氧化铅对白云鄂博尾矿微晶玻璃析晶特性的影响

笔者以白云鄂博尾矿为主要原料,以CaF₂为晶核剂并采用熔融法制备得到了尾矿微晶玻璃,通过DSC、XRD、SEM及Raman光谱研究了不同质量的PbO对微晶玻璃析晶特性的影响。研究结果表明:微晶玻璃的晶体生长方式主要以表面析晶为主,且随着PbO含量的增加,微晶玻璃析晶特性先增强后减弱。主晶相由相互交错分布的钙铝黄长石和辉石构成,随着PbO含量的增加钙铝黄长石有增强趋势。Pb²⁺主要以PbF₂的形式分布在晶相与玻璃相间的界面位置,少量Pb²⁺通过置换辉石中的Ca²⁺形成置换固溶体存在于辉石相中。     

Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的结构和析晶性能研究

采用熔融-淬冷法制备了不同(Al₂O₃+P₂O₅)含量的碱铝硅酸盐玻璃,通过拉曼光谱、X射线衍射光谱、扫描电镜研究了其结构特征和析晶性能。发现随着(Al₂O₃+P₂O₅)含量减少,玻璃中Na₂O含量增加,玻璃化转变温度从685 ℃降低到622 ℃,当减少至摩尔分数为22%时,出现析晶峰且起始析晶温度降低。拉曼光谱表明Q⁴_P对应的拉曼峰强度变低且逐渐向低波数方向移动,说明Na₂O作为网络修饰体使硅酸盐玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强。结果表明:当(Al₂O₃+P₂O₅)摩尔分数为22%时热处理后的样品存在晶型转变,700 ℃热处理时以NaAlSiO₄霞石晶体为主,900 ℃时转变为以Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂霞石晶体为主。当(Al₂O₃+P₂O₅)的摩尔分数为21%和20%时,热处理后的样品能稳定析出Na₃PO₄和Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂晶体。热处理后的样品析出了耐酸侵蚀性较差的富磷相和Na₃PO₄晶体,导致化学稳定性变差。     

Na2O对锂铝硅微晶玻璃析晶及性能的影响

采用熔融法制备了不同Na₂O含量的透明锂铝硅微晶玻璃,通过DSC、XRD、FESEM等测试方法研究了不同Na₂O含量对玻璃析晶及性能的影响。结果表明：Na₂O的引入能显著降低玻璃的转变温度和析晶温度,抑制LiAlSi₄O₁₀晶相的析出。但Na₂O的引入促使微晶玻璃中析出Li₂Si₂O₅新相,并且随着Na₂O引入量的增加,Li₂Si₂O₅转变为主晶相。由于晶体尺寸均为纳米级,主晶相的转变对透过率影响较小,微晶玻璃的可见光透过率均高于85%。主晶相的转变有效增强了微晶玻璃的机械性能,其弯曲强度由300 MPa提升至331 MPa。Na₂O的引入有效增强了Na-K交换,Na₂O含量为4%(质量分数)的Li₂O-Al₂O     

氧化锆对锂铝硅酸盐玻璃化学强化性能的影响

采用熔融淬冷法制备了含不同摩尔分数Zr O₂的锂铝硅酸盐玻璃,通过两步化学强化法对玻璃样片进行了化学强化,研究了Zr O₂对玻璃的稳定性、硬度和化学强化效果的影响。结果表明:随着Zr O₂的摩尔分数从0增加至5%,玻璃化转变温度随之升高,玻璃稳定无析晶现象。引入适量的Zr O₂会促进Li⁺-Na⁺离子交换,提高应力层深度,表面压应力随着Zr O₂浓度的增加而增加,并在摩尔分数为4%时达到最大值,为1 055.6 MPa。中心张应力随着Zr O₂浓度的增加先增加后缓慢减小,表明该系列样品具有较好的抗冲击能力。Zr O₂的浓度变化对强化后玻璃的硬度影响较小,在引入Zr O₂后其抗裂性有所降低,但仍具有较好的抗裂能力。     

