超低膨胀微晶玻璃热处理工艺优化研究

采用熔融法制备了Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系透明玻璃,以TiO₂、ZrO₂和P₂O₅为复合晶核剂对该玻璃进行热处理,获得了超低膨胀微晶玻璃。采用正交试验研究了热处理工艺参数对微晶玻璃热膨胀系数的影响,并通过计算分析获得了最优的热处理工艺参数,即核化温度为600 ℃,核化时间为3 h,晶化温度为820 ℃,晶化时间为5 h。在此热处理工艺制度下获得的微晶玻璃主晶相为β-石英固溶体,热膨胀系数为1.6×10^-8 ℃^-1。采用差热分析、X射线衍射分析、扫描电子显微镜分析、透射电子显微镜分析等手段研究了微晶玻璃的析晶情况和微观结构,并进一步分析了热处理工艺与微晶玻璃热膨胀性能和微观结构之间的对应关系。结果表明,微晶玻璃的热膨胀系数由晶相种类和含量决定,微晶玻璃内部晶相的尺寸和含量与热处理工艺密切相关。     

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     

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...     

氧化镧对低介电玻璃纤维性能的影响

通过在玻璃中分别引入La₂O₃和Na₂O，对比研究了La₂O₃加入后对低介电玻璃黏度、玻璃熔制温度、拉丝作业温度、玻璃膨胀系数、玻璃介电常数和介电损耗的影响规律。研究结果表明，玻璃中引入La₂O₃能有效降低玻璃熔制温度和拉丝作业温度。与引入Na₂O相比，玻璃中引入La₂O₃对膨胀系数和介电常数的影响与引入Na₂O相当，但是含La₂O₃玻璃具有更低的介电损耗和电导率。含4%La₂O₃和4%Na₂O玻璃的介电常数分别为5.76和5.75，介电损耗分别为5.4×10^-3和13.7×10^-3，电导率分别为2.39×10^-8S/m和7.5×10^-8S/m。     

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...     

混合碱效应对Li2O-Al2O3-SiO2系玻璃结构和热膨胀性能的影响

本文用传统高温熔融法熔制Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系高铝玻璃,改变碱金属氧化物n(Li₂O)/n(Na₂O)的摩尔比,运用阿基米德排水法、热膨胀仪、DSC、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱等测试手段和仪器,探究了混合碱金属效应对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系玻璃结构和热膨胀性能的影响。结果显示:随着n(Li₂O)/n(Na₂O)比例增大,混合碱金属效应对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系玻璃的密度和热膨胀系数的影响一致,表现为先增大后减小,当R=0.25(R=n(Li₂O)/[n(Li₂O)+n(Na₂O)],摩尔比)时,出现极值,此时密度达到最大2.447 4 g/cm³,热膨胀系数达到最大7.811 7×10^-6/℃;对玻璃特征温度的影响随着温度的升高而逐渐减弱至消失;对玻璃的析晶能力有一定的提升作用;对玻璃三维骨架结构中的硅氧四面体Qⁿ的影响也各不相同。     

WO3对零膨胀锂铝硅封接玻璃流动性的影响与作用机理

密封连接石英玻璃被广泛应用于航空航天、半导体加工以及微机电系统真空连接等领域。改进的低膨胀Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)系微晶玻璃可以用于封接石英玻璃,但存在流动性不佳的难题。本文通过掺入WO₃对LAS系微晶玻璃进行改性,利用线膨胀系数分析仪、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、高温烧结影像仪、扫描电镜,研究了掺入WO₃后LAS玻璃封接石英玻璃的机理。结果表明:WO₃对LAS玻璃的析晶产生先增强后削弱的影响; WO₃掺量越大,热膨胀系数越大,当掺量达到5.0%(质量分数)时,热膨胀系数提升至5.69×10^-7 ℃^-1;流动性与润湿性随着掺量增加而提升,铺展面积随掺量增加而增大,润湿角随掺量增加而减小,有效改善了LAS玻璃本身流动性不足的问题;LAS玻璃与石英玻璃之间主要是通过化学元素迁移实现封接。     

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。     

Li2O/Na2O对YAS微晶玻璃结构、析晶与力学性能的影响

透明微晶玻璃由于优异的力学性能被广泛应用于电子领域。本文采用熔融法制备了不同质量分数Li₂O和Na₂O的Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂(YAS)微晶玻璃,通过Raman、DSC、XRD、FESEM、UV-VIS-NIR等测试方法研究了其结构特征、析晶与力学性能。结果表明：当碱金属氧化物R₂O(R=Li, Na)总量保持不变,随着Li₂O取代Na₂O含量的增加,YAS微晶玻璃的转变温度、软化温度和结晶峰温度逐渐降低,Q⁴基团对应的含量逐渐减少,说明Li₂O作为网络外体使YAS微晶玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强。在同一热处理制度下,随着Li₂O取代量的增加,YAS微晶玻璃维氏硬度显著提升,而透过率明显下降。在680℃/10 h+750℃/1 h热处理制度下,可以制备出晶体大小一致且分布均匀的以钇稳定...     

