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锂铝硅硼低膨胀微晶玻璃的研究

娄广辉  
【摘要】:Li_2O-Al_2O_3-SiO_2系统微晶玻璃具有低膨胀、耐高温、耐热冲击和透明性等优良性能,一直受到各国材料科技工作者的关注。本论文通过改变LAS系统微晶玻璃的基础组分,运用DTA、XRD、SEM等微观结构测试方法,结合微晶玻璃力学性能、热膨胀系数等,研究其组成、热处理制度、微观结构和性能四者之间的相互联系和影响,通过实验确定合理的组成和热处理制度,制备具有较高力学性能和合理晶相组成的微晶玻璃。 首先,研究了微晶玻璃中SiO_2和Al_2O_3含量的变化对微晶玻璃微观结构和性能的影响,结果表明:随Al_2O_3含量的增加,微晶玻璃的晶粒尺寸明显变小,透明性提高。较低的热处理温度与较长的热处理时间有利于形成β-石英固溶体,温度升至810℃左右时β-石英固溶体向β-锂辉石固溶体转变,微晶玻璃的透明性降低。 其次,利用正交试验研究锂铝硼硅微晶玻璃热处理制度对热膨胀系数的影响,找到较好的热处理制度:核化温度720℃、核化时间90min、晶化温度810℃、晶化时间160min。因素的主次顺序为:晶化温度核化时间核化温度晶化时间。 接着,对上述组分进行调整,通过改变组分中的B_2O_3含量和热处理制度,研究了它们对微晶玻璃力学性能的影响。结果表明随B_2O_3含量的增加,熔融玻璃的流动性变好,熔化质量提高。经处理后的微晶玻璃样品,随B_2O_3含量的增加,透明性变差。当B_2O_3的含量超过3%时,出现比较严重的分相现象。晶化后的微晶玻璃,热膨胀系数明显低于原始玻璃的热膨胀系数,韦氏硬度明显增强。晶化后微晶玻璃的抗折强度变化规律性不太明显,有增也有减。 最后,在上述实验的基础上对组分进行再次调整,TiO_2±ZrO_2总含量不变的情况下,通过改变ZiO_2与ZrO_2的比值来研究复合晶核剂对微晶玻璃性能的影响。结果表明:ZiO_2和ZrO_2晶核剂含量相同时,使得微晶玻璃的转变温度和析晶温度都有所降低。并且β-石英固溶体向β-锂辉石固溶体转变的温度上升至910℃。在本实验所制备的微晶玻璃试样中,由于生成较完善的β-石英固溶体晶相,使抗震性能明显改善。最好样品的抗热震温度高达659.1℃,其热膨胀系数为1.15×10~(-7)K~(-1)(25—400℃)。


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