锂铝硅微晶玻璃高温粘度及性能的研究

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Li2O-A12O3-SiO2(LAS)系统微晶玻璃具有耐热冲击性和优良的化学稳定性等性能,最主要的特性是热膨胀系数在很大温度范围内可调,在很大的温度范围内热膨胀系数可以很高、很低甚至为零膨胀或负膨胀。可广泛应用制造望远镜的反射镜、激光陀螺仪、耐高温炊具、餐具、烧烤炉面板、高温观察窗等。目前Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)微晶玻璃主要采用压制法生产。熔制温度过高是生产工艺中的一个难题,也是浮法生产LAS玻璃的一个重要难题。降低LAS微晶玻璃的熔制温度具有十分重要的现实意义。本文主要研究了LAS玻璃高温粘度和LAS微晶玻璃热膨胀性能,探讨各组分对LAS玻璃熔制温度和热膨胀性能的影响。本文主要通过调整LAS系统玻璃组分,制备LAS玻璃和LAS微晶玻璃,测试LAS玻璃高温粘度、LAS微晶玻璃热膨胀系数,结合DTA、XRD、SEM、Raman等测试手段分析LAS系统玻璃玻璃组分与高温粘度及组分与微晶玻璃热膨胀系数之间的关系。保持Na2O、Al2O3和SiO2总含量85%不变,Na2O成比例取代Al2O3和SiO2,随着取代量的增大,LAS微晶玻璃的核化温度和晶化温度均降低;微晶玻璃的主晶相由p-石英固溶体逐渐转变为β-锂辉石固溶体,晶粒尺寸变大,并且透明性变差。热膨胀系数由-2.3970×10-7K-1增大到5.3000×10-7K-1。Na2O4%时,玻璃的熔制温度在1555℃左右。当Na2O含量为2%时,LAS玻璃熔化温度在1570℃左右,热膨胀系数为0.701×10-7K-1。在LAS系统玻璃中,Li2O和K2O相互作用会产生混合碱效应,进而影响LAS玻璃高温粘度和LAS微晶玻璃的热膨胀性能。保持K2O和Li2O总含量7%不变,随着K2O逐步取代Li2O,LAS系玻璃高温粘度先降低后升高。当Li2O和K2O含量分别4%,3%时,玻璃的熔融温度最低在1500℃左右。随着K2O取代量的增加,抑制Al2TiO4非晶相的析出,促进锐钛矿及β-石英固溶体的析出。K2O3%、Li2O4%和K204%、Li2O3%时由于晶核较少,β-石英固溶体不稳定存在,热膨胀系数较大。保持ZnO和Na2O总含量4.5%不变,随着ZnO逐步取代Na2O,LAS玻璃的高温粘度升高。当ZnO含量为0.5%时,玻璃的熔融温度最低在1550℃左右。微晶玻璃的主晶相由β-锂辉石固溶体逐渐转变为p-石英固溶体,析晶性能增强。LAS玻璃的热膨胀系数与软化点温度逐渐降低,而微晶玻璃的热膨胀系数明显降低,由正膨胀变为负膨胀。当Zn03.5%、Na201%时,LAS玻璃熔化温度在1600℃左右,LAS微晶玻璃热膨胀系数为-0.536×10-7K-1。保持P205和ZrO2总含量3%不变,随着晶核剂P205逐步替换晶核剂Zr02,LAS玻璃的高温粘度先降低后增加,当P205和Zr02含量分别为2%,1%时,玻璃的熔融温度最低在1550℃左右。LAS微晶玻璃的主晶相由β-锂辉石固溶体转变为p-石英固溶体,但是成核效果不好。当P205和Zr02含量分别为1.5%,1.5%时,此时P205促进了Zr02在玻璃中的溶解,成核效率较高,同时由于Zr02含量的降低,LAS玻璃的高温粘度降低。LAS微晶玻璃热膨胀系数先增大后减小,当P205和Zr02含量分别为2.5%,0.5%时,热膨胀系数是5.840×10-7K-1。
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