ZrO_2掺杂对CaO–Al_2O_3–SiO_2系玻璃结构和机械性能的影响

采用熔融冷却法制备ZrO_2掺杂的CaO–Al_2O_3–SiO_2(CAS)系玻璃,通过差热分析仪、紫外可见光分光光度计以及电子万能试验机探讨了ZrO_2掺杂量对玻璃热稳定性、网络结构以及机械性能的影响规律。结果发现:当ZrO_2摩尔分数小于4%时,CAS系玻璃的热学性能更加稳定,光学带隙随着ZrO_2掺杂量的增加而减小,结构更加致密完整,其体积密度、氧原子堆积密度以及弯曲强度均随着ZrO_2含量的增加而上升;当ZrO_2掺杂量超过4%后,该玻璃体系的热学性能、结构稳定性和力学性能均随着ZrO_2含量的增加而出现下降;当ZrO_2掺杂量为4%时,玻璃的光学带隙值达到3.28 e V,析晶温度Tx与玻璃转变温度Tg差值达到230.12℃,同时弯曲强度达到83.67 MPa。适量的掺杂ZrO_2,能够提高氧原子堆积密度、增强其网络结构,从而显著提高玻璃的结构稳定性和机械性能。     

GeS_2–Ga_2S_3–CdS玻璃的折射率与三阶非线性光学性能

采用熔融–急冷法制备了GeS_2–Ga_2S_3–CdS硫系玻璃,用椭圆偏振仪、飞秒光Kerr技术分别测试了在室温玻璃的折射率和三阶非线性光学性能,分析了玻璃的组成、结构对玻璃的折射率与三阶非线性光学性能的影响。结果表明玻璃的折射率主要决定于Ge的含量;玻璃的三阶非线性极化率χ(3)与玻璃中S—Ge,S—Ga键的数量有关,当玻璃中S—Ge,S—Ga键的数量最多时,离子极化程度最大。电子云的变形程度最大时,具有最大的χ(3)。玻璃的超快三阶非线性光学系数与线性折射率n间的关系不遵循Miller规则。     

Al2O3含量对无碱铝硼硅玻璃网络结构的影响

采用高温熔融法制备了不同氧化铝含量的SiO_2-Al_2O_3-B_2O_3-MO(M=Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺)系统无碱铝硼硅酸盐玻璃。通过X光电子能谱(XPS)和红外光谱(FTIR)对玻璃样品进行了结构分析,并对其性能进行检测。结果表明,在铝硼硅酸盐玻璃中,随着氧化铝含量的增加,更多的铝离子与游离氧参与组成玻璃网络结构的形成,与此同时,碱土金属离子进入玻璃网络空隙,导致玻璃的介电性能和密度改变,介电常数在氧化铝含量(摩尔分数)为11.4%附近出现极大值。玻璃中的游离氧或是形成[AlO_4]进入玻璃网络或是与铝离子形成[AlO_6],数量不断减少。随着氧化铝含量的增加,密度和硬度的变化趋势为先增大后减小,且均在氧化铝含量(摩尔分数)11.6%和12.2%时出现了极大值。     

Y_2O_3掺杂对SiO_2-Al_2O_3-MgO系玻璃结构与机械性能的影响

采用传统熔体冷却法制备Y_2O_3掺杂质量分数为0~1.8%的SiO_2-Al2O_3-MgO系玻璃,探讨了Y_2O_3含量对玻璃弯曲强度、压缩强度、压缩模量和结构稳定性的影响规律。结果表明:当Y_2O_3掺杂量小于1.2%时,玻璃的光学带隙随着Y_2O_3含量的增加而减小、玻璃结构更加稳定,其弯曲强度、压缩强度以及压缩模量均随着Y_2O_3含量的增加而上升;当Y_2O_3含量超过1.2%后,该玻璃体系的结构稳定性和机械性能均随着Y_2O_3含量的增加而出现下降;当Y_2O_3的含量为1.2%时,玻璃的光学带隙最小,为3.11 e V,机械性能达到最优,其弯曲强、压缩度强度和压缩模量分别107.48 MPa、221.24 MPa和117.87 GPa。适量Y_2O_3的掺杂,减少了玻璃网络结构中非桥氧数量,使孤立的岛状网络单元重新聚合,增强了Si—O—Si反对称伸缩振动,增加了玻璃结构的稳定性,从而显著提高了玻璃的机械性能;但过量的Y_2O_3迫使玻璃结构中的桥氧键断裂,生成非桥氧,显著降低了玻璃的结构稳定性和机械性能。     

