻璃中存在S-S同极键，且随Ga2S3和CdS含量的增加而增强；玻璃样品的红外截止波长不随玻璃组成的变化而变化；若干杂质吸收峰都可以归结于玻璃制备过程中氧、氢和H2O的污染以及玻璃表面的氧化。玻璃的远红外光谱研究表明，玻璃的基本结构单元是[GeS4/2]和[GaS4/2]，存在Ge（Ga）-（Ga）Ge金属键，CdS的加入导致玻璃中四面体结构单元的数目发生变化。     

硼硅酸盐玻璃结构与其熔体性质研究

对硼硅酸盐玻璃结构及其熔体性质展开研究,通过红外光谱分析了Al2O3对硼硅酸盐玻璃结构的影响,测试了玻璃熔体的高温粘度和抗折强度.研究结果表明:当玻璃中Al2O3/SiO2物质的量比在1.2％～6.5％,(R2O-Al2O3)/B2O3的物质的量比在0.04 ～0.41范围内时,Al3+全部以[AlO4]形式存在,是玻璃网络形成体,B3+大部分以[BO3]的形式存在,是玻璃网络外体,少部分以[BO4]形式存在,是玻璃网络形成体.增加玻璃熔体中Al2O3的含量,玻璃中游离氧含量和[BO4]含量减少,[BO3]含量增加,玻璃的高温粘度增大,熔制温度升高,抗折强度降低.     

Al2O3/SiO2对铝硼硅酸盐玻璃结构与性能的影响

采用高温熔融法制备了铝硼硅酸盐玻璃。通过改变玻璃组成中Al₂O₃/SiO₂比,研究了玻璃组成对玻璃性能的影响。通过光电子能谱(XPS)和核磁共振波谱(NMR)分析了玻璃的结构。结果显示,在Al离子多的玻璃中,Al离子主要形成[AlO₄]结构和少量五配位[AlO₅]、六配位铝[AlO₆]结构,Si离子主要形成Q4结构;在Si离子多的玻璃中,Al离子主要形成[AlO₄]结构,Si离子主要形成Q⁴和Q³结构。随着Al₂O₃/SiO₂比的增大,玻璃中桥氧(BO)数减少,形成[BO₄]和[BO₃]构成的硼氧环结构。这些玻璃结构的变化导致玻璃的热膨胀系数、玻璃转变温度和玻璃软化温度随着Al₂O₃/SiO₂比的改变而变化。     

Al2O3取代SiO2对铝硅酸盐玻璃结构和性能影响的分子动力学

采用分子动力学模拟研究了Al/(Al+Si)摩尔比对碱铝硅酸玻璃短中程结构、弹性模量的影响.研究发现:随着Al/(Al+Si)比增大,玻璃网络中非桥氧向桥氧及三键氧转变;其中Al/(Al+Si)比大于0.3时,非桥氧主要转变为三键氧.随着Al/(Al+Si)比增大,结构单元向高聚合度转变,玻璃网络连通性增加,从而玻璃的...     

Zr/Al基柱撑蒙脱石矿物材料的红外光谱研究

在室温,用取代法配制了稳定的Zr／Al二元聚合阳离子(柱化剂)。以蒙脱石为基质粘土,用稀溶液法制备Zr／Al基柱撑蒙脱石,XRD表征d001值为1．9～2．0nm;加温到500℃并恒温2h后,d100值为1．9nm;材料的热稳定性达到500℃以上。通过室温下和加温后不同材料的FTIR分析,发现Zr／Al二元聚合阳离子交换蒙脱石矿物层间域的阳离子后,改变了蒙脱石硅氧四面体中顶氧和底氧伸缩振动的强度,Zr／Al二元聚合阳离子和硅氧四面体中的底氧发生了化学键合,形成了稳定的[Si—O]…[H(O)—Al(Zr)]氢键,从理论上解释了Zr／Al基柱撑蒙脱石热稳定性较高的原因。     

铕离子掺杂碱土金属铝硼硅荧光玻璃的制备与发光性能

采用熔融冷却法在空气条件下制备了含不同碱土金属氧化物的铕离子掺杂铝硼硅酸盐玻璃Al_2O_3–B_2O_3–Si O_2–Eu_2O_3–MO(M=Mg,Ca,Sr,Ba),考察了玻璃的密度、摩尔体积、光学碱度等物理性质,分析了玻璃的结构和发光性能。结果表明:从含Mg到含Ba玻璃,摩尔体积逐渐上升,玻璃化转变温度(T_g)依次下降。在381 nm波长激发下,所有玻璃在469 nm处均存在Eu~(2+)的5d→4f跃迁发射,在615 nm处存在Eu~(3+)的~5D_0→~7F_2跃迁发射,表明玻璃在空气中实现了Eu~(3+)→Eu~(2+)的部分还原,其中在含Sr玻璃中,Eu~(3+)还原程度相对最大,Eu~(2+)发光最强。所有玻璃均为非晶态,结构中存在的[BO_4]、[Al O_4]、[Si O_4]四面体网络结构,有利于屏蔽Eu~(2+)不被氧化。从含Mg到含Ba玻璃,四面体网络Q~4结构单元中桥氧键断裂程度上升,形成更多的Q~3、Q~2结构单元,使玻璃结构对称性、致密性下降。在近紫外光激发下,玻璃发光色坐标均位于白光区域内,表明该系列铕离子掺杂铝硼硅玻璃在白光LED上存在潜在应用。     

