微晶玻璃的低温烧结与物理性能的研究

微晶玻璃体系热处理温度高,析晶和烧结温度差异较大,制备周期较长,限制了临床应用,低温烧结的研究显得尤为重要。本文利用两种不同百分含量的基础玻璃体系Na2O-B2O3-Si2O4,分别加入CaO、P2O3并引入一定量的CaF2制备出微晶玻璃,样品性能经差热分析和X衍射分析研究得知配方为5.63Na2O-25.46B2O3-42.08Si2O4-15CaO-10P2O3-1.83CaF2(wt%)玻璃体系有较低的烧结温度,经过进一步的研究,得出结论:其烧结后的收缩率达11.0%,显气孔率达0.57%,体积密度达2.55g/cm3。     

Al2O3含量对钠钙硅玻璃析晶行为的影响

研究了具有高结晶度的20Na2O-29CaO-51SiO2(wt％)玻璃中引入Al2O3后的流变和析晶行为,着重研究了Al2O3含量的增加对成核位置和晶体种类的影响.结果 表明:随着Al2O3的引入,玻璃的粘度逐渐增大,玻璃转变温度和析晶温度也相应地提高;同时粘滞流动活化能明显增大,即晶体形成离子的可移动性降低;另外,Al2O3的引入也导致玻璃由体析晶向表面析晶转变.IR光谱表明,在该体系玻璃中Al3主要以[AlO4]四面体存在,其他低场强阳离子(如Na+和Ca2)对其进行电荷补偿,这导致玻璃中总的非桥氧含量降低,换句话说,玻璃的网络联接程度因Al2O3的引入而增强,离子的体扩散被抑制,因而导致表面析晶.     

硅碱钙石微晶玻璃中晶相相变

采用高纯的SiO2、Al2O3、KNO3、Na2CO3、CaCO3及CaF2熔融制备了组成为8.4Na2O 1.3Al2O3 5K2O 10.8CaO 64SiO2 10.5 CaF2的硅碱钙石微晶玻璃,采用热力学计算及DTA,XRD和SEM等技术手段对其热处理过程中硅碱钙石和硬硅钙石晶相间的竞争和转变进行研究。经550℃热处理1h后,母体玻璃中有氟化钙晶相析出;在700℃下热处理1h后析出硬硅钙石晶相;在750～850℃下热处理1h后主晶相转变为硅碱钙石。经在700℃下延长微晶玻璃的热处理时间,观察到由硬硅钙石向硅碱钙石的晶相转变。这一转变趋势得到热力学计算的验证。     

Er3+和Yb3+共掺锗硅酸盐玻璃的上转换发光性能

采用熔融-淬火法制备了基体为30SiO2-20GeO2-15Al2O3-5B2O3-30CaF2的Er3+和Yb3+共掺锗硅酸盐玻璃.采用X射线衍射仪、荧光光谱仪和热分析仪对样品进行了表征.结果表明:Er2O3含量从0.5％(摩尔分数,下同)增加到2.0％时,玻璃转变温度Tg和Tx-Tg(Tx为第一析晶温度)数值均有明显下降.Yb2O3含量从1.5％增加到4.5％时,玻璃上转换红光发光强度数量级由103提高到105,对其中1个样品在740℃热处理12h后发现,微晶化处理并未对Er的上转换发光产生有益影响.     

热处理制度对Al_2O_3-SiO_2-Na_2O-CaF_2系微晶玻璃晶化行为及显微结构的影响

以Al2O3、SiO2、Na2CO3、CaF2为原料,采用传统高温熔融工艺制备了氟氧基质玻璃。通过优化热处理制度,制得富含CaF2微晶的Al2O3-SiO2-Na2O-CaF2系氟氧微晶玻璃,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了热处理制度对氟氧微晶玻璃晶化行为及微观结构的影响。结果表明:随着热处理时间及温度的增加,CaF2微晶析出相的含量及晶粒尺寸都在增大,当温度超过670℃时,由于CaF2晶粒尺寸过大,导致微晶玻璃失透;此外在670℃下,当热处理时间为5 h时,基体玻璃中除了球状CaF2晶粒外,还析出了较大晶粒尺寸(约1 um)的棒状AlF3晶体,一定程度上导致微晶玻璃失透。     

液相沉淀Al2O3-SiO2-P2O5-CaF2系玻璃粉体的性能表征

选取几种分别含有Al3+,SiO32-,P3O105-,Ca2+,F-的无机盐作为初始反应物,采用液相沉淀法合成了Al2O3-SiO2-P2O5-CaF2系纳米玻璃态粉体,在400～900℃温度范围内对粉体进行热处理,借助TEM,EDAX,XRD,IR,DSC等分析手段表征了粉体的形貌、化学组成、结晶状态、玻璃结构及析晶特性.结果表明,该液相沉淀粉体由含有Al,Si,Ca,P,O,F元素的中空近球状纳米粒子组成,粒径约在30～70 nm范围内,呈典型的非晶态特性.当热处理温度达到600℃时,晶相CaF2优先析出,随温度的升高,Al2SiO5,Ca2SiO4,Ca3(PO4)2等晶相相继析出.其主体结构为[SiO4],[AlO4],[PO4]四面体以共用角顶氧原子的相连形式而构成空间网络结构.     

