钇铝硅酸盐玻璃析晶行为的研究

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钇铝硅酸盐(YAS)玻璃具有热膨胀系数低、耐化学腐蚀性好和容纳高浓度稀土的性能,因此在SiC陶瓷粘结、医学和发光领域具有广阔的应用前景。为了提高玻璃的性能和制备新材料,可以将玻璃制备成玻璃陶瓷,关于钇铝硅酸盐玻璃的析晶行为已有部分研究,但是关于高钇含量的钇铝硅酸盐玻璃的析晶行为的研究较少。本文选取Y2O3-Al2O3-SiO2基础玻璃以及掺杂ZnO、La2O3和YF3的玻璃为研究对象,利用差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)、热膨胀仪、维氏硬度计、高温粘度仪等手段研究了YAS玻璃的结构、热膨胀系数、硬度、析晶活化能、粘滞活化能以及析出晶体的定性和半定量分析。获得如下主要研究结果:在Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃体系中,基础玻璃组成在三元系统所对应的液相面温度越低,玻璃对应的析晶峰温度越高。组成为22Y2O3-19Al2O3-59SiO2的玻璃,分相促进玻璃析晶,且只析出y-Y2Si2O7晶体。组成为25Y2O3-25Al2O3-50SiO2的玻璃,1112℃时只析出了Y4.67(SiO43O磷灰石晶体,1344℃只析出了y-Y2Si2O7晶体。除25Y2O3-25Al2O3-50SiO2(y-Y2Si2O7)玻璃陶瓷外,其它玻璃组成的结晶机理均属于表面析晶。高钇含量的YAS玻璃和玻璃陶瓷的硬度比高硅含量基础玻璃的硬度大,而且热膨胀系数也大。在22Y2O3-19Al2O3-59SiO2玻璃组成的基础上研究了掺杂ZnO、La2O3和YF3对玻璃析晶性能的影响。掺杂ZnO后玻璃中析出y-Y2Si2O7和ZnAl2O4晶体,一部分ZnO进入玻璃网络形成[ZnO4],增强了玻璃网络连接程度,抑制了基础玻璃的分相。随着La2O3掺杂量的增加,玻璃的析晶峰温度和熔融温度呈现先增大后减小的趋势,而且玻璃网络连接程度也呈现先增强后减弱的趋势。掺杂YF3后玻璃中析出y-Y2Si2O7和Y3Si3O10F晶体,引入的F离子优先取代了游离氧和非桥氧的位置,对玻璃网络结构并没有造成较大的破坏。在22 Y2O3-19Al2O3-59SiO2基础玻璃中掺杂ZnO后,玻璃的粘滞活化能升高,析晶活化能升高;掺杂La2O3后,玻璃的粘滞活化能降低,析晶活化能降低;掺杂YF3后,玻璃的粘滞活化能降低,析晶活化能升高。此外,当玻璃中析出的晶体种类越少,玻璃的结晶度越大。
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