镁铝硅系堇青石基微晶玻璃的制备及性能研究

采用高温熔融法制备了MgO-Al2O3-SiO2 (MAS)系堇青石基微晶玻璃.借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及热膨胀系数仪研究了晶化热处理工艺、MgO/Al2O3质量比以及晶核剂种类(TiO2/ZrO2)与含量对MAS系堇青石基微晶玻璃理化性能和晶化特性的影响.结果表明:在核化温度750℃、保温时间1h,晶化温度1050℃、保温时间2.5h,升温速率5 ℃/min时,微晶玻璃中堇青石含量最高,析晶性能最好;当MgO/Al2O3质量比为1左右时,在30 ～ 700℃温度范围内,平均热膨胀系数最小,在4.4 ～4.8×10-6K-1范围内可调;TiO2是MAS系堇青石基微晶玻璃的有效晶核剂,而ZrO2的加入并不利于基础玻璃的晶化.     

SiO2/MgO摩尔比对MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃析晶和晶相转变的影响

采用熔融法制备了MgO–Al_2O_3–SiO_2(MAS)微晶玻璃,研究了SiO_2/MgO摩尔比对MAS微晶玻璃析晶和晶相转变的影响。结果表明:微晶玻璃初晶相为亚稳Mg_(0.6)Al_(1.2)Si_(1.8)O_6相,终晶相为堇青石相,随晶化温度升高,Mg_(0.6)Al_(1.2)Si_(1.8)O_6向堇青石相转变。SiO_2/MgO摩尔比对微晶玻璃析晶过程影响显著,随SiO_2/MgO摩尔比从2.5增加至3.6,晶相转变开始温度从1 000℃升高到1 150℃,晶相转变结束温度从1 050℃升高到1 180℃,Mg_(0.6)Al_(1.2)Si_(1.8)O_6相热稳定性提高,堇青石相析晶难度增大,晶相转变过程变慢。当SiO_2/MgO摩尔比为3.6时,1 080℃晶化后的微晶玻璃Vickers硬度达到最大10.4 GPa。     

晶化时间对MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃相转变及热膨胀性能的影响

采用XRD、DTA、SEM等测试方法,对MgO-Al2O3-SiO2（MAS）系微晶玻璃的析晶和微观结构进行了研究,讨论了不同的晶化时间对MAS微晶玻璃析晶行为及其热膨胀性能的影响。结果表明：在1050℃保温,堇青石能快速地晶化析出。随着晶化时间的增长,堇青石相逐渐增多,当晶化2h时几乎完全析出,析出晶粒大小约为2～5um。MAS系微晶玻璃的热膨胀系数与相组成有着密切的关系,随着晶化时间的延长,热膨胀系数逐渐减小。     

低热膨胀系数堇青石微晶玻璃的制备

采用传统熔体冷却法制备了Mg O-A1_2O_3-Si O_2玻璃,并通过热处理进一步获得了堇青石基微晶玻璃。探索了Zr O_2/Ti O_2复合成核剂及热处理制度对微晶玻璃析晶性能及热膨胀系数的影响规律。结果表明,Mg O-A1_2O_3-Si O_2体系有较强的表面析晶倾向,晶核剂的加入能降低析晶温度,同时有利于诱导样品发生均匀析晶,并能促进低温型堇青石相向膨胀系数更低的高温型堇青石相转变,有利于降低堇青石微晶玻璃材料的膨胀系数。在复合晶核剂作用下,当析晶温度为1050℃,保温时间为60 min时,可获得最低热膨胀系数为1.03×10~(-6)/℃的堇青石微晶玻璃材料。     

复合晶核剂TiO2/ZrO2对微晶玻璃晶化行为的影响

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/ZrO2为复合晶核剂的MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃材料进行了研究,讨论了晶核剂TiO2/ZrO2添加量对微晶玻璃晶化行为的影响.结果表明,适当提高晶核剂的含量有利于晶体在低温下析晶,且有利于晶态致密化,随着温度的升高,玻璃中会依次析出镁铝钛酸盐、假蓝宝石、尖晶石、α-堇青石、顽辉石等晶体;但晶核剂含量过高则会导致微晶玻璃力学性能的下降.     

