BaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的研究进展和应用

以钡长石(BaAl2Si2O8)为主晶相的BaO-AlO3-SiO2(BAS)系微晶玻璃具有高的耐热温度、机械强度,具有较好的抗氧化性能和抗碱蚀能力,具有高的化学稳定性,与多种热、机械增强材料都有良好的化学相容性.而且,单斜钡长石的电绝缘和介电性能良好.因此,BAS系微晶玻璃作为高温结构材料和功能陶瓷材料均有相当多的应用.本文在评述BAS系微晶玻璃的不同制备工艺、加速六方钡长石→单斜钡长石晶型转变的不同手段与机理的基础上,介绍了BAS系微晶玻璃作为结构材料和功能材料的多种应用,指出了国内外的研究差距,并作出了研究展望.     

BaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶机理研究

利用烧结法制备化学计量比和高Ba含量的两组BaO-Al₂O₃-SiO₂(BAS)系微晶玻璃, 采用等转化率法计算玻璃粉的活化能随析晶过程的变化, 利用线性回归的方法确定最概然析晶机理函数, 进而对比研究添加ZrO₂和提高Ba含量对BAS系微晶玻璃析晶过程的影响. 结果表明, 4种成分的BAS系玻璃的最概然析晶机理函数均为SB(m, n)函数, 析晶过程中存在自催化的相变机制. 在化学计量比的BAS系玻璃中添加ZrO₂或者提高Ba含量, 对六方钡长石的析出表现为促进作用, 并且随着温度的降低或者析晶过程的进行, 促进效果更加明显. 在高Ba含量的BAS系玻璃中添加ZrO₂对六方钡长石的析出表现为抑制作用, 并且随着温度的升高抑制效果更加明显.     

晶化温度对Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶和显微结构的影响

采用差热分析（DTA）、红外光谱分析（IR）、X衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）等分析手段对Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的析晶和微观结构进行了研究。结果表明：随晶化温度升高，玻璃首先析出β-石英固溶体晶体，晶化温度升高β-石英固溶体向β-锂辉石固溶体转变，晶粒尺寸及含量逐渐增大，但晶化温度过高这种趋势变化不大。最佳的晶化温度为810℃，所制得的微晶玻璃具有低膨胀相的晶体结构，可荻得较好的热膨胀性能。     

ZrO2对低温烧结 BaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶和晶型转变的影响

用烧结法制备了化学计量比和高Ba含量的两组BaO-Al2O3-SiO2(BAS)系微晶玻璃,采用差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射分析(XRD)等手段研究了ZrO2对BAS系微晶玻璃中六方钡长石析晶和六方钡长石向单斜钡长石晶型转变的影响.研究表明,两组BAS系玻璃的烧结温度低于850℃,晶化温度低于900℃.六方钡长石的析出为整体析晶.不加形核剂晶型转变为整体析晶;添加ZrO2晶型转变为表面析晶.提高Ba含量或添加ZrO2促进六方钡长石的析出和晶粒细化.化学计量比的BAS系微晶玻璃中添加ZrO2明显促进晶型转变.高Ba含量的BAS系微晶玻璃中添加ZrO2表现为抑制晶型转变,850℃保温100h不发生转变.     

CaO-MgO-Al2O3-SiO2-F系可切削微晶玻璃的晶化机理研究

在CaO MgO Al2 O3 SiO2 F系可切削微晶玻璃体系中 ,本研究分析了K2 O和ZrO2 对玻璃析晶和显微结构的影响 ,探讨了晶化机理。K+ 促使云母相的生成和球晶的形成 ;晶化过程中 ,云母和顽辉石互为外延生长 ,使球晶中条状晶解离为片状晶。ZrO2 与F- 一起促使玻璃晶化后形成棒状云母晶粒 ,并具有晶粒长径比大、相互交错的显微结构     

