Na2O对固体氧化物燃料电池用透辉石封接微晶玻璃性能的影响

本文设计和制备了以透辉石为主晶相的R₂O-RO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂系封接微晶玻璃,用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的封接,研究了Na₂O含量(0%～10%,摩尔分数)对封接玻璃热膨胀系数(CTE)、析晶与烧结润湿特性的影响,表征了封接件在高温长时间热处理后玻璃与SUS403不锈钢的封接界面。结果表明,Na₂O可以显著改善玻璃的热性能,所制备的玻璃样品在封接温度范围内经热处理后可获得主晶相为透辉石(CaMgSi₂O₆)的微晶玻璃。随着Na₂O含量增加,主晶相透辉石的晶相含量不同,微晶玻璃的热膨胀系数由未晶化前的8.22×10^-6 K^-1提升至11.79×10^-6 K^-1,能够满足SOFC封装的热膨胀匹配。当Na₂O含量大于等于8...     

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...     

Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的研究进展

Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)系微晶玻璃由于具有热膨胀系数低、透明度高、力学性能优良等特点,被广泛应用于国防、建筑、化工、生物医药等多个领域,近年来受到研究者的广泛关注。本文综述了LAS系微晶玻璃的研究现状,介绍了LAS晶相体系及相关玻璃产品,对比分析了LAS系微晶玻璃各制备工艺的特点,并讨论了LAS系微晶玻璃晶核剂的种类及成核机理,最后总结了LAS系微晶玻璃性能、应用以及相应表征技术和测试手段,并指出了LAS系微晶玻璃存在的问题及未来的发展方向。     

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。     

Bi2O3/B2O3比及β-锂霞石粉对MEMS封接玻璃结构与性能的影响

针对微机电系统(MEMS)封接玻璃的性能要求,本文制备了Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO-BaO-CuO系无铅玻璃粉,采用拉曼光谱仪、X射线衍射仪、热膨胀仪、烧结影像仪、扫描电子显微镜等测试手段分别表征了Bi₂O₃和B₂O₃物质的量比(n(Bi₂O₃)/n(B₂O₃))和β-锂霞石粉掺量变化对玻璃结构、热学性能、封接温度及微观形貌的影响。结果表明:随着n(Bi₂O₃)/n(B₂O₃)的增大,玻璃结构中[BiO₃]三角体和[BiO₆]八面体单元含量逐渐增多,[BO₄]四面体向[BO₃]三角体转变,导致玻璃网络连接强度减弱、结构变疏松;随着n(Bi₂O₃)/n(B₂O₃)的增大,玻璃热膨胀系数逐渐增大,特征温度和封接温度逐渐降低,但后期变化放缓;随着β-锂霞石粉外掺量的增加,复合玻璃粉的热膨胀系数明显降低,而特征温度和封接温度没有明显升高,但复合玻璃粉的流动性变差。     

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...     

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...     

氧化锆对微通道板用铅硅玻璃结构和性能的影响

通过X射线衍射(XRD)分析、拉曼光谱(Raman)分析、热膨胀系数以及维氏硬度等测试,探究了ZrO₂对微通道板铅硅玻璃的结构和性能等方面的影响。研究表明,引入8%(质量分数,下同)以内的ZrO₂可实现无析晶微通道板用铅硅玻璃的制备。玻璃中桥氧键的振动强度随ZrO₂含量的增加出现先增加后降低的变化趋势,对应热膨胀系数呈先降低后增加的变化趋势。ZrO₂含量为2%时,玻璃中桥氧含量达到最大,对应玻璃的热膨胀系数最小为80.5×10^-7 ℃^-1,此时微通道板耐离子轰击能力比无锆微通道板提高了33%。玻璃的维氏硬度随ZrO₂含量的增加逐渐变大,且ZrO₂含量低于5%时,维氏硬度变化较为明显。ZrO₂含量为8%时,玻璃的维氏硬度最大为5.1 GPa。     

应用于锂铝硅酸盐微晶玻璃的实用成核剂

锂铝硅酸盐(Li₂O-Al₂O₃-SiO₂,LAS)玻璃及微晶玻璃因其独特的理化性质而受到广泛研究。为实现LAS微晶玻璃的安全生产与应用，全面探究LAS玻璃的结晶机理和结晶过程具有重要意义。基于Li₂O-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃成核剂的作用机理，讨论了不同种类成核剂对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂玻璃成核过程的影响，为Li₂O-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃的研发与实际生产提供指导。本文针对不同种类成核剂对LAS微晶玻璃的成核与生长过程影响进行了总结与归纳。     