TiO2对堇青石玻璃陶瓷析晶性能的影响

以堇青石玻璃陶瓷为研究对象,通过DTA、XRD等先进测试技术对微晶玻璃析晶动力学进行了研究。通过对玻璃的稳定性参数△T、Kg1、析晶活化能E和晶体生长指数n值的分析研究了其析晶机理。实验结果表明:TiO2的加入能显著降低本系统玻璃的稳定性,降低系统的析晶活化能和析晶温度;晶体生长指数n=2,体系属于整体析晶;TiO2可改变系统的初晶相类型从而影响析晶动力学。     

珍珠岩制备单一α-堇青石微晶玻璃及其性能

以珍珠岩为主要原料制备了单相α-堇青石微晶玻璃.采用DSC、XRD及FESEM分别研究了微晶玻璃的烧结和晶化行为、晶相组成及显微结构.探讨了烧结温度和SiO2含量对微晶玻璃晶相、显微结构及性能的影响.结果表明,随着烧结温度升高,微晶玻璃中μ-堇青石逐渐减少并转变成α-堇青石,微晶玻璃的孔隙率减少.随着SiO2含量升高,α-堇青石晶相析出温度先降低后增高,微晶玻璃的密度及抗折强度先增大后减小,介电性能变差.当Mg∶Al∶Si=2∶2∶5.95时经900 ℃烧结6 h制得单一α-堇青石微晶玻璃,并具有高抗折强度(116 MPa),低介电常数(5.72,10 MHz),低介电损耗(0.0059,10 MHz),与Si相匹配的热膨胀系数(2.91×10-6 K-1),可以用作低温共烧陶瓷材料.     

晶化处理对堇青石微晶玻璃晶相及其性能影响的研究

以堇青石的理论化学组成为基础玻璃配方,采用熔融法制备堇青石微晶玻璃。利用DSC-TG、XRD、SEM研究堇青石微晶玻璃的析晶特性和微观形貌,并对其热膨胀性能以及烧结性能进行测试。结果表明:微晶玻璃初晶相为亚稳MgAl_2Si_3O_(10)相,终晶相为α-堇青石相,随着热处理温度升高,亚稳MgAl_2Si_3O_(10)相向α-堇青石相转变。在1000～1200℃的温度范围内,堇青石微晶玻璃的结构和性能较为稳定。     

添加氧化铈对堇青石基微晶玻璃的烧结和性能的影响

采用X射线衍射、扫描电镜和差热分析等手段研究了稀土氧化铈对由熔融淬冷法制备的非化学计量组成的堇青石基微晶玻璃的相变、烧结特性和性能的影响。研究结果表明：添加氧化铈能够明显抑制μ-堇青石相的形成和促进μ-堇青石向α-堇青石的转变。氧化铈的加入降低了微晶玻璃的烧结活化能和堇青石微晶玻璃的烧结温度,添加氧化铈质量分数为4％的微晶玻璃的μ-堇青石转变为α-堇青石的最低温度约为900℃,此时烧结样品几乎完全致密化,但氧化铈加入量太多将会阻止微晶玻璃的烧结和晶化。微晶玻璃的抗折强度随氧化铈含量的增加而增加,当氧化铈为4％时样品的抗折强度达到最大值。微晶玻璃的热膨胀系数随着氧化铈含量的增加变化不大。该微晶玻璃可望应用于微电子封装领域,能够与高导电率、低成本的金属如铜、银／钯低温共烧制成电子基板材料。     

堇青石基微晶玻璃掺杂TiO_2的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备堇青石基微晶玻璃,通过考察不同的TiO_2掺杂量和煅烧温度,利用XRD、SEM进行表征,分析堇青石基微晶玻璃晶相的变化趋势。结果表明,当煅烧温度为1 200℃,TiO_2掺杂量为4%时,堇青石结晶度达到最大值,为92.76%。     

堇青石基微晶玻璃掺杂TiO_2的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备堇青石基微晶玻璃,通过考察不同的TiO_2掺杂量和煅烧温度,利用XRD、SEM进行表征,分析堇青石基微晶玻璃晶相的变化趋势。结果表明,当煅烧温度为1 200℃,TiO_2掺杂量为4%时,堇青石结晶度达到最大值,为92.76%。     

TiO2对CaO-MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃析晶的影响

本文运用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)研究了TiO2含量对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶过程和析晶动力学的影响.结果表明:随着TiO2含量的增加,玻璃转变温Ts和析晶峰温度Tp逐渐降低.当不加TiO2或者添加5wt％的TiO2时,玻璃发生表面析晶,析出的晶相为斜长石.当添加10wt％的TiO2时,玻璃样品在800℃热处理后发生剧烈分相,910℃晶化后出现整体析晶,晶相为普通辉石.随着TiO2含量的增加,析晶动力学常数k值增大.当添加10wt％的TiO2时,k值达到最大,为0.545,此时玻璃最容易析晶,相应的析晶活化能E和析晶指数n分别为643.329 kJ/mol和3.25.     