BaO含量与热处理制度对BaO-Al2O3-B2O3-SiO2体系封接玻璃性能的影响

燃料电池的长寿命安全使用对相关联的封接玻璃提出了更高的要求,为明确封接玻璃的组成和晶相析出对封接玻璃转变温度、热膨胀系数等的影响规律.以BaO-Al2O3-B2O3-SiO2作为基础玻璃体系,通过测试玻璃的DSC、XRD、CTE等性能参数,研究组成中BaO含量和热处理制度对玻璃封接性能的影响.结果 表明,BaO能够增大玻璃的热膨胀系数,降低玻璃的特征温度.随着BaO含量的增加,基础玻璃的CTE从9.24×10-6 K-1增加到11.26×10-6 K-1.其中B3组玻璃满足SOFC的使用要求,可用作封接玻璃.B3组基础玻璃在模拟电池的工作温度下热处理后,主晶相为正交晶系的BaSiO3,微晶玻璃的膨胀系数提高至10.53×10-6 K-1,同样能够满足与电解质YSZ(CTE:10.5×10-6K-1)、以及Corfer22APU连接板(CTE:12×10-6 K-1)的匹配要求;析晶后玻璃的软化温度提高至830℃,提高了封接玻璃的使用温度,在SOFC工作温度(700 ～ 800℃)下,所制备的封接微晶玻璃在软化温度以下不会过度流动,能够保证良好的密封,满足封接的功能需求.     

Al2O3含量对PbO-CaO-B2O3-SiO2系玻璃析晶行为与烧结性能的影响

PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体是耐高过载低温共烧陶瓷(LTCC)生瓷带的主要组成部分。玻璃粉体的析晶行为影响烧结性能,进而决定基板的使用性能。本文研究了Al₂O₃含量对PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃析晶行为与烧结性能的影响。结果表明:向PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃中引入Al₂O₃可抑制玻璃析晶,防止高膨胀晶相的析出,并提高玻璃烧结密度;不含Al₂O₃的PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂玻璃粉体析晶峰温度为862 ℃,烧结过程中析出方石英晶相,20~200 ℃的平均线膨胀系数高达260.8×10^-7 ℃^-1;引入2.1%(质量分数)Al₂O₃可显著抑制玻璃析晶,700 ℃烧结后膨胀系数降低至72.9×10^-7 ℃^-1,介电常数显著增大,由6.30提高至7.02。     

Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的结构和析晶性能研究

采用熔融-淬冷法制备了不同(Al₂O₃+P₂O₅)含量的碱铝硅酸盐玻璃,通过拉曼光谱、X射线衍射光谱、扫描电镜研究了其结构特征和析晶性能。发现随着(Al₂O₃+P₂O₅)含量减少,玻璃中Na₂O含量增加,玻璃化转变温度从685 ℃降低到622 ℃,当减少至摩尔分数为22%时,出现析晶峰且起始析晶温度降低。拉曼光谱表明Q⁴_P对应的拉曼峰强度变低且逐渐向低波数方向移动,说明Na₂O作为网络修饰体使硅酸盐玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强。结果表明:当(Al₂O₃+P₂O₅)摩尔分数为22%时热处理后的样品存在晶型转变,700 ℃热处理时以NaAlSiO₄霞石晶体为主,900 ℃时转变为以Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂霞石晶体为主。当(Al₂O₃+P₂O₅)的摩尔分数为21%和20%时,热处理后的样品能稳定析出Na₃PO₄和Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂晶体。热处理后的样品析出了耐酸侵蚀性较差的富磷相和Na₃PO₄晶体,导致化学稳定性变差。     

Al2O3/Cu的界面微观结构及封接性能

采用活化Mo-Mn法和活性金属钎焊(AMB)工艺对Al₂O₃陶瓷进行金属化处理,分别研究了两种金属化工艺的界面形貌、新相的形成及显微结构的演变,并测试了Al₂O₃/Cu的力学性能和气密性。研究表明:采用活化Mo-Mn法的封接界面处出现玻璃相的迁移,形成了立方相MnAl₂O₄,可以提高封接强度。AMB工艺中活性元素Ti与Al₂O₃反应依次形成厚度为0.64 μm的TiO和1.03 μm的Cu₃Ti₃O。各层间热膨胀系数(CTE)的差异给钎焊接头提供了良好的热弹性相容性且降低了残余应力。活化Mo-Mn法的封接强度((60.2±7.7) MPa)比AMB工艺((43.1±6.9) MPa)高,但在气密性方面两者并无明显差别(均在2.3×10^-11 Pa·m³·s^-1左右)。     

