锂铝硅玻璃的研究进展

与传统的钠钙硅玻璃和高铝玻璃相比,锂铝硅玻璃具有网络结构致密、弹性模量较高和适宜两步法化学钢化等特点,被视为第三代高强玻璃基板,可用作电子信息产品盖板、航空透明器件以及舰船、特种车辆的观察窗口等。目前,锂铝硅玻璃的研究主要涉及:(1)探究锂铝硅玻璃的“组成-结构-性能”本构关系,为设计优化高性能锂铝硅玻璃提供理论指导和性能预测;(2)改进现有溢流和浮法成型方法和装备,满足大尺寸、多厚度和高尺寸精度锂铝硅玻璃成型需要;(3)研究锂铝硅玻璃的两步法化学增强方法,解决表面压应力和应力层深度同步提升难题,显著提高玻璃强度、硬度和抗跌落性能。本文基于上述三个方面综述了锂铝硅玻璃的国内外研究进展。     

化学强化提升薄型锂铝硅玻璃抗冲击性能研究

新一代锂铝硅玻璃逐渐成为航空透明件的主流结构材料,由于其较高的弹性模量和优异的离子交换能力,经过化学增强处理后具有优异的力学性能,能够很好地满足航空透明件轻质、高强的需求。研究了1.8 mm厚度锂铝硅玻璃经过化学增强后的抗冲击性能变化,采用不同增强工艺制备了多组样品进行落球冲击测试,并依据应力包线进行了初步理论计算,探讨了玻璃中心张应力对抗冲击性能的影响。研究结果表明,1.8 mm厚度锂铝硅玻璃表面压应力为930 MPa左右时,应力层深度在130～160μm范围内抗冲击性能较佳,玻璃具备较好的力学性能。     

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.     

热处理对离子交换高碱铝硅酸盐玻璃性能的影响

将离子交换高碱铝硅酸盐玻璃在340~460℃热处理1 h,研究热处理对离子交换玻璃性能的影响。测试了热处理后玻璃的表面应力、应力层深度、强度和硬度。结果表明:随着热处理温度的升高,玻璃的表面应力及强度明显下降,应力层深度有所增加,而硬度略微下降。     

高铝硅酸盐玻璃的红外、拉曼光谱分析

实验室制备高铝硅酸盐玻璃,利用红外光谱、拉曼光谱对玻璃结构进行表征。结果表明样品玻璃的骨架主要由硅氧四面体[Si O4]连接而成。铝氧四面体[Al O4]也参与成网,与[Si O4]相连使断网变得完整。铝氧八面体[Al O6]与其他离子或基团处于网络空隙里,作为网络外体游离在网络之间。随着样品中Al2O3含量的增多,玻璃中桥氧的数目在增加,非桥氧的数目在减少。     

化学强化玻璃的发展现状及研究展望

化学强化玻璃因其表面压应力层使玻璃的机械强度提高,被广泛用于电子产品显示屏领域。本文对钠钙玻璃、铝硅玻璃、磷铝硅玻璃、锂铝硅玻璃等的化学强化进行了综述,对进一步通过优化骨干网络结构来提高玻璃本征强度获得更高机械强度的玻璃做出了可行性探索。总结了目前化学强化玻璃面临的问题及发展方向,为相关科学研究和工业生产提供参考。     

硅锂比对二硅酸锂玻璃陶瓷的结构与性能的影响

研究了硅锂摩尔比对二硅酸锂体系玻璃的结构与性能的影响,并在具有最佳性能的组分基础上,探究成核处理对玻璃的结构与力学性能的影响规律。结果表明:硅锂摩尔比n(SiO_2):n(Li_2O)从2.0增加到2.4,玻璃的结构和热性能及力学性能发生显著变化。其中,n(SiO_2):n(Li_2O)为2.2的组分最易析晶,具有最佳的力学性能[玻璃陶瓷三点弯曲强度(404±30) MPa]。同时研究了成核温度、时间对玻璃结构与力学性能的影响规律。n(SiO_2):n(Li_2O)为2.2的组分经优化晶化工艺处理后,一次热处理的主晶相为偏硅酸锂,二次热处理的主晶相为二硅酸锂,断裂韧性为3.58 MPa·m~(–1/2)。     

