2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、硼硅酸鹽微晶玻璃具有熔點(diǎn)低,化學(xué)穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)范圍寬、介電性能優(yōu)良等特點(diǎn),在信息產(chǎn)業(yè)及能源工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。作為半導(dǎo)體硅晶片摻硼的固態(tài)擴(kuò)散源和固體氧化物燃料電池(SOFC)雙極板的密封材料是硼硅酸微晶玻璃的兩個重要應(yīng)用,也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。
   本文采用熔融法制備了B2O3-Al2O3-SiO2系統(tǒng)和BaO-Al2O3-B2O3-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃。根據(jù)微晶玻璃的應(yīng)用背景,結(jié)合析晶動力學(xué)研究方法,較系統(tǒng)

2、地研究了組成對微晶玻璃的晶化行為、顯微結(jié)構(gòu)及相關(guān)性能的影響,并對所制得的微晶玻璃進(jìn)行了在硅晶片上的摻硼擴(kuò)散試驗(yàn)。
   對摻硼擴(kuò)散源用B2O3-Al2O3-SiO2微晶玻璃的組成研究表明,隨著B2O3/SiO2比值的增大,Si4+在玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的地位被削弱,而B3+在玻璃網(wǎng)絡(luò)中則逐漸占有絕對優(yōu)勢,[BO4]向[BO3]轉(zhuǎn)變。玻璃析出的主晶相主要有Al4B2O9和Al18B4O33晶體,硼含量的增加不僅提高了玻璃的析晶能力,而且有

3、利于Al4B2O9晶體的析出。單獨(dú)引入不同的堿土金屬氧化物到玻璃中均能形成良好的玻璃,玻璃析晶能力變化趨勢是BaO>MgO>CaO,其中引入MgO的玻璃析出的主晶相是Al4B2O9,而引入BaO和CaO的則是以Al18B4O33晶體為主晶相,玻璃均具有較低的熱膨脹系數(shù)(5~6 ppmK-1)和較高的軟化溫度(約為1200℃)。TiO2和ZrO2不是有效的晶核劑,它們的引入使得析出晶體的尺寸極其不均。
   采用熔融法制備的硼微晶

4、玻璃擴(kuò)散源片不容易引入雜質(zhì),不含氣孔,材料結(jié)構(gòu)致密,晶粒尺寸細(xì)小均勻,是制備高純度長壽命硼微晶玻璃擴(kuò)散源的有效方法。組成為8.2BaO-1.8MgO-32Al2O3-35V2O3-23SiO2(wt%)玻璃的適合熱處理工藝為:從室溫以5℃·min-1升至800℃,保溫5h;再以1℃·min-1從800℃升溫至1050℃,保溫1~2h。實(shí)驗(yàn)中所制得的硼微晶玻璃擴(kuò)散源片經(jīng)硼預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散共300h的試用,各項(xiàng)指標(biāo)均與進(jìn)口同類樣品相當(dāng),且未發(fā)

5、現(xiàn)炸裂、變形等現(xiàn)象,進(jìn)一步通過電參數(shù)和可靠性驗(yàn)證后,有望取代進(jìn)口。
   SOFC封接用BaO-Al2O3-B2O3-SiO2系統(tǒng)中,Al2O3含量=5mol%時,Al3+主要以網(wǎng)絡(luò)中間體形式存在于玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,玻璃穩(wěn)定性增加:當(dāng)Al2O3含量增加到10mol%,Al3+開始作為網(wǎng)絡(luò)形成體存在,玻璃穩(wěn)定性降低。Al2O3的引入提高了玻璃的析晶溫度,且有利于BaSiO3和BaAl2Si2O8晶體的析出。BaO含量增加,玻璃的熱膨

6、脹系數(shù)增加,而B2O3/SiO2比增大,玻璃的熱膨脹系數(shù)會稍有減小,但玻璃轉(zhuǎn)變溫度和軟化溫度都會降低。用RO(R=Mg、Ca、Zn)替代部分BaO后,玻璃的熱膨脹系數(shù)會降低,其中引入ZnO的玻璃下降最多,為14%,而玻璃轉(zhuǎn)變溫度和軟化溫度則是升高的。
   本文研制的SOFC封接用玻璃的熱膨脹系數(shù)基本都能與電解質(zhì)材料8YSZ(10.0ppmK-1)匹配,且使用溫度滿足SOFC的工作溫度(600~800℃)要求。過多的Al2O3(

7、=10mol%)會降低玻璃對電解質(zhì)的潤濕性,使封接溫度升高。引入MgO和CaO的玻璃能在較低溫度對8YSZ表現(xiàn)出良好的潤濕性,而引入ZnO的玻璃則潤濕溫度高出100℃左右。組成為38BaO-5Al2P3-19B2O3-38SiO2(mol%)玻璃在700℃熱處理100h后,熱膨脹系數(shù)增加小于1%,具有較好的長期穩(wěn)定性。引入RO的玻璃中對熱膨脹系數(shù)影響最大的是ZnO,達(dá)到2%。各玻璃經(jīng)700℃熱處理100h后,界面結(jié)合緊密,沒有出現(xiàn)明顯的

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