含磷Li2O-Al2O3-SiO2超低膨胀透明微晶玻璃的析晶机理

采用示差扫描量热法、X射线和扫描电镜等研究含磷和无磷Li_2O-Al_2O_3-SiO_2(LAS)低膨胀透明微晶玻璃的析晶动力学和晶化过程,分析P_2O_5对LAS微晶玻璃晶化过程和微观结构的影响。结果表明:P_2O_5可以影响玻璃的玻璃分相和晶体相转变过程。一方面P_2O_5可以作为很好的晶核诱导剂,诱导核化需要的两相分离,有利于晶体的成核和长大;另一方面会增加结晶活化能(E),使玻璃网络结构重排困难,并存在α-锂辉石向β-锂辉石得转变过程,抑制晶粒生长。     

SiO2-Al2O3-MgO-F系微晶玻璃的形变析晶

采用高温熔融法制备了SiO2 -Al2O3 -MgO-F系玻璃样品,应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究了该微晶玻璃在自由形变时的析晶特征,得到了微晶玻璃自由形变析晶的规律.结果表明:在热处理过程中随着温度的升高,基础玻璃的黏度逐渐降低,可以在析晶前施加压力使之发生变形.在自由形变的前提下,微晶玻璃析出的晶体在垂直压力和平行压力方向上没有出现定向析晶.显微硬度测试结果也表明在微晶玻璃中没有明显的各向异性特征,不会带来材料性能在不同方向上的差异,为形状复杂、均质同性微晶陶瓷的制备提供了一个有效途径.     

MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃析晶影响因素

采用DSC方法对MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶影响因素进行研究,包括材料的组成、玻璃熔融温度及材料形态等方面.获得有利于MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃低温烧结的因素:较高的Mg2 离子含量、较低的熔融温度和缺陷较多的粉体形态,为其作为低温共烧陶瓷(LTCC)基板材料使用提供可能.     

MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃晶化行为和力学性能

采用差热分析、X射线衍射分析和扫描电镜观察等测试方法，对以TiO2和ZrO2作为复合晶核剂生成的微晶玻璃摘要的晶化行为进行了研究，并讨论了热处理工艺与晶化行为、力学性能之间的关系。结果表明：随温度升高，玻璃中依次析出镁铝钛酸盐、假蓝宝石、尖晶石、α-堇青石、顽火辉石等晶体。材料力学性能取决于热处理工艺，经800℃、2h和1190℃，1h处理后，所制备的陶瓷试样具有良好的力学性能，抗弯强度可稳定在320MPa以上。     

B2O3-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶动力学研究

采用差示扫描量热（DSC）分析法对B2O3-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃的析晶动力学参数进行了测定，研究了该系统微晶玻璃的析晶动力学。结果表明：随着B2O3/SiO2比的降低，该系统玻璃的析晶活化能E呈先升高后降低的变化趋势，当B2O3/SiO2比为11：5时，析晶活化能最小，Emin=375．4kJ／mol，晶化指数n则先减小后增大，但均〉4，表明该系统玻璃可整体析晶。     

High-temperature glass-ceramics of the BaO-Al2O3-SiO2-Ta2O5 system and molybdenum metal composites

Glass-ceramics which consist of tantalum pentoxide (Ta₂O₅), hexacelsian (BaO·Al₂O₃· 2SiO₂), and aluminium tantalate (Al₂O₃·Ta₂O₃) are described. These glass-ceramics can form refractory composites up to 1400° C with molybdenum metal. The glass-ceramics and metal have compatible physical and chemical properties which allow close thermal expansion and excellent bonding.     

Novel low-temperature synthesis of glasses and glass-ceramics in the B2O3-SiO2-P2O5 system

In recent years considerable progress has been made in electronic packaging substrate technology. The future need of miniaturization of devices to increase the signal processing speed calls for an increase in the device density requiring the substrates to be designed for better thermal, mechanical and electrical efficiency. Fast signal propagation with minimum delay requires the substrate to possess very low dielectric constant. Several glasses and glassceramic materials have been identified over the years which show good promise as candidate substrate materials. Among these, borophosphate and borophosphosilicate glass-ceramics have been recently identified to have the lowest dielectric constant (3.8). Sol-gel processing has been used to synthesize borosilicate, borophosphosilicate and borophosphate glasses and glass-ceramics using inexpensive boron oxide and phosphorus pentoxide precursors. Preliminary results of the processing of these gels and the effect of volatility of boron alkoxide and its modification on the gel structure are described. X-ray diffraction, differential thermal analysis and Fourier transform-infrared spectroscopy have been used to characterize the as-as-prepared and heat-treated gels.     

