P2O5-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃磷扩散源的制备及其性能研究

论文摘要

本课题以P2O5-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃为研究对象,根据产品的要求、文献和现有的设备综合地设计了一组实验玻璃组分配方。在基础玻璃组分不变情况下,研究了Al2O3的含量对玻璃熔化性能和微晶玻璃析晶性能的影响;稀土元素的含量（La2O3）对微晶玻璃析晶行为和玻璃性能的影响;晶核剂的含量对微晶玻璃析晶行为和玻璃性能的影响;热处理制度对微晶玻璃析晶行为和玻璃性能的影响。通过优化手段选取最佳的玻璃组分和热处理制度。本实验采用差热分析（DTA）、X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜分析（SEM）等测试手段分析了微晶玻璃的内部结构和形貌,应用热膨胀系数测试仪等分析了微晶玻璃的性能,通过失重试验测试P2O5的释放性能。结果表明:P2O5-Al2O3-SiO2系统玻璃在熔化时,Al2O3的含量在24%～26%中存在一个值,当大于这个值,在熔化温度为1560℃情况下,由于P2O5的挥发,玻璃难于熔化完全,玻璃中会存在一些未熔物。而Al2O3的含量在20%～22%中存在一个值,当小于这个值,在熔化温度为1560℃情况下,得到的玻璃析晶比较困难。最适宜的Al2O3的含量在22%～24%。在其他的组分的含量不变时,随着La2O3的含量的增加,玻璃的析晶倾向增大,微晶玻璃的P20,释放速率逐渐增大,微晶玻璃的热膨胀系数也有所减小。当La2O3的含量增加到一定量时,由于La2O3的熔化温度较高,影响了玻璃的熔化效果。在其他的组分的含量不变时,随着晶核剂ZrO2的含量的增加,玻璃的析晶倾向增大,微晶玻璃的P2O5释放速率逐渐增大,微晶玻璃的热膨胀系数也有所减小。当晶核剂的百分含量高于8%时,玻璃的析晶速率过快,玻璃液刚倒出时就出现析晶现象,难于控制。最适宜的晶核剂ZrO2的含量在5%～8%。通过正交实验,最佳的热处理制度为核化温度为780℃、时间为3h;晶化温度为980℃,时间为4h。因素的主次顺序为:晶化温度〉晶化时间〉核化时间〉核化温度。而影响热膨胀系数的因素主要为晶化温度和晶化时间,核化温度在一定范围内对微晶玻璃的热膨胀系数影响不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 项目背景及意义
• 1.2 磷扩散源的概述
• 1.3 磷扩散源的种类及它们的优缺点
• 1.3.1 液态磷扩散源
• 1.3.2 固态磷扩散源
• 1.3.3 固体磷扩散源扩散的原理
• 1.3.4 影响固体磷扩散源性质的因素
• 1.4 微晶玻璃特点、分类、制备工艺和应用
• 1.4.1 微晶玻璃的特点
• 1.4.2 微晶玻璃的分类
• 1.4.3 微晶玻璃的制备工艺
• 1.4.4 微晶玻璃的应用
• 1.5 磷酸盐玻璃的结构与形成
• 2O₅-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃'>1.6 P₂O₅-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃
• 2O₅-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃的制备方法'>1.6.1 P₂O₅-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃的制备方法
• 2O₅-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃的研究现状'>1.7 P₂O₅-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃的研究现状
• 1.8 本课题研究的目的及主要内容
• 1.8.1 研究目的
• 1.8.2 主要研究内容
• 第二章 实验
• 2.1 本课题的实验设计
• 2.2 微晶玻璃实验样品的制备
• 2.2.1 微晶玻璃组分的设计
• 2.2.2 基础玻璃的制备
• 2.2.3 微晶玻璃的制备
• 2.3 微晶玻璃的性能与结构测试
• 2.3.1 差热分析
• 2.3.2 X射线衍射定性分析
• 2.3.3 显微结构分析
• 2.3.4 膨胀系数的测定
• 2.3.5 释放P2O5速率的测定
• 2.3.6 热处理制度的优化
• 第三章 Al2O3的含量对玻璃析晶行为和玻璃性能的影响
• 3.1 样品制备
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 差热分析（DTA）
• 3.2.2 玻璃的熔化和析晶情况
• 3.2.3 X衍射分析（XRD）
• 3.2.4 扫描电镜分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 La2O3的含量对微晶玻璃的析晶行为和性能的影响
• 4.1 样品制备
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 差热分析
• 4.2.2 X衍射分析
• 4.2.3 扫描电镜分析
• 4.2.4 热膨胀系数分析
• 4.2.5 五氧化二磷释放性能分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 晶核剂含量对玻璃结晶和性能的影响
• 5.1 晶核剂的选择
• 5.2 实验结果分析
• 5.2.1 差热分析
• 5.2.2 X衍射分析
• 5.2.3 扫描电镜分析图
• 5.2.4 热膨胀系数分析
• 5.2.5 五氧化二磷释放性能分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 热处理工艺的优化
• 6.1 热处理工艺对玻璃性能的影响
• 6.1.1 基础玻璃组分的确定
• 6.1.2 正交实验安排
• 6.2 实验结果分析
• 6.2.1 正交实验结果分析
• 6.2.2 X衍射分析
• 6.2.3 扫描电镜分析
• 6.2.4 热处理工艺对微晶玻璃热膨胀系数的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 发表文章