锂铝硅透明微晶玻璃析晶动力学研究

本文利用经典方程(Johnson-Mehl-Avrami)分析了非化学计量的锂铝硅Li₂O-Al₂O₃-SiO₂-ZrO₂-P₂O₅透明微晶玻璃的析晶动力学,采用DSC、XRD和SEM研究了晶化温度对玻璃析晶行为的影响。结果表明:在较低的起始析晶温度下Li₂Si₂O₅和Li₂SiO₃析出,随晶化温度的升高,主晶相转变为LiAlSi₄O₁₀,Li₂SiO₃晶相消失,晶体尺寸变小,在550 nm处微晶玻璃透过率由89.3%升高到90.6%;利用Kissinger方法计算出的Li₂Si₂O₅和LiAlSi₄O₁₀的析晶活化能分别为349.5 kJ/mol和184.2 kJ/mol,平均晶体生长指数分别为3.05和1.42。     

Co2+掺杂ZnO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的制备及光学性能

本文采用熔融法和热处理制备了Co²⁺掺杂的ZnO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(ZMAS)系透明微晶玻璃,基于X射线衍射的结果确定了微晶玻璃的主要晶相为ZnAl₂O₄/MgAl₂O₄,并且随着晶化处理时间的增加,微晶玻璃的物相构成没有发生明显变化,尖晶石相的结晶度和平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势。吸收光谱和发射光谱的结果表明Co²⁺进入了尖晶石相ZnAl₂O₄/MgAl₂O₄中,并取代了四面体位置(T_d)的Zn²⁺或Mg²⁺。随着晶化处理时间的增加,样品的吸收光谱强度和发射光谱强度均呈现先升高后降低的趋势,这与X射线衍射结果的变化趋势一致,说明可以通过控制微晶玻璃的结晶度来调控光学性能,这对制备性能优良的微晶玻璃材料具有一定的指导意义。对比了采用不同价态Co的氧化物原料制备的微晶玻璃,结果表明无论是掺杂CoO还是Co₂O₃,微晶玻璃尖晶石相中的Co元素均以Co²⁺形式存在。此外,将所制备的微晶玻璃材料在1 540 nm处的基态吸收截面(σ_gas)同Co掺杂的其他基体材料进行了对比,发现它有望作为可饱和吸收体应用于调Q激光器中。     

Fe2O3对铜尾矿基CaO-MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃析晶行为的影响

以铜尾矿为主要原料,通过熔融法制备CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(CMAS)微晶玻璃,并外掺Fe₂O₃晶核剂对细粒级铜尾矿基CMAS微晶玻璃析晶行为进行优化。利用DSC、XRD和SEM等手段研究了晶核剂用量对细粒级铜尾矿基CMAS微晶玻璃析晶行为和物理性能的影响,借助Ozawa-Chen法拟合计算了析晶动力学参数。结果表明,外掺Fe₂O₃晶核剂用量大于3.72%(质量分数)时,细粒级铜尾矿制备的微晶玻璃可以实现整体析晶。辉石相的析出是玻璃相中的Fe、Mg元素进入[Si(Al)O₄] 四面体晶格配位的结果,Fe³⁺的增加有利于辉石相的析出并降低了析晶活化能,外掺Fe₂O₃晶核剂能够较好地优化细粒级铜尾矿基微晶玻璃的析晶行为和力学性能。     

晶核剂对透明堇青石微晶玻璃析晶与性能的影响

采用熔融法制备了含有不同晶核剂的非化学计量比堇青石微晶玻璃，通过DSC、XRD、FE-SEM、UV-VIS-NIR等测试方法研究了不同晶核剂对微晶玻璃析晶与性能的影响，并用经典动力学方程(Johnson-Mehl-Avrami)分析了微晶玻璃的析晶动力学。结果表明，以P₂O₅和P₂O₅+ZrO₂为晶核剂的微晶玻璃晶化机制均为表面晶化，而以P₂O₅+ZrO₂+TiO₂为晶核剂的微晶玻璃则倾向于整体析晶。三组微晶玻璃在950℃晶化时主晶相为μ-cordierite,当温度升高到980℃时开始转变为α-cordierite,引入TiO₂使α-cordierite的含量增加，析出的晶体更加复杂致密。随着晶化时间延长，与其他晶核剂相比，P₂O₅+ZrO₂+TiO₂组合晶核剂微晶玻璃在相同晶化时...     

