【摘 要】
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BaTi2O5玻璃是无网格形成体氧化物玻璃体系中重要的一员,其独特的结构和性能特征一直吸引着大家对其进行持续深入的研究:从玻璃形成理论和玻璃结构研究角度出发,BaTi2O5玻璃是一个很好的理论研究范本;从功能材料开发的角度出发,BaTi2O5玻璃具有优良的光学性能,其退火单晶具有可媲美Pb Ti O3的优良铁电性,是极具潜力的下一代复合功能材料。但BaTi2O5的玻璃形成能力较差,常规熔炼技术无法
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BaTi2O5玻璃是无网格形成体氧化物玻璃体系中重要的一员,其独特的结构和性能特征一直吸引着大家对其进行持续深入的研究:从玻璃形成理论和玻璃结构研究角度出发,BaTi2O5玻璃是一个很好的理论研究范本;从功能材料开发的角度出发,BaTi2O5玻璃具有优良的光学性能,其退火单晶具有可媲美Pb Ti O3的优良铁电性,是极具潜力的下一代复合功能材料。但BaTi2O5的玻璃形成能力较差,常规熔炼技术无法制备大尺度样品,使其规模化应用受到限制;此外对BaTi2O5这类无网格形成体氧化物玻璃体系的理论研究还有待深入,无网格形成体氧化物体系的玻璃形成机理未明,掺杂元素对其结构和性能的调控机理仍需深入研究。悬浮熔炼技术能够提供超高熔炼温度和超快冷却速度,在制备过程中,样品始终处于悬浮状态,隔绝了熔体与容器壁的接触,有效地抑制了异质形核,很好的解决BaTi2O5的玻璃化问题。本文使用气悬浮熔炼技术制备了A/B位掺杂（Ca,La,Nb,Zr）的BaTi2O5玻璃,探究了四个掺杂体系Ba1-xCaxTi2O5,Ba1-xLaxTi2O5+z,Ba(Ti1-xNbx)2O5+z,Ba(Ti1-xZrx)2O5+z的玻璃形成区间,密度,热稳定性,热力学性能,光学性能和微观结构随掺杂量的变化关系,横纵向对比A/B位的掺杂效应,通过掺杂调控BaTi2O5玻璃性能。A位掺杂的两个体系Ba1-xCaxTi2O5,Ba1-xLaxTi2O5+z的玻璃形成区间分别为0≤x≤0.8,0≤x≤0.1,Ca在BaTi2O5玻璃的固溶度较大而La很小。对Ba1-xCaxTi2O5玻璃体系,随着Ca的掺杂量增大其密度减小,热稳定性（ΔT=Tx-Tg）先升高而后略微有所降低;Ca的掺杂会使得[Ti O5]多面体中的Ti-O短键伸长,密堆[Ti On]多面体得到松弛。对Ba1-xLaxTi2O5玻璃体系,随着La的掺杂量增大其密度增大,热稳定性（ΔT=Tx-Tg）先升高而后降低但变化不大;当La占据Ba的位置时,La不仅会与Ba争夺配位氧,而且还会争夺[TiOn]多面体中的氧原子,对BaTi2O5玻璃的结构产生很大的破坏,故而玻璃形成区间很窄。B位掺杂的两个体系Ba(Ti1-xNbx)2O5+z,Ba(Ti1-xZrx)2O5+z的玻璃形成区间分别为0≤x≤0.4,0≤x≤0.3,BaTi2O5玻璃的骨架具有一定的承变能力。对Ba(Ti1-xNbx)2O5+z体系,随着Nb的掺杂量增大其密度增大,对热稳定性的影响较为复杂;当Nb占据Ti位时,结构中会引入[Nb On]多面体,少量Nb掺入会使[Ti On]多面体变得更加扭曲但掺杂量增大后[Nb On]多面体引入可能会改变玻璃结构。对Ba(Ti1-xZrx)2O5+z体系,随着Zr的掺杂量增大,密度增大,有助于提高其热稳定性。Nb和Zr的掺入都能提高BaTi2O5玻璃的光学性能。
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