粉煤灰和自然冷却黄磷炉渣协同制备微晶玻璃

以粉煤灰和自然冷黄磷炉渣为研究对象,采用熔融法制备CaO-Al2 O3-SiO2 (CAS)系微晶玻璃.利用Kissinger方程和Augis-Bennett方程计算了粉煤灰-自然冷却黄磷炉渣微晶玻璃玻璃析晶活化能(E)和晶化指数(n).借助差热分析(DTA),X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了晶核剂TiO2,CaF2,P2O5(由KH2 PO4引入)对粉煤灰-自然冷却黄磷炉渣微晶玻璃析晶的影响.结果表明:利用粉煤灰和自然冷却黄磷炉渣并添加一定量的辅料可以制备CAS系微晶玻璃.当分别添加2wt％的TiO2,CaF2,P2 O5时,主晶相不发生改变,均为硅灰石(CaSiO3),但添加2wt％ TiO2或2wt％ CaF2具有降低析晶活化能、促进析晶的作用,而添加2wt％P2O5具有增加析晶活化能、抑制析晶的作用.     

堇青石微晶玻璃内初晶相含量的测定

用X射线衍射仪测定玻璃晶化过程中非晶相散射峰强度的变化,以它来计算堇青石基微晶玻璃内的晶相含量,由此探讨了低温预处理对堇青石基玻璃初晶相析出量的影响。     

烧结法堇青石微晶玻璃的研制

实验利用廉价的工业原料氧化铝、滑石、粘土等,加入少量添加剂和晶核剂TiO2,采用粉末烧结法制备出了具有低的介电常数、低的热膨胀系数和高的抗折强度等优良性能的MgO-A l2O3-SiO2系堇青石微晶玻璃。样品最佳热处理制度为:核化780℃,保温2h,晶化990℃,保温2h,升温速率3℃/m in。样品析出主晶相为α-堇青石,伴有少量镁橄榄石(Mg2SiO4)、镁铝钛酸盐(MAT)和金红石(TiO2)次晶相。     

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。     

SiO_2—Al_2O_3—MgO—K_2O—MgF_2系玻璃陶瓷析晶机理及断裂机制

以SiO2—Al2O3—MgO—K2O—MgF2体系玻璃为基础,采用整体析晶法,在高温条件下制备出堇青石/氟金云母玻璃陶瓷。借助于综合热分析仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等分析手段,研究了玻璃陶瓷的析晶机制、显微形貌和断裂机制。结果表明:所制备的玻璃陶瓷主晶相为板条状氟金云母和β-堇青石,经1 000℃保温3h热处理后,主晶相转变为镁橄榄石;以堇青石和氟金云母为主晶相的玻璃陶瓷断裂机理为穿晶断裂,以镁橄榄石为主晶相的玻璃陶瓷为沿晶断裂。在基础玻璃中添加5%B2O3,可抑制氟金云母相的析出,并提高玻璃陶瓷的致密度。     

堇青石基微晶玻璃内微裂纹的生成

应用膨胀长度变化、X射线衍射、电子显微镜及光学显微镜等实验技术研究了接近堇青石组分、内含11wt％TiO_2的玻璃的晶化过程,探讨了该微晶玻璃内微裂纹的生成机理。同一成分的玻璃,经不同的预热处理,会引起晶化过程中亚稳相的数量及堇青石析出的分布状态的不同,从而影响了该微晶玻璃内微裂纹的生成。含有大量微裂纹的堇青石微晶玻璃具有优良的热震性。     

TiO2加入量对高炉渣微晶玻璃析晶的影响

以高炉渣微晶玻璃为研究对象,改变配料中晶核剂TiO2的含量,制得微晶玻璃样品. 以不同的升温速率对样品进行差热分析,根据升温速率和差热分析曲线上的晶化峰温度,采用3种不同的方法计算微晶玻璃样品的析晶活化能. 结果表明,随着TiO2含量的增加,析晶活化能呈现出先减小后增大的趋势,在TiO2的加入量为3.1%时,微晶玻璃的析晶活化能最低,此时拟合出的3种析晶活化能最小值分别为135.7, 143.9, 151.7 kJ/mol. 样品的红外谱图表明,TiO2的含量为3%~4%时析出晶体较多. TiO2含量为3%和4%的样品的X射线衍射图谱表明,样品中析出了以透辉石为主晶相、金红石为次晶相的晶体.     

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。