液相沉淀Al2O-SiO2-P2O5-CaF2系玻璃粉体的性能表征

选取几种分别含有Al3＋,SiO3^2-,P3O10^5-,Ca2＋,F-的无机盐作为初始反应物,采用液相沉淀法合成了Al2O-SiO2-P2O5-CaF2系纳米玻璃态粉体,在400—900％温度范围内对粉体进行热处理,借助TEM,EDAX,XRD,IR,DSC等分析手段表征了粉体的形貌、化学组成、结晶状态、玻璃结构及析晶特性。结果表明,该液相沉淀粉体由含有Al,Si,Ca,P,O,F元素的中空近球状纳米粒子组成,粒径约在30—70nm范围内,呈典型的非晶态特性。当热处理温度达到600 ℃时,晶相CaF2优先析出,随温度的升高,Al2SiO5,Ca2SiO4,Ca3（PO4）2等晶相相继析出。其主体结构为[SiO4],[AlO4],[PO4]四面体以共用角顶氧原子的相连形式而构成空间网络结构。     

组成对MgO-Al2O3-SiO2系统分相析晶的影响

对MgO-Al2O3-SiO2系统的分相与析晶进行了探讨,通过对不同组成点在热处理各阶段的试样进行XRD、TEM及DTA分析,研究了玻璃组成对玻璃的分相和析晶的影响.结果表明:当组成中MgO/Al2O3越大且同时SiO2含量越高,越利于该系统产生分相.当MgO/Al2O3大于3且SiO2含量大于68mol％时,水淬试样产生分相.SiO2含量较高时,分相液滴很容易聚集在一起,形成连通的蠕虫状分相粒子.随着SiO2含量的降低,玻璃的析晶放热峰温度逐渐降低,而且析晶放热峰变得尖锐,玻璃析晶趋势增强.当SiO2含量越低且MgO/Al2O3越大时,越利于该系统析晶.     

含复合晶核剂CaO–MgO–Al2O3–SiO2微晶玻璃析晶与性能

采用高温熔制法制备了含复合晶核剂的CaO–MgO–Al2O3–SiO2(CMAS)微晶玻璃,并借助差热分析、X射线衍射、扫描电子显微镜分析了复合晶核剂组成对CMAS微晶玻璃的析晶和性能的影响规律。结果表明:复合晶核剂CaF2+TiO2能使CMAS玻璃的析晶活化能E降至329.2kJ/mol,且促进晶体快速生长;CaF2+P2O5可促进大量晶核生成,使晶体生长指数n增至2.87,从而实现CMAS玻璃整体析晶;CMAS微晶玻璃的主晶相为钙长石和透辉石,形状为长条状,TiO2和ZrO2的加入对主晶相种类和形状没有影响,但P2O5加入后玻璃不能析出透辉石晶相,而是辉石晶相,并产生许多细小晶粒;含复合晶核剂的微晶玻璃均具有较高Vicker硬度(7.0GPa以上),但引入CaF2+TiO2+P2O5时,微晶玻璃的Vicker硬度较低,这主要是晶粒排列不致密所致。     

Yb3+掺杂YAG微晶玻璃的制备与晶化性能研究

通过对CaO-Al2O3-SiO2三元相图相关点的探讨,确定Yb3+掺杂的29.5SiO2-30.5CaO-24 Al2O3-12Y2O3-4 Yb2O3-(0～3)ZrO2玻璃系统,采取高温熔融获得母体玻璃。用DTA和梯温法测定母体玻璃的析晶行为并确定热处理制度。采取XRD,TEM分析热处理后的样品。结果表明,选择的玻璃成分均可得到Yb3+掺杂YAG透明微晶玻璃,含3 mol%ZrO2更有利于得到晶体颗粒的形貌和大小基本一致、分散均匀、尺寸约33 nm的Yb3+掺杂YAG透明微晶玻璃。     

Fe2O3作晶核剂的CaO-SiO2系玻璃析晶动力学研究

用溶胶凝胶法制备了CaO-SiO2（含Fe2O3）系玻璃,采用差热分析方法研究了玻璃析晶动力学.结果表明：该方法制备工艺简单,Fe2O3作玻璃组分,使玻璃产生不同性质;作晶核剂使析晶过程明显,经分析样品为整体析晶,析晶活化能为438.023kJ/mol.     