Bi2O3-B2O3-Ga2O3玻璃的光学折射率和带隙研究

采用传统熔融淬冷法制备了5组高Bi2O3含量的Bi2O3-B2O3-Ga2O3系统玻璃样品.测试了玻璃样品的密度,折射率和吸收光谱.利用经典的Tauc方程计算了样品的间接允许光学带隙Eopgi,直接允许光学带隙Eopgd和Urbach能量ΔE.根据Duffy等人提出的经验推导公式计算了样品的能量带隙Eg.研究了Ga2O3含量对玻璃样品的密度、折射率、摩尔折射度Rm、金属标准值Mm、光学带隙、能量带隙和Urbach能量的影响,并分析了它们之间的关系.结果表明:随着Ga2O3含量的增加,玻璃样品的密度和折射率逐渐增大,但Ga3+对玻璃折射率的影响要小于B3+;玻璃样品的紫外吸收增强,光学带隙和能量带隙逐渐减小,光学带隙和能量带隙的比值约为1:1.1;Urbach能量逐渐减小,即玻璃中带裂变和缺陷形成的趋势越小.     

Fe_2O_3对甘氨酸热解特性及氮转化的影响

选用污泥中典型氨基酸-甘氨酸(Gly)为研究对象,利用差式热值分析-质谱联用技术(DSC-MS)和固定床实验研究了Fe_2O_3对甘氨酸热解特性、NO_x前驱物生成规律以及氮转化特性的影响。结果表明:热解特性实验中,由于Fe_2O_3将Gly的第一热失重阶段一分为二,导致其热解过程由2个阶段增至3个;Fe_2O_3使Gly热解起始温度及气体析出温度降低50℃,并通过促进半焦的二次裂解反应使Gly失重率增加23%。与Fe_2O_3对Gly热解过程的影响一致,Fe_2O_3将含N气体析出过程同样分成3个独立的阶段。固定床实验中,在Fe_2O_3/N=0.5时,Fe_2O_3最大程度地抑制了NO_x前驱物(NH_3和HCN)析出,使其减少30%。由于Fe_2O_3促进肽脱水缩合、环化和芳香化反应,使得更多P-N、N-5和N-6固定在半焦中,半焦氮残留率增加5%。     

坩埚腐蚀对CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系高炉渣微晶玻璃的影响

以某公司炼钢尾矿高炉渣为主要原料,采用熔融法分别在石英坩埚和刚玉坩埚中熔制Ca O-Mg O-Al_2O_3-SiO_2(CMAS)系微晶玻璃,利用XRF、XRD、DSC、SEM、EDS等测试手段,研究了不同坩埚材料在不同坩埚利用率时对微晶玻璃成分、显微结构及性能的影响。研究表明:高温玻璃熔体对石英坩埚和刚玉坩埚的侵蚀作用会分别导致基础玻璃中SiO_2和Al_2O_3含量的提高,改变微晶玻璃的析晶机制;SiO_2含量的增加使微晶玻璃显微硬度和抗弯强度升高,Al_2O_3含量的增加使微晶玻璃密度升高。     

SrO、La2O3、ZrO2对无铅水晶玻璃折射率,密度和耐碱性能的影响

熔融法制备不同氧化物含量的SiO2-B2O3 -R2O系无铅水晶玻璃,并表征了玻璃的密度、折射率和耐碱性能.结果表明:随着氧化锶含量的增加,玻璃密度、折射率和耐碱性能都随之增加;适量氧化镧(w(La2O3)≤22%)的加入可以提高玻璃的折射率、密度和耐碱性能,过量则反之;适量氧化锆的加入(w(ZrO2)≤28%)能够显著提高玻璃耐碱性能并提高玻璃折射率和密度,过多则促使玻璃析晶失透.     

Bi2O3–B2O3二元系统玻璃的网络结构形成与光学性能研究

采用高温熔融–退火法制备了一系列Bi2O3–B2O3二元系统玻璃,系统研究了不同Bi/B摩尔比下B2O3和Bi2O3在玻璃网络结构中的竞争机制,重点探讨了组成对铋酸盐玻璃光学和结构性能的影响。通过吸收光谱和Raman光谱分析了Bi2O3–B2O3二元系统玻璃的网络形成机理,测试了玻璃的密度和线性折射率。结果表明:Bi3+和B3+均为玻璃网络形成体,Raman光谱以600cm–1为中心,其附近的Raman信号强度发生的有规律性变化:低能量区的Raman峰与玻璃中引入的铋离子有关,而高能区的Raman峰与玻璃中的硼氧结构体有关。     

