光纤布拉格光栅用负膨胀微晶玻璃基板的研究

论文摘要

本论文以研发能够应用于光纤布拉格光栅温度补偿的材料为目的,开展了负膨胀β-锂霞石微晶玻璃的制备与表征。通过DTA、XRD、SEM等研究手段,对β-锂霞石负膨胀微晶玻璃析晶性能、显微结构、热膨胀性能及力学性能等问题开展了较深入的研究。 首先研究了微晶玻璃材料的制备工艺,包括玻璃的配方设计、熔制、晶化热处理工艺。其次,通过DTA、XRD、SEM等研究手段,研究了微晶玻璃相变过程中材料微结构的变化。结果表明在690℃时,玻璃的分相发生。分相是微晶化的前导,它促进玻璃晶核的生成。在晶化热处理阶段,β-石英固溶体作为亚稳晶相首先在870℃左右从玻璃中大量析出,温度升高至1050℃时生成的是β-锂辉石。随着温度的升高,超过1050℃时,β-锂霞石才明显形成。在1300℃时,晶粒尺寸迅速长大（5-10μm）,在1320℃时溶解,分解生成TiO2和Al2O3。然后,对制得微晶玻璃材料的热膨胀性能及力学性能与材料组成的关系,成核剂对玻璃析晶性能和膨胀系数的影响,以及晶化温度和时间的关系进行了分析。并对材料的力学性能、密度及化学稳定性等进行了测试。最后总结出了一套合理的微晶玻璃配方和制备工艺。

论文目录

• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 微晶玻璃材料及其晶化行为
• 2.1.1 微晶玻璃材料的概述
• 2.1.2 微晶玻璃的晶化行为
• 2.1.2.1 液相分离
• 2.1.2.2 玻璃的核化和晶化
• 2.1.2.3 分相与玻璃核化、晶化的关系
• 2.2 β-锂霞石负膨胀微晶玻璃
• 2.2.1 β-锂霞石负膨胀微晶玻璃的组成
• 2.2.2 β-锂霞石的结构和负膨胀原理
• 2.2.3 β-锂霞石的形成机理
• 2.3 光纤布拉格光栅基板用负膨胀微晶玻璃
• 2.3.1 光纤布拉格光栅概况
• 2.3.2 负膨胀微晶玻璃基板的补偿原理
• 2.3.3 目前研究的现状
• 2.3.4 本工作研究目标
• 第三章 实验方法与内容
• 3.1 原始玻璃的制备
• 3.2 玻璃析晶能力测试
• 3.2.1 玻璃的梯温加热试验
• 3.2.2 差热试验
• 3.3 X-RAY衍射分析
• 3.3.1 物相鉴定
• 3.3.2 晶体含量测定
• 3.4 显微结构测试
• 3.4.1 扫描电镜观察
• 3.4.2 透射电镜研究
• 3.5 性能测试
• 3.5.1 热膨胀性能研究
• 3.5.2 力学性能测试
• 3.5.3 密度测试
• 3.5.4 化学稳定性测试
• 第四章 β-锂霞石负膨胀微晶玻璃组成对析晶性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 玻璃析晶性能与组成的关系
• 2含量对玻璃析晶性能的影响'>4.3.1 SiO₂含量对玻璃析晶性能的影响
• 2O₃对玻璃析晶性能的影响'>4.3.2 Al₂O₃对玻璃析晶性能的影响
• 2O玻璃析晶性能的影响'>4.3.3 Li₂O玻璃析晶性能的影响
• 2、ZrO₂）的含量对玻璃析晶性能的影响'>4.3.4 成核剂（TiO₂、ZrO₂）的含量对玻璃析晶性能的影响
• 4.3.5 二价金属氧化物对玻璃析晶性能的影响
• 4.4 微晶玻璃的晶相组成分析
• 4.5 小结
• 第五章 β-锂霞石负膨胀微晶玻璃的相变和显微结构
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 差热分析
• 5.4 材料的相转变
• 5.4.1 两液分相
• 5.4.2 β-石英固溶体的析
• 5.4.3 β-锂霞石固溶体的析出
• 5.5 显微结构研究
• 5.6 小结
• 第六章 β-锂霞石负膨胀微晶玻璃的热膨胀性能及物性测定
• 6.1 引言
• 6.2 实验方法
• 6.3 微晶玻璃热膨胀性能研究
• 6.4 微晶玻璃密度的研究
• 6.5 力学性能的研究
• 6.6 化学稳定性的研究
• 6.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录