不同Al2O3/SiO2比的MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃制备及性能研究

本文采用烧结法制备MgO-Al₂O₃-SiO₂(MAS)微晶玻璃，研究不同Al₂O₃/SiO₂质量比对MAS微晶玻璃的微观结构和理化性能的影响，采用X射线衍射、差热分析、红外光谱、扫描电子显微镜对基础玻璃与微晶玻璃的结构和表面形貌进行表征，并对微晶玻璃的密度、力学性能、耐蚀性、热学性能和介电性能进行测试分析。结果表明：随着Al₂O₃/SiO₂质量比从0.52增大至0.64,基础玻璃的玻璃化转变温度T_g增大、析晶峰值温度T_p减小，促使样品析出α-堇青石晶相；样品密度在2.52～2.60 g/cm³波动，介电常数ε_r由1.73增加到4.51,热膨胀系数由4.46×10^-6℃^-1降低到2.38×10^-6℃^-1,介电损耗tan...     

Na2O对固体氧化物燃料电池用透辉石封接微晶玻璃性能的影响

本文设计和制备了以透辉石为主晶相的R₂O-RO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂系封接微晶玻璃,用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的封接,研究了Na₂O含量(0%～10%,摩尔分数)对封接玻璃热膨胀系数(CTE)、析晶与烧结润湿特性的影响,表征了封接件在高温长时间热处理后玻璃与SUS403不锈钢的封接界面。结果表明,Na₂O可以显著改善玻璃的热性能,所制备的玻璃样品在封接温度范围内经热处理后可获得主晶相为透辉石(CaMgSi₂O₆)的微晶玻璃。随着Na₂O含量增加,主晶相透辉石的晶相含量不同,微晶玻璃的热膨胀系数由未晶化前的8.22×10^-6 K^-1提升至11.79×10^-6 K^-1,能够满足SOFC封装的热膨胀匹配。当Na₂O含量大于等于8...     

晶化温度对MgO-Al2O3-SiO2系尖晶石微晶玻璃结构与性能的影响

采用熔融法制备了MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃,利用DSC、XRD、SEM等表征手段研究了晶化温度对微晶玻璃结构与性能的影响。结果表明,晶化温度为860℃时,有尖晶石晶体析出。晶化温度为1037℃、1080℃时,主晶相为尖晶石,次晶相为二钛酸镁和钛酸锆,随着晶化温度的升高,晶相含量增多,晶粒尺寸增加。晶化温度为1120℃时,主晶相仍为尖晶石,次晶相为金红石、钛酸锆。在1080℃晶化2 h后的微晶玻璃具有最佳的综合性能,其显微硬度为8.59 GPa,抗弯强度为146.0 MPa,热膨胀系数6.05×10^-6/K,密度为2.760 g/cm³。     

锂铝硅系统微晶玻璃的析晶及热处理工艺研究

制备了Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃,采用差热分析(DTA)、X衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)等分析手段对该系统微晶玻璃的析晶过程和微观结构进行了研究。通过正交实验讨论了热处理温度及时间对微晶玻璃热膨胀性能的影响。结果表明:通过热处理工艺来控制晶相的析出,析晶初始温度下首先析出的晶相为β-石英固溶体,随晶化温度升高β-石英固溶体转变为β-锂辉石固溶体,可以使样品的热膨胀性能符合要求。获得较小热膨胀系数的热处理工艺为:核化温度620℃,核化时间1小时,晶化温度840℃,晶化时间3小时。所获得的微晶玻璃的热膨胀系数为9.510-7/℃,可作为低膨胀材料使用。     

