组成对钠铝硅玻璃中钇锆酸盐纳米晶析晶性能的影响

基于含Y₂O₃和ZrO₂的钠铝硅玻璃体系,研究了玻璃组分中Al₂O₃/Na₂O摩尔比值(M_AN)与SiO₂/Al₂O₃摩尔比值(M_SA)对玻璃析晶性能的影响。研究结果表明,当M_AN<1时,玻璃经热处理后表面析出钠霞石晶体;当M_AN≥1时,玻璃热处理后析出钇锆酸盐纳米晶体,且此时微晶玻璃仍然具有不小于90%的高可见光透过率。对于固定M_AN的玻璃,调整其M_SA也能实现钇锆酸盐纳米晶的析出,且析出晶体尺寸随M_SA增加而减小。随着热处理温度升高微晶玻璃样品中纳米晶体尺寸增大,维氏硬度也增大。     

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。     

Na2O对锂铝硅微晶玻璃析晶及性能的影响

采用熔融法制备了不同Na₂O含量的透明锂铝硅微晶玻璃,通过DSC、XRD、FESEM等测试方法研究了不同Na₂O含量对玻璃析晶及性能的影响。结果表明：Na₂O的引入能显著降低玻璃的转变温度和析晶温度,抑制LiAlSi₄O₁₀晶相的析出。但Na₂O的引入促使微晶玻璃中析出Li₂Si₂O₅新相,并且随着Na₂O引入量的增加,Li₂Si₂O₅转变为主晶相。由于晶体尺寸均为纳米级,主晶相的转变对透过率影响较小,微晶玻璃的可见光透过率均高于85%。主晶相的转变有效增强了微晶玻璃的机械性能,其弯曲强度由300 MPa提升至331 MPa。Na₂O的引入有效增强了Na-K交换,Na₂O含量为4%(质量分数)的Li₂O-Al₂O     

晶核剂对透明堇青石微晶玻璃析晶与性能的影响

采用熔融法制备了含有不同晶核剂的非化学计量比堇青石微晶玻璃，通过DSC、XRD、FE-SEM、UV-VIS-NIR等测试方法研究了不同晶核剂对微晶玻璃析晶与性能的影响，并用经典动力学方程(Johnson-Mehl-Avrami)分析了微晶玻璃的析晶动力学。结果表明，以P₂O₅和P₂O₅+ZrO₂为晶核剂的微晶玻璃晶化机制均为表面晶化，而以P₂O₅+ZrO₂+TiO₂为晶核剂的微晶玻璃则倾向于整体析晶。三组微晶玻璃在950℃晶化时主晶相为μ-cordierite,当温度升高到980℃时开始转变为α-cordierite,引入TiO₂使α-cordierite的含量增加，析出的晶体更加复杂致密。随着晶化时间延长，与其他晶核剂相比，P₂O₅+ZrO₂+TiO₂组合晶核剂微晶玻璃在相同晶化时...     

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...     

LAS微晶玻璃在离子交换后的去结晶相变化及机械性能表征

Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)系微晶玻璃是一种高性能的实用微晶玻璃体系,以Li₂O、Al₂O₃和SiO₂作为主要原料,采用整体析晶法制备了以透锂长石(LiAlSi₄O₁₀)为主晶相的微晶玻璃,并采用低温离子交换单元盐浴的方法,对其进行化学强化。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备研究了LAS系微晶玻璃化学强化后的表面形貌和机械性能。结果表明,化学强化后此体系微晶玻璃表面出现去结晶相,维氏硬度显著降低,但抗弯强度显著提高,强化10 h时,表面出现约740 nm的非晶相层,抗弯强度达到最大值472 MPa。     

锂铝硅透明微晶玻璃析晶动力学研究

本文利用经典方程(Johnson-Mehl-Avrami)分析了非化学计量的锂铝硅Li₂O-Al₂O₃-SiO₂-ZrO₂-P₂O₅透明微晶玻璃的析晶动力学,采用DSC、XRD和SEM研究了晶化温度对玻璃析晶行为的影响。结果表明:在较低的起始析晶温度下Li₂Si₂O₅和Li₂SiO₃析出,随晶化温度的升高,主晶相转变为LiAlSi₄O₁₀,Li₂SiO₃晶相消失,晶体尺寸变小,在550 nm处微晶玻璃透过率由89.3%升高到90.6%;利用Kissinger方法计算出的Li₂Si₂O₅和LiAlSi₄O₁₀的析晶活化能分别为349.5 kJ/mol和184.2 kJ/mol,平均晶体生长指数分别为3.05和1.42。     

CaO-B2O3-SiO2微晶玻璃的制备及介电性能

低介电常数、低介电损耗的微晶玻璃是制造低温共烧陶瓷基板的重要材料。本文采用熔融水淬法制备了CaO-B₂O₃-SiO₂(CBS)微晶玻璃,重点研究了m(CaO)/m(SiO₂)质量比、B₂O₃含量对CBS微晶玻璃介电性能的影响。结果表明：CBS微晶玻璃的主要晶相有Ca₃Si₃O₉、Ca₂B₂O₅、CaB₂O₄、SiO₂和Ca₂SiO₄。随着m(CaO)/m(SiO₂)质量比的增加,介电常数增加,介电损耗先降低后增加;硅灰石相的增多使介电损耗从2.87×10^-3降到1.36×10^-3,介电损耗随着SiO₂、Ca₂B...     

