磷酸盐微晶玻璃的研制

论文摘要

本文采用熔融法制备了P2O5-Al2O3-SiO2（PAS）系统微晶玻璃和稀土掺杂磷酸盐玻璃。从分析玻璃的结构出发,进一步探讨了新型磷酸盐功能玻璃的网络形成机理,并结合玻璃的析晶特性,分析了组成和稀土元素的掺杂对玻璃热稳定性以及其他特殊性能的影响。实验结果表明:15mol%≤P2O5≤28mol%时,能够形成稳定的玻璃,体系中P2O5含量的增加,会导致结构中的P-O-键削弱,P=O双键加强,但玻璃结构并没有发生明显变化,主要由[PO4]四面体结构和[SiO4]四面体组成。并采用非等温DSC实验以及Satava和Ozawa-Chen方法研究了PAS系统玻璃的玻璃形成能力和非等温析晶特性,并计算了其析晶动力学参数。计算结果表明,ΔT及H·是判断玻璃稳定性的有效判据。PAS玻璃的稳定性随P2O5含量的增加而下降。用SEM观察到的晶体生长形貌与计算的晶体生长因子基本相符。通过优化热处理实验得出该体系玻璃的最佳热处理制度为:热处理温度670℃,热处理保温时间1.5h。本文在组成为P2O5-Al2O3-SiO2的磷酸盐玻璃基础上,制备了RE2O3(RE3+=La3+、Pr3+、Sm3+、Gd3+、Er3+、Yb3+)掺杂磷酸盐玻璃。系统地研究了稀土氧化物对PAS玻璃结构、热稳定性、晶体种类以及形貌的影响。研究结果表明,稀土氧化物在磷酸盐玻璃结构中起网络修饰体作用,不参与玻璃网络的形成。随稀土氧化物的含量增加,玻璃析晶趋势减小,稳定性增强。在PAS系统玻璃中,当引入一定量的Yb2O3玻璃稳定性增强,析晶活化能升高;多于此引入此稳定性开始下降,析晶活化能降低。少量Yb2O3掺杂并未改变其玻璃析出的晶相种类,析出的主晶相均为AlPO4,次晶相为Mg3（PO4）2。Yb2O3掺杂的玻璃,表面晶体以球状形式存在;其它稀土氧化物掺杂的玻璃,表面晶体多以针状形式存在。稀土掺杂磷酸盐玻璃的热膨胀系数随稀土离子电场强度的增加而减小。玻璃的密度及显微硬度都随稀土氧化物分子量的增加而增长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 物理量及缩略词
• 第1章 绪论
• 1.1 微晶玻璃的概述
• 1.1.1 微晶玻璃的特性
• 1.1.2 微晶玻璃的分类
• 1.1.3 微晶玻璃的制备
• 1.1.4 微晶玻璃的应用现状及发展前景
• 1.2 磷酸盐微晶玻璃的研究现状
• 1.2.1 磷酸盐微晶玻璃的研究
• 2O₅-Al₂O₃-SiO₂ 系统玻璃的研究现状'>1.2.2 P₂O₅-Al₂O₃-SiO₂系统玻璃的研究现状
• 1.3 玻璃结构的研究
• 1.3.1 经典玻璃结构学说的发展
• 1.3.2 磷酸盐玻璃的结构
• 1.3.3 微晶玻璃的显微结构
• 1.3.4 玻璃结构的研究方法
• 1.4 论文的研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 理论基础及研究方法
• 2.1 玻璃非等温过程析晶动力学基础
• 2.1.1 析晶动力学方程及参数的确定
• 2.1.2 玻璃稳定性判据
• 2.2 实验配方与工艺条件
• 2.3 性能表征及测试方法
• 第3章 磷酸盐玻璃结构及析晶动力学分析
• 3.1 组成对磷酸盐系统玻璃结构的影响
• 3.2 玻璃的特征温度及稳定性判据分析
• 3.3 玻璃的析晶动力学参数
• 3.4 玻璃析出晶体种类及生长形貌
• 3.5 磷酸盐微晶玻璃综合性能评估
• 3.6 本章小结
• 第4章 热处理工艺优化实验
• 4.1 晶化热处理的优化
• 4.2 热处理工艺制度优化实验结果及分析
• 4.3 热处理制度对磷酸盐玻璃晶化的影响
• 4.3.1 热处理温度对晶化程度的影响
• 4.3.2 热处理时间对晶化程度的影响
• 4.3.3 X 衍射分析结果
• 4.4 热处理制度对磷酸盐玻璃性能的影响
• 4.4.1 机械性能的测定
• 4.4.2 其他性能的测定
• 4.5 本章小结
• 第5章 稀土掺杂对PAS 玻璃组成及性能的研究
• 5.1 引言
• 5.2 稀土掺杂磷酸盐玻璃结构分析
• 5.3 稀土掺杂磷酸盐玻璃的热性能
• 5.4 稀土掺杂磷酸盐玻璃析晶性能的影响
• 5.5 稀土掺杂磷酸盐微晶玻璃的显微结构及力学性能
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