Li2O-Al2O3-SiO2高强度半透光微晶玻璃晶化及机械性能研究

设计玻璃组成及晶化工艺提高Li₂O-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃的强度是当前亟需解决的问题。本文通过熔融浇铸法制备了具有特定组成的Li₂O-Al₂O₃-SiO₂玻璃,通过两步热处理方法制备了高强度半透光微晶玻璃。差示扫描热分析结果显示玻璃的转变温度为532 ℃,且有多个析晶峰。热处理后,X射线衍射证明了玻璃中析出以Li₂Si₂O₅、LiAlSi₃O₈、LiAlSi₄O₁₀为主晶相的晶体,且随着热处理温度的上升或时间延长,透锂长石逐渐转变为锂辉石晶相,晶粒尺寸也从70 nm(热处理条件为:750 ℃,0.5 h和780 ℃,10 h)生长至340 nm(热处理条件为:820 ℃,0.5 h和850 ℃,4 h),微晶玻璃从半透光转变为完全乳浊。微晶玻璃具有优异的机械性能,维氏硬度最大可达9.15 GPa,环上环的最大负载可达1 335 N,最大整机跌落高度可达162 cm。此微晶玻璃可用于手机等电子器件的背板保护玻璃。     

MgO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃的热处理工艺对其介电性能的影响

本文制备了MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃,用XRD、DTA等方法对该系统微晶玻璃材料的析晶过程进行研究,通过正交试验,讨论了热处理温度及时间对微晶玻璃介电性能的影响.结果表明通过热处理工艺来控制晶相的析出,可以使样品的介电常数和介电损耗符合要求.获得较小介电常数的热处理制度为核化温度750℃,核化时间1h,晶化温度1100℃,晶化时间1.5h,所获得的微晶玻璃的介电常数为6.13,介电损耗4.22×10-3+可作为绝缘体等微波介质材料使用.     

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。     

晶化温度对硅灰微晶玻璃性能的影响

为响应国家对固体废弃物资源循环利用的号召,坚持以绿色发展为理念,本文以高硅废微硅粉为主要原料,采用整体析晶法制备了CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃,采用TG-DSC、XRD、SEM等分析方法表征了微晶玻璃的晶相种类和显微形貌,并测试了其理化性能。研究表明,在900℃下核化2 h并在1 150℃晶化2 h后,可制备出以钙长石为主晶相的微晶玻璃,当晶化温度继续升高至1 200℃后,微晶玻璃中出现少量气泡,内部出现缺陷,从而导致析晶效果和理化性能下降。该方法制备出的微晶玻璃具有优良的机械性能,抗折强度为93.58 MPa,维氏硬度为845.62 HV_0.5,体积密度为2.88 g/cm³。     

热处理工艺对高炉矿渣微晶玻璃性能的影响

以某高炉矿渣为主要原料,采用熔融法制备了CaO-Al_2O_3-SiO_2系矿渣微晶玻璃。研究了热处理工艺对矿渣微晶玻璃力学性能的影响,得出热处理工艺影响因素的先后顺序为:核化温度-核化时间-晶化时间-晶化温度,确定最佳热处理工艺为:770℃核化3 h,930℃晶化2 h,在此热工艺条件下制备的微晶玻璃抗弯强度最大,为153.67 MPa。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)测试方法分析了矿渣微晶玻璃的显微结构和晶体微观结构。     

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。     

高品质超低膨胀透明微晶玻璃实现批量化生产

锂铝硅系超低膨胀微晶玻璃是一种性能优良的低膨胀光学材料,热膨胀系数低、透明性好。国产高品质超低膨胀微晶玻璃一直受到技术制约,难以批量化生产。本研究采用熔融法结合搅拌工艺以及适宜的热处理制度,成功批量化生产出热膨胀系数接近于零的高品质超低膨胀透明微晶玻璃产品,产品外观完整,内部基本无气泡、条纹等缺陷。对优级产品进行热膨胀系数、应力双折射、抗弯强度测试,结果表明,优级产品热膨胀系数为1.6×10^-8 K^-1,应力双折射小于2 nm/cm,抗弯强度高达171 MPa,品质已达到ZERODUR零级。采用XRD、SEM、TEM等手段对该产品的物相组成、表面形貌、微观结构进行了分析研究,产品主晶相为β-石英固溶体,晶相含量较高且分布均匀,晶粒尺寸为几十纳米,保证了其极低的热膨胀系数和高透明性。     