高品质超低膨胀透明微晶玻璃实现批量化生产

锂铝硅系超低膨胀微晶玻璃是一种性能优良的低膨胀光学材料,热膨胀系数低、透明性好。国产高品质超低膨胀微晶玻璃一直受到技术制约,难以批量化生产。本研究采用熔融法结合搅拌工艺以及适宜的热处理制度,成功批量化生产出热膨胀系数接近于零的高品质超低膨胀透明微晶玻璃产品,产品外观完整,内部基本无气泡、条纹等缺陷。对优级产品进行热膨胀系数、应力双折射、抗弯强度测试,结果表明,优级产品热膨胀系数为1.6×10^-8 K^-1,应力双折射小于2 nm/cm,抗弯强度高达171 MPa,品质已达到ZERODUR零级。采用XRD、SEM、TEM等手段对该产品的物相组成、表面形貌、微观结构进行了分析研究,产品主晶相为β-石英固溶体,晶相含量较高且分布均匀,晶粒尺寸为几十纳米,保证了其极低的热膨胀系数和高透明性。     

m(ZnO)/m(B2O3)质量比对低熔点封接玻璃Bi2O3-B2O3-ZnO结构、性能与润湿性的影响

针对真空玻璃封接的性能要求,本文采用高温熔融法制备了一种针对真空玻璃封接的铋系非晶无铅玻璃粉,通过高温X射线衍射、粉末X射线衍射、拉曼光谱、差式扫描量热仪、热膨胀测试和扫描电子显微镜等测试方法,研究了m(ZnO)/m(B₂O₃)质量比对Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO玻璃的网络结构、特征温度、热膨胀系数和封接温度的影响。结果表明,增加m(ZnO)/m(B₂O₃)质量比可促进锌氧多面体由[ZnO₄]向[ZnO₆]转变,导致热膨胀系数降低,特征温度升高。当m(Bi₂O₃)∶m(B₂O₃)∶m(ZnO)质量比为80∶7∶13,玻璃具有较低的玻璃化转变温度T_g(371℃)和膨胀软化温度T_f(401℃),热膨胀系数为9.3×10^-6...     

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。     

CaO含量对镧硼硅酸盐玻璃陶瓷晶相和化学稳定性的影响

采用熔融冷却法制备了Na₂O-CaO-La₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃,经热处理获得了硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、产品一致性试验(PCT)法等方法探究了CaO取代SiO₂对该硼硅酸盐玻璃陶瓷物相、微观结构和化学稳定性的影响规律。结果显示:随着CaO含量增加,硅酸盐氧基磷灰石晶相衍射峰增强,其他晶相的衍射峰减弱直至消失,当CaO摩尔分数为15%时获得只含CaLa₄(SiO₄)₃O晶相的玻璃陶瓷样品;CaO含量会对玻璃陶瓷的晶相种类和晶体形状、大小、分布产生影响,CaO含量变化会造成陶瓷相晶体发生团簇和长大;采用PCT法浸泡28 d后,所有样品关于Si、Ca、La三种元素的归一化浸出率(g·m^-2·d^-1)均保持在10^-3数量级以下,表明其具有优异的化学稳定性,且CaO摩尔分数为15%的玻璃陶瓷样品化学稳定性最优异。研究结果表明,硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷是固化富La和某些锕系元素高放废物的潜在基材。     

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。     

Na2O-Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的结构与性能的分子动力学模拟

磷硅酸盐玻璃因有着良好的生物活性和光学性能,已广泛用于生物材料、光纤等领域。运用分子动力学模拟方法研究Li₂O含量对Na₂O–Al₂O₃–SiO₂–P₂O₅玻璃的微观结构以及扩散性能影响,着重讨论了其微观结构与维氏硬度,扩散系数之间的关系。结果表明:玻璃的磷网络聚合度（Q^p）随着Li₂O逐渐替代Na₂O而增加,硬度随着Q^p的增加而增大。体系中Li⁺的自扩散系数比Na⁺大,即Li⁺比Na⁺更易扩散。Li⁺的势垒随着Li₂O增加而逐渐变小,Li₂O对Na₂O取代有益于Li⁺扩散。     

MgO含量对RSCAF体系微晶玻璃析晶行为的影响

采用MgO取代R₂O-SiO₂-CaO-Al₂O₃-F(RSCAF)体系中的部分CaO制备了微晶玻璃,系统研究了MgO含量对该微晶玻璃析晶行为的影响。结果表明,RSCAF体系中不含MgO时(CaO含量为16.5%,质量分数,下同),经过热处理后微晶玻璃的主晶相为硅碱钙石,微观形貌中结晶相呈犬牙交错状,微晶玻璃的密度小于基础玻璃。当RSCAF体系中MgO的含量为0%~3%时,微晶玻璃的结晶度随着CaO含量的减少而降低;随着体系中MgO含量的进一步增加以及CaO含量的减少,微晶玻璃的主晶相由硅碱钙石逐渐向透辉石转变,微观形貌中呈柱状、片状的透辉石相增多,密度也逐渐增加;当体系中MgO的含量增加到4%(CaO含量降低至12.5%)时,微晶玻璃的主晶相完全转变为透辉石,且透辉石的结晶度相对主晶相为硅碱钙石时有所增加,微晶玻璃的密度大于基础玻璃。