IT-SOFC硼酸盐封接玻璃的相关性能研究

以传统的玻璃制备方法熔融法制备出适用于固体氧化物燃料电池封接用的B₂O₃-CaO-BaO-Al₂O₃-SiO₂-La₂O₃体系微晶玻璃封接材料。球磨5h的时间可以满足对封接材料粉体的制备要求,对应的粒径分别在0.61μm和2.9μm附近,在相应的累积曲线中99%以上小于9μm;微晶玻璃ACl的SEM照片显示片状的六方钡长石晶体从表面向外生长着并在整个微晶玻璃中错乱生长,还夹杂着一些不规则晶粒;在650～800℃之间,封接材料的电阻随温度升高而减小,阻抗值均在10⁴～10⁵Ω.cm²范围内,说明封接材料玻璃粉具有相当好的绝缘性能,符合IT-SOFC对封接材料的绝缘性要求。分别对微晶玻璃ACl和多孔的阳极薄片及微晶玻璃ACl和致密的电解质薄片的界面进行了扫描电镜（SEM）测试。测试表明,在800℃热处理100h后,ACl封接材料与阳极材料及电解质材料之间的结合面非常紧密,没有发生明显的化学反应,ACl封接材料具有好的气密性和热化学稳定性。     

Densification and Phase Development of Spodumene–Cordierite Glass Powder Mixtures

The sintering and crystallization of spodumene-cordierite glass-ceramics that are made from mixtures of Li₂O-Al₂O₃-SiO₂ (LAS) and MgO-Al₂O₃-SiO₂(MAS) glass powders were investigated. Pure LAS and MAS powders have good sinterability. However, the densification of LAS was drastically reduced when small amounts of MAS were added. When larger amounts of MAS were added, the amount of densification further increased. The decrease in the Li₂O content in the LAS glass promoted the densification of the mixed glass samples. The above-mentioned results can be explained by examining the crystallization temperature, which is influenced by the interactions between the LAS and MAS glass particles. The lower the temperature of crystallization, the less sintering occurred. For the sintered samples, the phase that crystallized from the MAS glass was alpha-cordierite, and that which crystallized from the LAS glass was ß-spodumene or high-quartz solid solution, depending on the Li₂O content in the LAS glass.     

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。     

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。     

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。     

SnO对SnF2-P2O5-WO3系统玻璃结构和性能的影响

封接玻璃具有耐热好、化学稳定性和机械强度高的优点,被大量运用在真空微电子技术及航天和汽车等众多行业领域。磷酸盐玻璃具有低成本、低特征温度、低稳定性等特点,常被用于封接玻璃的制备。本文采用高温熔融法制备了(60-x)SnF₂-xSnO-35P₂O₅-5WO₃(x=0%,5%,10%,15%,20%,质量分数)组成的玻璃,研究了SnO含量对玻璃结构和性能的影响。通过红外光谱表征了玻璃的微观结构,并测定了玻璃的热膨胀系数和特征温度数值。结果表明,组分中添加SnO可以引入非桥氧来改变O/P原子个数比,从而影响玻璃的结构和性能。随着SnO含量的增加,玻璃的特征温度、封接温度和耐水性能提高,热膨胀系数降低。     

Sintering, Crystallization, and Properties of B2O3/P2O5-Doped Li2O·Al2O3·4SiO2 Glass-Ceramics

Sintering, crystallization, microstructure, and thermal expansion of Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂ glass-ceramics doped with B₂O₃, P₂O₅, or (B₂O₃+ P₂O₅) have been investigated. On heating the glass powder compacts, the glassy phase first crystallized into high-quartz s.s., which transformed into β-spodumene after the crystallization process was essentially complete. The effects of dopants on the crystallization of glass to high-quartz s.s. and the subsequent transformation of high-quartz s.s. to β-spodumene were discussed. The major densification occurred only in the early stage of sintering time due to the rapid crystallization. All dopants were found to promote the densification of the glass powders. The effect of doping on the densification can fairly well be explained by the crystallization tendency. All samples heated to 950°C exhibited a negative coefficient of thermal expansion ranging from about −4.7 × 10^-6 to −0.1 × 10^-6 K^-1. Codoping of B₂O₃ and P₂O₅ resulted in the highest densification and an extremely low coefficient of thermal expansion.     

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。