Y-AL-SI-O-N基氧氮玻璃及其微晶玻璃的制备与性能

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氧氮玻璃最早发现于氮化硅基陶瓷晶间相,是由氧化物烧结助剂与Si3N4和SiO2反应形成的物质。晶间玻璃相中引入的氮原子部分替代原玻璃网络中的氧原子,使得玻璃的网络结构变得更加紧密。这种网络结构的变化引起了玻璃性能突出的改变,具体表现为:机械性能(如显微硬度、抗弯强度、弹性模量以及断裂韧性等)显著地提高,热学性能的变化(如玻璃转变温度的增加,热膨胀系数减小等),化学性能(如抗酸、碱能力)的增强。氧氮玻璃具有比普通硅酸盐玻璃更优异的性能,在许多领域有着潜在的应用价值,如用作玻璃纤维、氮化硅基陶瓷的粘结剂以及透明装甲材料等等。  本论文选取Y-Al-Si-O-N基氧氮玻璃及其微晶玻璃为研究对象,利用示差量热扫描分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱(IR)、紫外可见光光谱等测试分析手段研究了氧氮玻璃的结构、热学性能、力学性能以及弹能耗散能力,探索了不同组成体系氧氮玻璃的组成-结构-性能之间的相关性。研究了添加不同含量ZrO2的Y-Al-Si-O-N体系氧氮玻璃的结构、密度、力学性能、热学性能和析晶行为。研究表明随着Zr含量的增加,玻璃的密度、显微硬度增加,玻璃化转变温度减小;玻璃的密度与N含量有着密切的关系,N含量越高,玻璃密度、显微硬度和玻璃转变温度越大,热膨胀系数越小;XRD和SEM结果表明,Zr含量和N含量的不同对氧氮玻璃的析出晶体的大小和种类也产生了影响。研究了不同改性离子的M-Si-Al-O-N(M=Y、Ca、Mg)系统氧氮玻璃的力学性能、透光性能以及弹能耗散能力,并且对其中某些组成的氧氮玻璃进行了热处理,研究了不同改性离子对氧氮玻璃析晶行为和显微结构的影响。结果表明获得的氧氮玻璃在可见光区的透过率达到80%以上,某些组成的氧氮玻璃的弹能耗散系数可以达到2.56,超过了蓝宝石的弹能耗散系数2.42; XRD和SEM分析结果表明,不同网络改性离子对氧氮玻璃的析晶行为有不同的影响,含Y元素的氧氮玻璃较含Ca和Mg元素的氧氮玻璃难于析出晶相。
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