Al2O3含量对PbO-CaO-B2O3-SiO2系玻璃析晶行为与烧结性能的影响

PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体是耐高过载低温共烧陶瓷(LTCC)生瓷带的主要组成部分。玻璃粉体的析晶行为影响烧结性能,进而决定基板的使用性能。本文研究了Al₂O₃含量对PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃析晶行为与烧结性能的影响。结果表明:向PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃中引入Al₂O₃可抑制玻璃析晶,防止高膨胀晶相的析出,并提高玻璃烧结密度;不含Al₂O₃的PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂玻璃粉体析晶峰温度为862 ℃,烧结过程中析出方石英晶相,20~200 ℃的平均线膨胀系数高达260.8×10^-7 ℃^-1;引入2.1%(质量分数)Al₂O₃可显著抑制玻璃析晶,700 ℃烧结后膨胀系数降低至72.9×10^-7 ℃^-1,介电常数显著增大,由6.30提高至7.02。     

CaO含量对铝硼硅玻璃理化性能的影响与机理

以SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃及碱土金属氧化物(MgO、CaO、SrO)为原料,利用高温熔融法制备无碱铝硼硅玻璃。研究不同CaO含量对无碱铝硼硅玻璃性能和结构影响作用规律。对玻璃进行了热综合分析(DSC)、耐化学稳定性和密度的性能测试,通过红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对玻璃试样进行网络结构分析。研究表明,玻璃的析晶区间面积随着CaO含量的增加,由3.7 J/g升高到15.03 J/g,[AlO₆]和[BO₄]的出现会导致玻璃网络结构疏松,玻璃的析晶倾向增强;玻璃的被酸侵蚀由3.6817 mg/cm₂增加到4.2609 mg/cm²,玻璃被碱侵蚀由1.4199 mg/cm²降低到1.0907 mg/cm²,碱侵蚀的过程中生成的一层硅酸钙薄膜阻碍了反应的进行;随着CaO含量的增加,玻璃中的非桥氧含量增加,会促使[AlO_4...     

B2O3-K2O-Sb2O3系统玻璃的光学折射率及带隙

高折射率和非线性光学玻璃可以用于高速光开关、光学存储器、新型光纤和光学运算元件等,其研究受到各国科技工作者的高度重视,本文采用熔融淬冷法制备了组成为(85-x)B₂O₃-15K₂O-xSb₂O₃(x=70, 75, 80, 85)的4组玻璃,测试了玻璃样品的密度、折射率、热学性能、拉曼光谱和吸收光谱,利用玻璃样品的吸收光谱计算了其直接允许光学带隙、间接允许光学带隙及Urbach能量。结果表明：随着Sb₂O₃含量的增加,玻璃样品的密度从4.445g/cm³逐渐增加到4.767g/cm³,折射率从1.9438增加到2.0058,玻璃转变温度从291℃降低到260℃,玻璃析晶温度从463℃降低到370℃,直接光学带隙从3.2775eV降低到3.1379eV,间接光学带隙从3.1444eV降低到3.0256eV,Urbach能量从0.137eV逐渐减小到0.107eV。说明Sb₂O₃-K₂O-B₂O₃系统玻璃可以作为新型的非线性光学玻璃候选材料之一。     