红柱石原料高温结构演变及抗钾蒸气侵蚀行为研究

红柱石是铝硅系耐火材料重要的原料之一，因完全莫来石化后具有莫来石-高硅氧玻璃相相间的结构而表现出优异的抗碱侵蚀性能。然而，其莫来石化程度与抗碱侵蚀性能之间的关系尚未厘清。为此，本工作以粒度为3～5 mm的红柱石为研究对象，在1 450～1 600℃下热处理红柱石3 h,研究了红柱石的莫来石化过程与结构演变，并采用碱蒸气法研究了抗碱侵蚀行为。结果表明，随着热处理温度的提高，红柱石表面及裂纹附近先转变形成莫来石-高硅氧玻璃相结构，随后莫来石化转变不断向内部发展，直至完全莫来石化。红柱石莫来石化程度不同决定了其不同的抗碱侵蚀行为。1 450℃热处理后的红柱石表面及大裂纹附近形成的莫来石-高硅氧玻璃相复合层较薄，侵蚀以红柱石与钾蒸气直接反应为主，抗碱侵蚀性能较差；1 500℃及以上温度热处理的红柱石表面及大裂纹附近形成了一定厚度的莫来石-高硅氧玻璃相复合层，钾蒸气首先与高硅氧玻璃相反应形成含钾硅酸盐液相，随后该液相对莫来石相产生侵蚀溶解，阻止了碱蒸气对莫来石的直接反应侵蚀，从而使红柱石表现出优良的抗碱侵蚀性能。     

锂铝硅系统微晶玻璃热处理制度优化研究

采用差热分析(DTA)、X衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、梯温炉等分析手段研究热处理制度对锂铝硅微晶玻璃热膨胀和强度的影响,通过正交试验分析热处理过程中各因素对性能的影响,得出最佳的热处理工艺.     

锂铝硅玻璃

基于锂铝硅玻璃组成-性能-结构之间的构效关系，分析对比适合锂铝硅玻璃的成形方法。通过优化化学强化工艺，实现锂铝硅玻璃在航空航天、电子产品、消费品、光学领域的产业化应用，以推动我国高性能玻璃的安全与健康发展。     

浮法超薄玻璃化学钢化及性能研究

本文研究高铝超薄浮法玻璃与浮法钠钙硅玻璃的化学钢化过程.用全自动化学钢化玻璃表面应力测试仪、万能试验机和数显显微维氏硬度计分别测试了样品的表面应力、应力层深度、抗折强度和显微硬度.结果表明:在一定的温度下,随着离子交换时间的增加,高铝超薄玻璃与浮法钠钙硅玻璃的表面应力、抗折强度、显微硬度均出现先增加再到减小的趋势,应力层深度则随着时间的增加而加深.在同样的离子交换制度下,高铝玻璃化学钢化后的力学性能优于钠钙硅玻璃.同时,以浮法工艺生产的玻璃锡面的表面应力小于非锡面的应力,应力层深度也相对小于非锡面的深度.     

锂铝硅微晶玻璃的合成工艺、性能及其影响因素

锂铝硅微晶玻璃（LAS Glass-ceramics）与其他微晶玻璃相比具有极低的热膨胀性能,在光学领域、航空航天领域和微电子领域有巨大的应用潜力,引起了众多研究者的关注。本文通过对近年来国内外锂铝硅微晶玻璃的研究现状进行分析,从锂铝硅微晶玻璃的合成工艺、微结构、性能以及存在的问题等方面进行了总结与讨论,旨在为锂铝硅微晶玻璃新材料的开发和性能改进提供新的思路。     

超薄铝硅玻璃离子交换工艺研究

高强度超薄盖板玻璃是电子信息产品的重要组成部分,化学强化(离子交换)是提升超薄盖板玻璃力学性能的主要技术途径。在离子交换过程中,玻璃易产生应力弛豫等现象,导致化学强化玻璃难以具备较高的表面压应力、较大的应力层深度与较高的维氏硬度。本文采用两步法离子交换工艺,研究了熔盐、离子交换温度与时间等因素对强化后超薄铝硅玻璃应力层分布及维氏硬度等性能的影响。结果表明,本文所研发的两步法离子交换工艺,可以使玻璃兼具较高的表面压应力、较大的应力层深度与较高的表面维氏硬度。离子交换后,铝硅玻璃的表面压应力可达900 MPa以上,应力层深度可达70 μm以上,同时表面维氏硬度达7.2 GPa以上。     