B2O3-Al2O3-SiO2透明玻璃陶瓷研究

玻璃陶瓷属于一类多晶陶瓷材料.通过调整玻璃基质和晶相组成可以制备出具有良好的力学、热学、电学和光学性能的玻璃陶瓷材料.采用传统的熔融和退火技术制备出含B2O3-Al2O3-SiO2-Li2O-K2O组分的硼铝硅玻璃,并通过成核和长晶工艺最终制备出透明玻璃陶瓷.配合料在铂金坩埚中于1450℃下熔融2h,然后经两步热处理制度控制晶核的生成和晶粒的长大.采用差热分析技术确定成核和长晶温度.采用X射线衍射技术对不同热处理制度下的玻璃陶瓷样品进行分析,以确定最佳成核和长晶条件.采用扫描电子显微镜分析玻璃陶瓷形态,晶粒尺寸及其在残余玻璃相中的分布.采用UV-Vis-Nir分光光度计测定玻璃陶瓷样品的透过率.     

0Cr18Ni9不锈钢基板的BAS系微晶玻璃介质层的研制

通过开展BAS微晶玻璃成分优化研究,研制了0Cr18Ni9不锈钢基板的大功率厚膜电路介质层。在BAS系玻璃中加入适量MgO和CaO,在降低烧结温度的同时提高了析晶温度,抑制了晶体相的析出,有助于介质层的烧结致密化。利用成分优化后的BAS系玻璃制备的介质层与不锈钢基板结合强度高,具有优良的抗机械冲击能力。最佳配方的介质浆料经过3个烧结周期,制得介质层膜厚100μm,击穿电压2.1kV,泄漏电流0.01mA。部分成果已经用于合作单位的工业化生产。     

CaO-Al2O3-SiO2系黑色装饰微晶玻璃的研究

为了研究制备黑色装饰微晶玻璃,使用Fe2O3、Ni2O3、Co2O3等着色剂,研究了其对微晶玻璃装饰板材的颜色、烧结和晶化性能的影响规律,确定合理的着色剂种类、含量以及热处理制度,并利用XRD与SEM等技术研究了黑色装饰微晶玻璃的结构.研究表明:以Fe2O3、Co2O3组合和Fe2O3、Co2O3、Ni2O3的组合都可制得黑色系列玻璃与花纹清晰的黑色微晶玻璃;100g玻璃配合料中,较合理的着色剂用量为:Fe2O33～5g,Co2O30.15～0.25 g,Ni2O30.2～0.4 g.     

The dielectric properties of certain ZnO-Al2O3-SiO2 glass-ceramics

An original study has been made of the influence of additions of alkaline-earth metal oxides (CaO, SrO, BaO) at the expense of ZnO on the dielectric properties of certain ZnO-Al₂O₃-SiO₂ glass-ceramics. Tests were carried out at 20° C at frequencies of 10⁵ to 10¹⁰ Hz and at temperatures up to 400° C at a frequency of 9.37 × 10⁹ Hz. X-ray diffraction analysis showed that the major crystalline phase in all cases was Zn₂SiO₄ and this was little changed in proportions or lattice parameters by the additions. Some changes in secondary crystal phases were noted but no positive identification of crystals containing Ca²⁺, Sr²⁺ or Ba²⁺ was made. It is concluded that the alkaline-earth metal ions are essentially contained in the residual glassy phase and that the major contribution to the dielectric losses is by the residual glassy phase. Increase in the BaO content causes a loss peak to move to lower frequencies (in the range > 10¹⁰ to 10⁸ Hz) and this is believed to be partly due to the BaO additions rendering the network of the residual glassy phase more open, and partly due to the heavy mass of the Ba²⁺ ions. A similar effect was not observed for additions of CaO and SrO. Furthermore, it appears that the alkaline-earth metal oxide additions are restricting deformation of the network of the residual glassy phase.