ZnO·Al2O3·nSiO2玻璃抗裂纹萌生能力反常演化的结构起源探索

为探究ZnO·Al₂O₃·nSiO₂玻璃抗裂纹萌生能力(C_R)随SiO₂含量变化的演化规律,制备了一系列不同n值(n=2,2.35,2.5,2.65,3,3.5)的样品。基于C_R和结构表征发现,C_R随着n的增加呈先增大后减小的反常演化,并于n=2.5时出现极值(31.1 N)。这是源于随着n增大:(1)原子堆积份数逐渐减小,可致密化体积逐渐增加,从而导致C_R逐步提高;(2)Al—O多面体结构单元含量逐步减少,导致C_R逐步下降;(3)考虑到相界面对裂纹生长的强阻挡能力,中程异构分相(富Al和富Si相)致相界面数量呈先增多后减少的变化趋势,导致C_R产生类似的非单调演化。上述三个因素的竞争和协同作用是该体系中C_R呈反常演化的结构起源,但考虑到极值点附近较小的组分变化,中程异构致相界面数量随n增加呈现的非单调演变才应是C_R呈反常演化的主要结构根源。     

铝酸钙准二元玻璃硬度和抗碎裂性组成依赖的结构起源探究

理解玻璃的硬度和抗碎裂性与结构的关系对制备高硬耐摔功能玻璃具有重要的理论指导意义。为探究铝酸钙(CaO-Al₂O₃)准二元玻璃硬度和抗碎裂性随CaO含量的变化规律,采用激光加热气动悬浮方法,制备了组分为xCaO·(100-x)Al₂O₃(x=42.3、50.0、63.1、75.0,摩尔分数)的系列玻璃样品。利用显微维氏硬度仪、激光共聚焦显微拉曼光谱仪、X-射线衍射仪和魔角旋转固体核磁共振波谱仪,对制备的铝酸钙准二元玻璃的硬度、抗碎裂性和结构进行了详细的表征。结果表明:随着CaO含量增加,玻璃硬度逐渐下降,于x=42.3时硬度最大(8.09 GPa);而玻璃的抗碎裂性随CaO含量增加先降低后急剧增加,并于x=42.3时表现出最大的抗碎裂性(11.8 N)。随着CaO含量增加,平均键能的下降是玻璃硬度下降的原因;高铝含量(x=42.3)的铝酸钙玻璃中部分铝以五配位形式存在,在承受载荷冲击过程中容易改变配位数来耗散能量,是抗碎裂性最大的结构根源。     

ZnO-B2O3玻璃对Li2Zn3Ti4O12-CaTiO3复合陶瓷低温烧结及性能的影响

采用传统固相反应法制备0.94Li₂Zn₃Ti₄O₁₂-0.06CaTiO₃(LZT-CT)复合陶瓷,采用高温熔融法制备ZnO-B₂O₃(ZB)玻璃;以ZB玻璃为烧结助剂,研究了添加不同质量分数(x=0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%)的ZB玻璃对LZT-CT复合陶瓷的烧结特性、物相组成、微观结构以及微波介电性能的影响。结果表明:ZB玻璃能有效地将LZT-CT复合陶瓷的烧结温度从1 175 ℃降低到875 ℃,并促进了LZT-CT复合陶瓷的致密化。当ZB玻璃掺量x≤2.5%时,LZT-CT复合陶瓷中除了LZT、CT相,没有出现其他新相。随着ZB玻璃添加量增加,复合陶瓷的体积密度、介电常数(ε_r)、品质因数(Q×f)均先增加后减小,谐振频率温度系数(τ_f)变化不大,在(-2.25~4.51)×10^-6/℃波动。当ZB玻璃掺量为2.0%时,LZT-CT复合陶瓷在875 ℃烧结2 h,获得最大体积密度(4.22 g/cm³)以及优异的微波介电性能,ε_r=23.9,Q×f=58 595 GHz,τ_f=-0.14×10^-6/℃。     

Effect of glass additions on the sintering and microwave properties of composite dielectric ceramics based on BaO–Ln2O3–TiO2 (Ln = Nd, La)