氧气流量和溅射功率对脉冲直流磁控溅射制备Nb2O5薄膜性能的影响

采用非对称双极性脉冲直流磁控溅射系统在玻璃衬底上制备了Nb_2O_5薄膜,重点研究了O_2流量和溅射功率对薄膜结构、成分、形貌和光学性能的影响。XRD结果表明:所有制备的薄膜均为非晶结构;XPS用于分析不同O_2流量下沉积的薄膜表面Nb的化学状态,O_2流量达到4.0 sccm以上才能得到满足化学计量比的Nb_2O_5薄膜;AFM结果显示:随着O_2流量的增加,薄膜表面更加平滑、均匀,而溅射功率为80 W时所制备的Nb_2O_5薄膜表现出最大的表面粗糙度大约为1.59 nm;光学结果表明,随着O_2流量增加,可见光区的平均光学透过率逐渐增大,但溅射功率超过40 W,溅射功率对薄膜可见光区的透过率影响很小;此外,通过改变O_2流量和溅射功率,可以很好地调节薄膜的折射率,从而更加便于消影玻璃中光学介质膜系的设计与生长。     

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。     

熔融法制备钨尾矿微晶玻璃的研究

以广东韶关梅子窝矿区钨尾矿为主要原料,按比例增加相应化学原料,采用熔融法制备了CaO-Al_2O_3-SiO_2系建筑装饰用微晶玻璃。采用差热扫描(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段表征了样品的晶相和微观结构,测试了样品的密度、抗折强度、显微硬度及耐酸耐碱性等性能。结果表明利用熔融法制备钨尾矿微晶玻璃的主晶相为β-硅灰石,密度达2.82 g/cm~3、抗弯强度达97.52 MPa、显微硬度达527 MPa、耐酸性为0.19%、耐碱性为0.18%。钨尾矿微晶玻璃的成功制备为尾矿的高附加值资源化利用提供了一条借鉴途径。     

氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具的制备及其切削性能

以α-Al2O3、Zr O_2、Ce O_2粉体为原料,在1 550℃烧结制备了含有10%(体积分数)、20%、30%的ZrO_2–CeO_2[Ce O_212%(摩尔分数),Zr O_288%]增韧Al2O3陶瓷样品。分析了样品相对密度、硬度、抗弯强度及断裂韧性。结果表明,在1 550℃烧结条件下制备的30%ZrO_2–CeO_2增韧Al2O3陶瓷样品致密度只有97.5%,而在1 600℃烧结时,致密度达到99.6%。在1 550℃烧结时,Zr O_2增韧Al2O3陶瓷材料都残留少量m-Zr O_2,而在1 600℃烧结时,样品中m-Zr O_2完全转化为t-Zr O_2,随着Zr O_2含量增加,材料致密度、硬度及断裂韧性均有所降低,弯曲强度先上升后下降。用Al2O3陶瓷刀具材料高速切削灰铸铁时,发现添加10%ZrO_2–CeO_2增韧Al2O3陶瓷样品的切削性能优于其它材料。在1 550℃烧结制备的10%、20%和30%ZrO_2–CeO_2增韧Al2O3陶瓷样品的主要磨损机理都为磨粒磨损与黏结磨损,而1 600℃烧结制备的30%ZrO_2–CeO_2增韧Al2O3陶瓷样品的主要磨损机理为磨粒磨损。     

溶胶-凝胶法制备梯度折射率玻璃涂层的研究

本文讨论了用溶胶-凝胶法制备Na_2O-B_2O_3-SiO_2系统梯度折射率减反射膜的实验方法。这类玻璃膜具有多孔的微观结构,拥有比基玻璃更小的密度和折射率,膜中微孔结构经过热处理和化学处理后,使薄膜的折射率呈现梯度变化,玻璃涂层在宽的波长范围内起到减反射作用。将它应用于太阳能电池系统中可提高电池效率10%。 文中讨论了膜的厚度影响因素。应用热分折、红外吸收光谱研究了凝胶转化为玻璃的过程,应用开口气孔模型讨论了烧结过程.     

铝硅准二元玻璃硬度和抗碎裂性演化的结构起源

为探究准二元铝硅玻璃硬度和抗碎裂性随组分变化的结构起源,采用激光加热气动悬浮技术,制备了组分为xAl2O3·(100–x)SiO2(30≤x≤63,摩尔分数)的系列玻璃样品.利用显微维氏硬度仪对玻璃的硬度、抗碎裂性进行了详细表征.结果表明:随着Al2O3含量增加,玻璃硬度逐渐升高,于x=63时硬度最大(8.94 GPa...     