SiO2-A12O3-MgO玻璃纤维结构与性能-MgO/(Li2O+B2O3)的影响

以不同含量的氧化锂、氧化硼、氧化镁成分的SiO_2-A1_2O_3-MgO高强(HS)玻璃为研究对象,测试了HS玻璃纤维密度、纤维新生态强度和模量,以及浸胶纱的拉伸强度和模量。采用高温粘度旋转仪、梯度炉以及红外光谱(IR)、核磁共振(NMR)等方法,研究了玻璃中不同比例的MgO/(Li_2O+B2O3)对高强玻璃结构和性能的影响。玻璃成分中SiO_2和Al_2O_3含量相近,增大Li_2O和B2O3含量替代MgO含量可以使玻璃的低温粘度和液相温度均降低,而增加MgO含量则提高了离子堆积密度和玻璃纤维的模量。红外光谱及核磁共振分析表明,HS高强玻璃的结构主要由硅氧四面体[SiO_4]和铝氧四面体[AlO_4]构成。在玻璃结构中,增加Li_2O和B2O3含量可提供的游离氧可使更多的Al~(3+)形成[AlO_4]而进入玻璃网络。相应地,增加MgO含量,提高MgO/(Li_2O+B_2O_3)比例,增加了网络断键和无序度,但增大了断网间的集合程度,有利于玻璃模量的提升。研究表明提高玻璃中SiO_2含量或在玻璃中加入Li_2O,有利于SiO_2-A12O3-MgO系统玻璃纤维强度的提升。     

硼含量及配位对铝硼硅酸盐玻璃介电性能的影响

研究了一组用于低温共烧多层陶瓷基板和印刷电路基板的低损耗玻璃材料。测定了玻璃FTIR光谱以及介电性能。因[AlO4]/[BO4]四面体回避原则,随着B2O3取代Al2O3玻璃体系中的[AlO4]含量减少,[BO3]逐渐向[BO4]转化,介电常数ε减小,玻璃网络结构更加致密,介电损耗降低。     

硅酸盐E玻璃组成与高温粘度关系的研究

以生产线玻璃配方为研究对象,利用旋转式高温粘度计测定了E玻璃的高温粘度-温度曲线,研究了玻璃网络形成体(B2O3、SiO2、Al2O3)、网络中间体(TiO2、ZnO)和网络修饰体(CaO)对E玻璃高温粘度的影响。结果表明,在E玻璃中,B以[BO3]三角体的形式存在,Al3+以[AlO4]四面体形式,作为网络形成体存在;随B2O3含量的增加,熔体粘度逐渐降低;用0.5%SiO2替代0.5%B2O3,玻璃粘度有很大的上升;用0.5%Al2O3替代0.5%B2O3,玻璃粘度几乎没有变化;网络中间体TiO2、ZnO起降低熔体粘度的作用;网络修饰体CaO可以在一定程度上降低熔体粘度。     

CaO-Al2O3-SiO2-F玻璃的红外光谱和热膨胀行为

采用传统熔融冷却法制备了CaO-Al2O3-SiO2-AlF3(A系列)和CaO-Al2O3-SiO2-CaF2(C系列)系统玻璃。利用傅立叶红外光谱(FTIR)研究了氟对玻璃结构的影响,使用最小二乘曲线拟合法对第1谱带分峰拟合,并对次强谱带的弯曲振动分类,分析了各组振动与氟的关系。另外通过玻璃的热膨胀行为分析了氟对玻璃软化温度和热膨胀系数的影响。结果表明,氟在A系列和C系列中玻璃的结构变化不大,氟主要与铝生成Al-F键作为网络形成体存在,氟含量最大的A4中生成[AlO3F]四面体和[AlO2F2]四面体;氟含量增加,A系列和C系列的软化温度(Tf)都会降低,而热膨胀系数变化不大。     

