【摘 要】
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Li2O-Al2O3-SiO2（LAS）微晶玻璃因其同时具有玻璃和晶体的许多优点,以及特殊的性能而得到广泛应用。主要应用在高端餐具和炊具、高强风挡玻璃、天文望远镜镜片和精密光学等领域。LAS微晶玻璃具有零、低热膨胀系数和高透过率。本文采用熔融法+一步热-电耦合处理整体析晶制备了透明低膨胀LAS微晶玻璃,以热场-电场耦合作用所得到的LAS微晶玻璃为研究对象,利用差示扫描量热分析（Differenti
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Li2O-Al2O3-SiO2（LAS）微晶玻璃因其同时具有玻璃和晶体的许多优点,以及特殊的性能而得到广泛应用。主要应用在高端餐具和炊具、高强风挡玻璃、天文望远镜镜片和精密光学等领域。LAS微晶玻璃具有零、低热膨胀系数和高透过率。本文采用熔融法+一步热-电耦合处理整体析晶制备了透明低膨胀LAS微晶玻璃,以热场-电场耦合作用所得到的LAS微晶玻璃为研究对象,利用差示扫描量热分析（Differential Scanning Calorimetry,DSC）确定了材料的热处理制度、利用X射线衍射分析（X-ray diffraction,XRD）、场发射扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）、场发射扫描电子显微镜能量色谱仪（Energy Dispersive Spectroscopy,EDS）、傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer,FTIR）对材料的微观形貌、物相组成和多场耦合机理进行了分析。利用热机械分析仪（Thermo Mechanical Analyzer,TMA）、紫外-可见-近红外分光光度计（UV-visible spectrophotometer,UV-Vis）、数显显微维氏硬度计（Vickers Hardness Tester,HV）对材料的力学、光学性能进行了测试分析。其主要研究结果如下:以2%wt.的TiO2和2%wt.的ZrO2作为复合晶核剂引入到玻璃体系中,在析晶温度下,玻璃基体中将析出β-锂辉石相和β-锂霞石石英固溶体相。相比于未处理的LAS玻璃和单一热场作用后的LAS微晶玻璃,引入辅助电场（835℃、100 V/mm处理0.5小时）后晶粒分布更均匀,团聚消失,硬度从660 HV提升到805 HV,可见光透过率从72%提高到85%,晶粒度由40-70 nm细化到20-30 nm,热膨胀系数由-1.285×10-6/℃变为-6.497×10-7/℃。随着热-电耦合处理时间的延长,析出晶体进一步增多、尺寸进一步变大,晶粒重新出现聚合生长,处理2小时后析晶趋于饱和,热膨胀系数从-6.497×10-7/℃增大至-1.128×10-6/°C,维氏硬度从805 HV逐渐减小至665 HV,可见光透过率由85%下降至76%。究其原因,外加直流辅助电场的引入影响了玻璃网络骨架的形成,降低了硅酸盐骨架的聚合度和玻璃网络的稳定性,使LAS微晶玻璃更易析晶。同时,析出晶相的相对介电常数比原始玻璃大,根据热电耦合作用下临界原子核尺寸的自由能公式,电场会促进晶体的析出。同时,外加电场使LAS微晶玻璃中的Ti和Zr离子极化,使离子分布更加均匀,晶核之间间距扩大改善了析出晶体的分布。热-电耦合处理一步析晶法可以克服传统一步法热处理的缺点,快速制得透明低膨胀LAS微晶玻璃。这项研究为相关类型微晶玻璃研发提供了一些新的思路。
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