TiO_2-SiO_2/SiO_2双层复合薄膜制备及折射率调控

采用溶胶-凝胶法制备了具有W型减反特性的Ti O_2-SiO_2/SiO_2复合薄膜,并分别调控了TiO_2及TiO_2-SiO_2混合介质薄膜折射率,探索了不同制备条件对TiO_2薄膜折射率的影响机理。通过场发射扫描电子显微镜、能谱仪、椭偏仪、紫外–可见-红外分光光度计研究了薄膜微观结构、薄膜组分、折射率和光学透过率,通过TFcal软件模拟了双层复合薄膜的光学透过率线型。研究表明:溶胶pH值对TiO_2薄膜折射率影响显著,其影响的前驱体水解速率对折射率的影响占主要作用,并且随着pH值的增大薄膜折射率减小,而水/钛比对薄膜折射率影响不显著。在TiO_2与Si O_2混合溶胶中两者物质的量比为1.2:1.0时,获得可用于制备双层复合W型减反膜系底层的薄膜,其椭偏仪拟合测试折射率约为1.68。最终制备的复合TiO_2-SiO_2/SiO_2薄膜实现了光学宽谱范围380～1100 nm的优良增透效果,最大透过率可达约97%。     

择优取向氮掺杂氧化铟薄膜的制备及其光电性能

为探索氧化铟基半导体薄膜择优取向的控制生长策略，并探究晶面取向对光电性能的影响，采用磁控溅射技术在石英(SiO2)衬底上分别制备了具有(222)和(440)晶面择优取向的氮掺杂氧化铟(In2O3:N)薄膜，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外–可见分光光度计对In2O3:N薄膜的晶体结构、表面形貌、元素组成、光学带隙进行了表征，并研究了不同择优取向薄膜的光电特性。结果表明：不同择优取向In2O3:N薄膜的氮掺杂均以替位式为主，氮掺杂会导致氧化铟的禁带宽度减小至2.89 eV。相比(222)晶面择优取向，(440)晶面择优取向的In2O3:N薄膜的光响应时间更短。     

硼酸盐系统玻璃性质的综合研究

研究了K_2O-B_2O_3、BaO-B_2O_3、CdO-B_2O_3、PbO—B_2O_3等四个二元系统的折射率、密度、线膨胀系数、软化点及化学稳定性的变化规律,并测定了加入其他氧化物对其中一个基本成份各项性质的影响。 在试验的基础上讨论了硼酸盐玻璃中硼反常现象,并提出了决定其中硼配位数变化的几个初步原则。 提出了B_2O_3、B_2O_3-CdO、B_2O_3-La_2O_3等系统玻璃性质变化特点及其在光学工业中的可能应用范围。     

Li2B4O7-Bi2O3-WO3玻璃的光学性能研究

采用熔融淬冷方法制备了(100-x)Li2B4O7-x(Bi2O3·WO3)(5≤x≤20)玻璃.采用比重计测定了玻璃密度,分光光度计测量了玻璃的吸收光谱,V棱镜折射仪测量了玻璃折射率.结果表明,随着Bi2 O3·WO3含量的增加,玻璃样品的密度和摩尔体积增大,而氧堆积密度减小;玻璃的吸收光谱中截止波长逐渐向长波方向移动,玻璃的间接跃迁光学带隙、Urbach能和费米能逐渐减小,折射率增大.光学性能的变化和玻璃网络中部分桥氧转变为非桥氧有关.     

Nb_2O_5对高介电常数玻璃微观结构和性能的影响

采用熔融淬冷法制备了50Si O_2·30RO·(20–x)MO_2·x Nb O_(2.5)(R=Ca,Ba,Sr;M=Ti,Zr)(x≤10)高介电常数玻璃。采用Archimedes法测试了玻璃的密度,采用析晶梯度炉测试了玻璃的失透上限温度,采用纳米划痕测试了玻璃弹性模量,采用X射线光电子能谱和核磁共振分析了不同Nb_2O_5含量的玻璃的结构。结果表明:随着Nb_2O_5含量的增加,桥氧数量先增加后减少,形成的[Nb O_6]铌氧八面体会与[Si O_4]顶角相连以增强网络结构;[Si O_4]的存在形态主要为Q~3和Q~4,表明其网络结构更牢固;密度和摩尔体积逐渐增大;失透上限温度先下降再上升;弹性模量先增加后降低。