晶化温度对锂铝硅微晶玻璃热膨胀系数和热稳定性的影响

通过制备锂铝硅基础微晶玻璃,对其进行差热分析,在不同温度下进行晶化处理,对微晶玻璃的热膨胀系数和热稳定性进行测试分析,并讨论了晶化温度对这两种性能的影响。     

铝源对溶胶凝胶法制备锂辉石相微晶玻璃特性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了具有β锂辉石配比的锂铝硅微晶玻璃,采用3种不同铝源,分别为硝酸铝、硝酸铝与异丙醇铝,硝酸铝与异丙醇铝的摩尔比为1:1,或者完全采用异丙醇铝.在Ai(NO3)3·9H2O为铝源的样品中,在1 300℃煅烧处理后,得到样品的主晶相为β锂霞石相.而完全采用异丙醇铝或部分采用异丙醇铝为铝源的样品中,最终得到的是B-锂辉石相.采用不同铝源制备的样品的热膨胀系数并没有明显差别.800℃煅烧处理得到的样品具有正的膨胀系数,而1 300℃煅烧处理后样品具有负的膨胀系数,合理的设计煅烧处理温度,可以得到在某一测量温度范围内热膨胀系数为零的样品.采用不同铝源制备的锂铝硅微晶玻璃微观结构都为球形晶体颗粒,晶粒尺寸为2～4μm.     

零膨胀锂铝硅透明微晶玻璃的研究与应用现状

外界温度的剧变,易在材料中产生热应力,导致材料失效.零膨胀锂铝硅透明微晶玻璃卓越的热学性能,优良的光学和机械性能使之成为不可或缺的综合材料.主要介绍零膨胀LAS系透明微晶玻璃的主要形态和结构特征,热学、光学性能以及应用现状,并提出了研究中存在的问题及今后发展的方向.     

以MAS为添加剂的碳化硅复合多孔材料的制备

在碳化硅(SiC)中加入MAS(镁铝硅)玻璃相,经过750℃×2h/1200℃×2h的热处理,制得了高强度的α-堇青石微晶玻璃结合碳化硅复合多孔材料。利用热膨胀仪测得了添加剂微晶玻璃的热膨胀系数,通过DTA研究了微晶玻璃的核化温度和晶化温度;分别利用XRD和SEM分析了材料的物相和显微结构;利用多功能试验机,对材料的强度进行了测试。通过建立的模型,近似计算了基体碳化硅和结合相的残余应力值。经研究制得了热膨胀系数为4.04×10-6/K的与基体碳化硅相匹配的结合相堇青石微晶玻璃、抗折强度为131Mpa复合多孔材料。     

离子交换温度对化学钢化玻璃结构和性能的影响

离子交换法制备钠铝硅系化学钢化玻璃,分析测试玻璃表面K+和Na+的分布情况、玻璃的表面应力及应力层深度、弯曲强度、Weibull模量和显微硬度,研究离子交换温度对化学钢化玻璃在结构和性能上的影响.结果表明:经过离子交换后,玻璃的表面应力、弯曲强度、Weibull模量和显微硬度均显著提高.提高离子交换温度,玻璃表面应力、弯曲强度和显微硬度逐渐下降,应力层深度逐渐加厚.温度350℃时,玻璃表面离子交换层具有全K+层、K+-Na+层和富K+层三层结构.温度升高,全K+层消失和富K+层,K+-Na+层加厚并出现贫Na+层.温度410℃时玻璃的强度分散性最小,可靠性最高.     

27Al魔角旋转核磁共振研究热处理凹凸棒石结构中Al配位变化

热处理是凹凸棒石黏土活化改性的常用方法之一.认识热处理过程中凹凸棒石结构演化,特别是凹凸棒石结构中铝配位的变化规律,对于理解凹凸棒石热活化改性的本质是十分重要的,可以为凹凸棒石黏土热化处理提供理论依据.为此,利用27Al魔角旋转核磁共振(MAS-NMR)技术结合X射线衍射分析,研究了经250～900℃热处理的凹凸棒石结构铝配位的变化.结果表明:天然凹凸棒石中铝主要是6配位(铝替代八面体中的镁),有很少量的4配位铝存在(铝替代硅氧四面体中的硅位置),并且在凹凸棒石硅氧四面体的四重周期中存在2个不同的晶格位置;煅烧温度在500℃以下时,铝配位没有发生明显变化;煅烧温度升高到500℃以上时,4配位铝明显增加,并且存在两种不同的晶格位置,表明结构有序性并没有完全破坏,同时还出现了少量的5配位铝.经600℃热处理后,凹凸棒石中铝6配位急剧降低,基本转化为4配位;温度升高到800℃时,6配位以及作为中间态出现的5铝配位完全消失,并且4配位铝峰只有一个峰,表明经过800℃高温处理后4配位铝都处于相同的化学环境.     

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。