Effect of Nucleating Agents on the Crystallization of Calcium Phosphate Glasses

Phase evolution in calcium phosphate-based glass ceramics has been examined. Pure CaO:P₂O₅ readily formed a glass which surface nucleated upon annealing, but volume nucleation at 680°C was observed only after the addition of the nucleating agents, TiO₂ and A1₂O₃. Phase separation of Ti and Al occurred along with the nucleation and growth of a calcium phosphate phase, similar to β-Ca₂P₂O₇. Heat treatments at higher temperatures and/or for longer times resulted in crystallization of A1- and Ti-rich, phase-separated regions. A glass with a higher CaO:P₂O₅ ratio (approximately 2:1) could be prepared only when a total of 25-35 mol% of TiO₂, A1₂O₃, and SiO₂ were present in the batch. The glass phase-separated into respective SiO₂- and CaO/P₂O₅-rich regions on cooling. The SiO₂-rich regions did not influence crystallization and remained amorphous throughout the heat treatments. In the CaO/P₂O₅-rich regions, homogeneous volume nucleation of a Ti-rich phase readily occurred followed by the heterogeneous nucleation and growth on these nuclei of a calcium phosphate phase. Although this phase was macroscopically composed of spherulites, TEM revealed that they consisted of intertwined nanodendrites whose individual arms were approximately 20 nm wide and 50 nm long.     

微晶玻璃的着色工艺及其研制

通过以CaO—Al2O3-SiO2系统玻璃为基础组成，研究了着色剂含量及不同种类氧化物对该系统微晶玻璃装饰板颜色的影响，并对其着色机理及研制工艺进行了探讨和总结，得出一些经验和体会，还针对生产中容易出现的问题提出了相应的改进建议与措施。     

SiO2-Al2O3-MgO-K2O-(F)系玻璃陶瓷的分相和析晶

应用差热分析、X射线衍射分析、扫描电子显微镜等技术，研究了氟含量在SiO2—Al2O3—MgO—K2O系玻璃陶瓷分相及析晶中的作用。结果表明：当玻璃中不含氟时，试样在高温发生整体析晶，析出晶相为堇青石(Mg2Al4Si5O18)。当玻璃中含有质量分数为1．0％的氟时，玻璃的玻璃转变温度及析晶温度都有所降低，但首先在玻璃表面析出云母晶体，玻璃内部发生分相。随着析晶温度的升高，试样内部析出相互交错条状云母晶体。当玻璃中氟的质量分数达到4．0％时，云母晶体呈针片状整体析出，而且析晶温度进一步降低。     

K2O—CaO—Al2O3—SiO2系统玻璃的分相

本文研究了Ｋ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２玻璃的分相行为，从中发现该系统在液相线下的亚稳不混溶区能一直扩展到含ＳｉＯ２量为５３－６０ｍｏｌ％的截面，Ｋ２Ｏ的引入能使该系统的不混溶温度升高，其分相的结构形貌的液滴状，滴状相是富硅相，含有ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３和Ｋ２Ｏ，其尺寸大小服从对数正态分布。     

CaO-Al_2O_3-SiO_2系统玻璃晶化时首析晶相及TiO_2的作用机理预测和研究

通过ＣａＯＡｌ２Ｏ３ＳｉＯ２系统玻璃的结构分析预测玻璃晶化时首析晶相是钙长石。选取ＣａＯＡｌ２Ｏ３ＳｉＯ２三元相图成玻璃区内的某点作为基础玻璃的组成，在基础玻璃中加入ＴｉＯ２。用ＤＴＡ，ＸＲＤ和ＳＥＭ方法的研究结果表明，不管玻璃中加ＴｉＯ２与否，晶化时首先析出的晶相都是钙长石，且均为从表面向内部生长，与预测相符。ＴｉＯ２作为晶核剂，效果不太明显，在高温时ＴｉＯ２只能使玻璃网络结构松弛，粘度降低，促进玻璃中晶相的成核和生长。     

不同氧化物对磷酸盐玻璃结构与性能的影响

在化学组成为40Na 2O·60P2 O 5的基础上,用CaO、MgO取代Na 2O或用Al2 O 3、B 2 O 3和SiO2取代P2 O 5制备5种磷酸盐玻璃体系,用X射线衍射(XRD)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)对玻璃结构进行了表征,并测定了该玻璃体系样品的密度、化学稳定性等基本性质。研究发现,用CaO取代Na 2O和Al2 O 3取代P2 O5可以显著改善玻璃的化学稳定性;用SiO2取代P 2 O 5时,玻璃的化学稳定性下降;由于配位问题,B 2O 3和MgO对磷酸盐玻璃结构与性能的影响出现转折点。