铋锗酸盐玻璃中锗原子近邻结构的EXAFS研究

测量了GeO_2-Bi_2O_3元系玻璃的EXAFS~(***)谱,以晶态α石英型GeO_2作为标准样品,求得了玻璃中Ge—O、Ge—Ge键长及相应的配位数。所得结果表明,铋锗酸盐玻璃中锗原子以[GeO_4]四面体的形式存在,Bi_2O_3对[GeO_4]构成的三维网络有解聚作用。     

磷酸氢二钠改性水玻璃

讨论了磷酸氢二钠对水玻璃结构、性能的影响。结果表明，磷酸氧二钠可以提高水玻璃砂吹CO2后的硬化强。磷酸氢二钠与水玻璃可形成[PO4]、[SiO4]复合玻璃网络；在冷却过程中，由于从[PO4]、[SiO4]复合玻璃网络析出β-Na2Si2O5、γ—Na3PO4和5Na2O-P2O5-4SiO2等晶体，破坏了水玻璃粘结膜的完整性，以及因磷酸盐玻璃与硅酸盐玻璃收缩性相差极大而导致粘结膜开裂，使水玻璃（砂）高温溃散性得以改善。     

ZnO-B_2O_3-SiO_2玻璃红外光谱的研究

通过红外光谱,对不同组成的ZnO-B2O3-SiO2体系玻璃的网络结构进行了研究,分析了ZnO-B2O3-SiO2玻璃体系的组成改变所引发的基团结构变化.结果发现:ZnO大于30%时,Zn进入B-O-Si网络形成Zn-O-B或Zn-O-Si键;ZnO含量大于40%时,形成[ZnO4]四面体;同时,ZnO含量的增加还会促使[BO3]向[BO4]的转变,以致形成高硼基团;SiO2/B2O3比增加同样会导致Zn-O-B或Zn-O-Si键以及[ZnO4]单元的数量增加,同时也会使得[BO3]向[BO4]的转变,并趋于形成高硼基团.     

含CuO的Na_2O-B_2O_3-SiO_2玻璃的Raman光谱

本文借助Raman光谱研究了含CuO的Na_2O-B_2O_3-SiO_2 玻璃的结构。分析表明如下:(1)当Na_2O/B_2O_3≤0.4、SiO_2/B_2O_3≤0.6时,玻璃网络由四硼酸盐、[SiO_4]、二硼酸盐基团以及少量的硼氧环构成。玻璃中的氧离子都是桥氧离子。四配位硼的份数随 Na_2/B_2O_3 比增加而增加。(2)当Na_2O/B_2O_3=0.5、SiO_2/B_2O_3=1时,玻璃网络开始出现非桥氧(NBO)离子。直到Na_2O/B_2O_3=0.64、SiO_2/B_2O_3=1.69,存在于玻璃中的基团是二硼酸盐、[SiO_4]、环型偏硼酸盐和带一个非桥氧的[SiO_4](Si—O~-)。NBO离子的数目似乎随Na_2/B_2O_3 比增加而增加。四配位硼的份数在达到极大值后开始下降。(3)当Na_2O/B_2O_3≥0.8、SiO_2/B_2O_3≥2.43时,存在于玻璃中的基团是 Si—O~-、环型偏硼酸盐和[SiO_4」。随Na_2O/B_2O_3比增加,四配位硼的份数下降,而NBO离子的数目则增加、没有(BSiO_4O_(10))~-单元和焦硼酸盐基团形成的指示。(4)玻璃中的一部分硼离子以游离的[BO_3]和[BO_4]单元存在。(5)少量CuO的存在并没引起 Na_2O-B_2O_3-SiO_2 三元系统玻璃的 Raman 谱的重大改变。(6)Na_2O或Na_2O+CuO 全部被硼酸盐基团所吸引,直到Na_2O/B_2O_3或(Na_2O+CuO)/B_2O_3≥0.5时,才共享于硼酸盐和硅酸盐基团之间。     

C3A掺量对C3A-C3S浆体微结构的影响

采用X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、29Si核磁共振(29Si Nuclear Magnetic Resonance,29Si NMR)、27Al核磁共振(27Al Nuclear Magnetic Resonance,27Al NMR)和BET氮吸附等方法研究了标准养护条件下C3A掺量对C3S-C3A复合浆体微结构的影响.结果表明:C3A的加入可以促进C3S-C3A复合浆体的水化,释放的Al3+可以进入C-S-H凝胶硅氧链上的桥硅氧四面体位置,形成Al掺杂C-S-H凝胶;随C3A掺量增大,复合浆体中C-S-H凝胶的Al[4]/Si和MCL增大;随养护龄期增大,Al掺杂C-S-H凝胶硅氧链上的Al[4]逐渐脱出,进入浆体并转化为Al[6],导致相同C3A掺量下的复合浆体中Al[4]相对含量下降,Al[6]相对含量增长;C3A的加入在降低复合浆体平均孔径的同时,也提高了浆体的孔隙率.