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硅酸铋(BSO)是一种十分重要的功能材料,具有独特的光电、电导、声光、压电、铁电性能,可以用来制造高性能光折变晶体、光变色玻璃、高温超导体、电子陶瓷、高选择性催化剂等。近年来,有关Bi2O3-SiO2系统的研究大多围绕相平衡、BSO单晶制备、材料性能测定及应用展开。目前对该系统的全面研究仍十分欠缺,众多研究工作尚未展开,晶体生长基本规律、条件、性能改善、熔体奇异现象及其对结晶的影响因素还未查明,诸多现象仍然无法解释。
本文在前人的基础上,采用了固相法制备了硅酸铋各种晶型的熔块及对其晶体结构分析;自行组装了一套测量高温熔体密度,表面张力的装置;用自行组装的装置测量了Bi2O3-SiO2系统高温熔体的密度,表面张力随温度的变化趋势。具体工作如下:
第二,以氧化铋(分析纯)和二氧化硅(分析纯)为原料,用固相法合成了Bi2O3,Bi12SiO20,Bi2SiO5和Bi4Si3O12熔块。合成Bi12SiO20的最佳工艺为当Bi2O3和SiO2粉体摩尔比为6.1:1,锻烧温度为850℃;合成Bi2SiO5的最佳工艺为当Bi2O3和SiO2粉体摩尔比为1.05:1,锻烧温度为800℃;合成Bi4Si3O12的最佳工艺为当Bi2O3和SiO2粉体摩尔比为2.1:3,锻烧温度为880℃。
第三,用改进的浸球法测量Bi2O3,Bi12SiO20,Bi2SiO5和Bi4Si3O12这四种熔体密度在高温下的变化规律;并用一次线性拟合出各自的密度随着温度变化的公式;四种熔体的密度都是随着温度的升高不断减小;熔体密度随着氧化铋含量的减小而降低;密度的温度系数随着氧化铋含量的减小而降低;熔体的体积膨胀系数随着成分的变化先减小后增大。
第四,用吊片法测量Bi2O3,Bi12SiO20,Bi2SiO5和Bi4Si3O12这四种熔体表面张力在高温下的变化规律;并用二次线性拟合出各自的密度随着温度变化的公式;四种熔体的表面张力都是随着温度的升高不断减小;熔体表面张力随着氧化铋含量的减小而增加;四种熔体的表面张力温度系数随着温度的变化而不断升高;但四种熔体的表面张力温度系数与氧化铋含量不成线性关系。
本课题对硅酸铋各种晶体的制备及其高温熔体进行了研究,对Bi2O3-SiO2系统在高温下的密度,体积膨胀系数和表面张力随着温度的变化规律具有一定的参考价值。