Ten weight percent BBZS (Bi₂O₃, B₂O₃, ZnO and SiO₂) glass was added to x(Ba₄Nd_9.333Ti₁₈O₅₄) − (1 − x)(BaLa₄Ti₄O₁₅) (BNLT, 0 ≤ x ≤ 1) composite dielectric ceramics to lower their sintering temperature whilst retaining microwave properties useful for low temperature co-fired ceramic and antenna core technology. With the addition of 10 wt% BBZS glass, dense BNLT composite ceramics were produced at temperatures between 950 and 1140 °C, depending on composition (x), an average reduction of sintering temperature by 350 °C. X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy and Raman spectroscopy studies revealed that there was limited inter-reaction between BLT/BNT and the BBZS glass. Microwave property measurement showed that the addition of BBZS glass to BNLT ceramics had a negligible effect on _r and τ_f, although deterioration in the measured quality factor (Qf) was observed. The optimised composition (xBNT − (1 − x)BLT)/0.1BBZS (x = 0.75) had _r  61, τ_f  38 ppm/°C and Qf  2305 GHz.     

Kinetics of Enthalpy Relaxation at the Glass Transition in Ternary Tellurite Glasses

The kinetics of enthalpy relaxation (recovery) at the glass transition in x K₂O·(20− x )MgO·80TeO₂ glasses has been examined from heat capacity measurements using differential scanning calorimetry to clarify the features of the structural relaxation in ternary TeO₂-based glasses. Ternary glasses such as 10K₂O·10MgO·80TeO₂ show high thermal resistance against crystallization compared with binary glasses. The degree of fragility m estimated from the activation energy for viscous flow E _η and the glass transition temperature T _g is m = 55–62, indicating a fragile character in TeO₂-based glasses. Large heat capacity changes of 43.1–48.2 J·mol⁻¹·K⁻¹ are also observed at the glass transition. The activation energy for enthalpy relaxation Δ H is evaluated from the cooling rate dependence of the limiting fictive temperature, and values of Δ H = 897–1268 kJ·mol⁻¹ are obtained. Negative deviation from additivity in Δ H is also observed. Values of the Kovacs–Aklonis–Huchinson–Ramos (KAHR) parameter θ estimated from Δ H and T _g are 0.33–0.42 K⁻¹. It has been proposed that ternary glasses have more homogeneous and constrained glass structure compared with binary glasses.     

Elastic Properties and Molar Volume of Rare-Earth Aluminosilicate Glasses

The elastic properties, molar volume, and glass transition temperature ( T _g) of rare-earth-containing aluminosilicate glasses were investigated in the compositions of SiO₂–LnAlO₃ and SiO₂–Ln_3/4Al_5/4O₃, where Ln is Y, La, Nd, Eu, or Yb. The molar volume decreased with decreased ionic size of the Ln³⁺ ion, and T _g and elastic moduli increased in the same order. The Yb-containing glasses showed the highest Young's modulus among all the oxide glasses, even higher than the highest value ever known for glass containing Y₂O₃, as expected from the smaller ionic radius of Yb³⁺ than that of Y³⁺. The bulk modulus was found to be almost proportional to the inverse four-thirds power of the molar volume of glasses in each composition, indicating that Ln³⁺ ions can substitute for each other without changing the glass structure except for the size of the local structure around themselves. From the comparison of these properties, the structural role of rare-earth ions in these glasses is discussed.     

混合碱效应对Li2O-Al2O3-SiO2系玻璃结构和热膨胀性能的影响

本文用传统高温熔融法熔制Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系高铝玻璃,改变碱金属氧化物n(Li₂O)/n(Na₂O)的摩尔比,运用阿基米德排水法、热膨胀仪、DSC、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱等测试手段和仪器,探究了混合碱金属效应对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系玻璃结构和热膨胀性能的影响。结果显示:随着n(Li₂O)/n(Na₂O)比例增大,混合碱金属效应对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系玻璃的密度和热膨胀系数的影响一致,表现为先增大后减小,当R=0.25(R=n(Li₂O)/[n(Li₂O)+n(Na₂O)],摩尔比)时,出现极值,此时密度达到最大2.447 4 g/cm³,热膨胀系数达到最大7.811 7×10^-6/℃;对玻璃特征温度的影响随着温度的升高而逐渐减弱至消失;对玻璃的析晶能力有一定的提升作用;对玻璃三维骨架结构中的硅氧四面体Qⁿ的影响也各不相同。