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。     

La2O3掺杂SiO2-B2O3-Nb2O5复相微晶玻璃相界及储能性能研究

采用可控析晶法制备了La₂O₃掺杂的SiO₂-B₂O₃-Nb₂O₅ (SBN)复相微晶玻璃,利用DSC、Raman、XRD、SEM、铁电和介电性能测试等分析表征了La₂O₃掺杂对SBN复相微晶玻璃结构与储能性能的影响。结果表明:La₂O₃掺杂能够有效提高复相微晶玻璃的热稳定性,随着La₂O₃含量增加,系统析晶势垒增大,热膨胀系数先降低后升高,价键振动加剧,介电常数先增大后减小,介电损耗先减小后增大;掺杂1.00%(摩尔分数)La₂O₃时,复相微晶玻璃在40 kV/cm电场下的储能密度和储能效率最大,分别为0.031 J·cm^-3和77.6%;储能性能主要通过介电常数和击穿场强的协同作用来评价,La₂O₃能通过提高结构热稳定性和降低介电损耗来提高介电常数,当其引入体系后处于玻璃网络的空隙中,可有效增强材料耐击穿性能;复相微晶玻璃结构可以增加结构无序度,从而降低弛豫损耗,有效提高材料的储能性能。     

CaO含量对镧硼硅酸盐玻璃陶瓷晶相和化学稳定性的影响

采用熔融冷却法制备了Na₂O-CaO-La₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃,经热处理获得了硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、产品一致性试验(PCT)法等方法探究了CaO取代SiO₂对该硼硅酸盐玻璃陶瓷物相、微观结构和化学稳定性的影响规律。结果显示:随着CaO含量增加,硅酸盐氧基磷灰石晶相衍射峰增强,其他晶相的衍射峰减弱直至消失,当CaO摩尔分数为15%时获得只含CaLa₄(SiO₄)₃O晶相的玻璃陶瓷样品;CaO含量会对玻璃陶瓷的晶相种类和晶体形状、大小、分布产生影响,CaO含量变化会造成陶瓷相晶体发生团簇和长大;采用PCT法浸泡28 d后,所有样品关于Si、Ca、La三种元素的归一化浸出率(g·m^-2·d^-1)均保持在10^-3数量级以下,表明其具有优异的化学稳定性,且CaO摩尔分数为15%的玻璃陶瓷样品化学稳定性最优异。研究结果表明,硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷是固化富La和某些锕系元素高放废物的潜在基材。     

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。     

WO3对零膨胀锂铝硅封接玻璃流动性的影响与作用机理

密封连接石英玻璃被广泛应用于航空航天、半导体加工以及微机电系统真空连接等领域。改进的低膨胀Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)系微晶玻璃可以用于封接石英玻璃,但存在流动性不佳的难题。本文通过掺入WO₃对LAS系微晶玻璃进行改性,利用线膨胀系数分析仪、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、高温烧结影像仪、扫描电镜,研究了掺入WO₃后LAS玻璃封接石英玻璃的机理。结果表明:WO₃对LAS玻璃的析晶产生先增强后削弱的影响; WO₃掺量越大,热膨胀系数越大,当掺量达到5.0%(质量分数)时,热膨胀系数提升至5.69×10^-7 ℃^-1;流动性与润湿性随着掺量增加而提升,铺展面积随掺量增加而增大,润湿角随掺量增加而减小,有效改善了LAS玻璃本身流动性不足的问题;LAS玻璃与石英玻璃之间主要是通过化学元素迁移实现封接。     

SiO2含量对钛矿渣微晶玻璃晶化行为的影响

以钛矿渣为主要原料,采用熔融法制备CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃,通过综合热分析仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了SiO₂含量对钛矿渣微晶玻璃的基础玻璃稳定性及晶化行为的影响。结果显示:以原渣制备微晶玻璃时,其基础玻璃结构不稳定,易析出钙钛矿晶体,随着SiO₂含量的增加,基础玻璃趋于稳定,析晶温度上升,热处理后析晶程度更高,显微结构更加致密,因而强度更高。通过加入辅助原料石英粉来调节SiO₂含量,当SiO₂含量为40%(质量分数)时,可以制备出具有稳定玻璃体、晶相仅为透辉石、抗弯强度为82.1 MPa的微晶玻璃,其钛矿渣掺量在80%(质量分数)以上,具有重要的经济与社会效应。     

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。