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氟硅酸盐微晶玻璃的研究

陈伟民  
【摘要】:本文主要研究了氟硅酸盐微晶玻璃的组成、晶化机理和性能三个方面的内容。 首先采用正交分析方法,确定了氟硅酸盐微晶玻璃的适宜组成。结合DTA测试技术和微晶玻璃的力学性能参数测定,认为TiO_2和Y_2O_3是两种比较合适的晶核剂。氟化物的引入方式对玻璃的析晶有重要影响,BaF_2抑制了析晶,CaF_2则促进了析晶。晶核剂对玻璃的析晶也有显著的影响,玻璃高低温粘度的研究指出引入不同晶核剂后,玻璃的粘度发生了变化。SEM和TEM显微分析表明,玻璃组成对其析晶性能的影响是由于组成改变时,玻璃的分相行为发生变化,玻璃中的分相是析晶的前提条件。晶核在分相液滴内首先形成,处理温度较低时,细小晶粒的尺寸和分相颗粒的尺寸相当,晶体的长大通过分相颗粒的团聚和细小晶体之间的粘附生长达到。如果原先形成的分相液滴在随后热处理过程中不能团聚或者甚至由于多次分相,液滴尺寸不断减小,则分相颗粒之间的相界面阻止了晶体的进一步长大。玻璃显微分析同时指出,分相随热处理的继续而不断进行,因而玻璃中的晶核数量在析晶过程中并不固定。 XRD相组成分析说明氟硅酸盐微晶玻璃中首先析出的都是四氟硅云母晶体。微晶玻璃的终晶相组成和母相玻璃的化学组成相近。但晶核剂及母相玻璃中氧化物的比例对晶相出现的温度范围及相含量、晶体形态产生影响,并进而影响微晶玻璃的性能。 微晶玻璃的力学性能和显微结构之间的关系很复杂,具有适当尺寸且均匀分布的杆状或针状晶体的显微结构对力学性能最有利,但影响微晶玻璃各个力学性能参数(强度、硬度、韧性)提高的因素并不一致。本系统微晶玻璃的最高抗弯强度达287MPa,硬度和韧性也较好,分别为5.80GPa和2.98MPa.m~(1/2),增加微晶玻璃中碱镁闪石的含量虽然对力学性能有利,却使微晶玻璃的热膨胀系数增大。


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