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。     

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。     

晶核剂对Li2O-Al2O3-SiO2体系微晶玻璃性能的影响

采用色彩雾度仪、X射线衍射仪和扫描电镜等研究不同晶核剂对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃样品的晶化过程、晶相种类及物理性能的影响。结果表明:玻璃样品分相后,样品的密度增加,维氏硬度值增加,但透过率降低,且加入复合晶核剂比单一晶核剂更易使玻璃分相。同时发现,TiO₂会使玻璃基体变黄,热处理后颜色加深且更易浊化,生成钛酸锂。添加复合晶核剂P₂O₅+ZrO₂,促进生成硅酸锂铝和硅酸锂。而单独的P₂O₅对玻璃结构的补网作用大于分相作用;单独的ZrO₂促进生成莫来石。综合各项分析结果,最适合本体系的晶核剂为P₂O₅+ZrO₂复合晶核剂。     

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。     

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。     

Mo对含Nd硼硅酸盐玻璃的析晶动力学影响研究

乏燃料处理产生的高放废物处置是国内外研究重点，其中Mo的研究是热点问题。以SiO₂-B₂O₃-Na₂O-Al₂O₃-CaO-Nd₂O₃为基础玻璃配方制备含Nd的硼硅酸盐玻璃，向玻璃中加入以摩尔分数0、2%、4%和6%为梯度的MoO₃进行烧制。先通过XRD和Raman测试分析得出在MoO₃掺入量为4%开始析出CaMoO₄晶体；然后对Mo-0,Mo-2和Mo-4进行析晶动力学分析，探究出在MoO₃掺量在0～2%时，析晶活化能降低，在2%～4%掺量时析晶活化能升高；最后对不同MoO₃掺量样品在830℃下保温3h进行二次析晶处理，在仅含Nd₂O₃的样品中主要析出的是磷灰石[Ca₂Nd₈(SiO₄)     

添加剂对铜渣还原尾渣微晶玻璃析晶行为及性能的影响

铜渣还原尾渣与CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃的化学组成相似,采用熔融法以铜渣还原尾渣为主要原料制备微晶玻璃可为铜渣的高效利用提供一种有效途径。通过DSC、XRD和SEM-EDS等技术研究了不同添加剂(B₂O₃、CaF₂、TiO₂和Cr₂O₃)对微晶玻璃物相组成、抗折强度、体密度、吸水率和显气孔率等性能的影响。结果表明:无论添加哪种添加剂,微晶玻璃均能析出力学性能较好的钙长石和钙铝黄长石,且能使晶体析晶方式转化为整体析晶;添加B₂O₃可使微晶玻璃性能最优,其次是TiO₂与CaF₂。     

B2O3对低膨胀硼硅酸盐玻璃结构及性能影响的研究

以Na₂O-B₂O₃-SiO₂低膨胀玻璃为基础玻璃体系,用B₂O₃逐步取代SiO₂,采用高温熔融法制备出低膨胀硼硅酸盐玻璃。通过红外光谱、扫描电镜分析了玻璃微观结构,X射线光电子能谱分析了桥氧和非桥氧含量,研究了B₂O₃含量对硼硅酸盐玻璃机械性能、热膨胀性能和紫外-可见光透过率的影响。结果表明:B₂O₃含量的增加使玻璃结构中的[BO₃]增多,玻璃分相逐渐加重;该体系玻璃的机械性能良好,显微硬度达802 kg/mm²,抗折强度达147 MPa;转变温度和软化温度都逐渐降低,热膨胀系数逐渐增加;玻璃样品的可见光透过率在90%左右,无明显规律,[BO₃]增多,玻璃结构中非桥氧的含量增加,玻璃的紫外-可见光透过率逐渐降低。     

氟化钙污泥制备高性能上转换发光微晶玻璃的研究

半导体行业产生的氟化钙(CaF₂)污泥量大且含有絮凝剂等杂质，资源化利用难度大，现阶段主要处理方式为填埋。本文提出了将CaF₂污泥回收制备上转换发光微晶玻璃的资源化技术。将SiO₂、稀土Er₂O₃和Yb₂O₃引入到CaF₂污泥中，通过高温固相熔融法制备了一系列上转换发光微晶玻璃。采用X射线衍射、扫描电镜、荧光光谱等表征手段研究了不同含量CaF₂污泥和不同晶化温度对所得上转换发光微晶玻璃的结构、形貌、上转换发光峰位置、强度和荧光寿命等的作用规律。所得CaF₂基上转换发光微晶玻璃在980 nm激光激发下，能够发射出绿光(523和539 nm)和红光(655 nm)。原料质量配比为84.5%CaF₂污泥-10%SiO₂-0.5%Er₂O₃-5%Yb₂O₃     

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。     

高强度Li2O-Al2O3-SiO2体系微晶玻璃研究进展

Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)体系微晶玻璃因具有优异的力学性能和光学性能,近年来得到了广泛应用。本文针对LAS微晶玻璃的析出晶相、制备工艺和应用进行了介绍。鉴于当前对高硬耐划玻璃材料的迫切需求,重点阐述了LAS微晶玻璃强韧化技术和表面增强方法的研究进展,对今后研发高强度LAS微晶玻璃具有重要指导作用。     

基于团簇加连接原子模型的一种工业微晶玻璃成分优化初探

本团队提出的团簇加连接原子模型从结构根源上揭示了硅酸盐玻璃的成分载体,即硅酸盐玻璃的成分式由总数为16个的三价单元{M₂O₃}和四价单元{Si₂O₄}构成。本工作引入该模型,对一种工业微晶玻璃MT3A进行了成分优化,并进行玻璃制备和晶化,最后对样品进行结构和性能表征。在获得的新的透明微晶玻璃中,MT3C的透过率为89%,抗弯强度和硬度分别为155 MPa和652 HV;MT3D的透过率为92%,抗弯强度和硬度分别为134 MPa和655 HV。