微量氟對(duì)鋰鋁硅微晶玻璃析晶、結(jié)構(gòu)及性能的影響.pdf

1、微晶玻璃兼有玻璃和陶瓷具有的許多優(yōu)越的性能,在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中的鋰鋁硅體系是最具研究?jī)r(jià)值的微晶玻璃體系之一,其低膨脹、高熱穩(wěn)定及優(yōu)良的機(jī)械性能使之成為一種不可或缺的綜合材料。目前,鋰鋁硅微晶玻璃生產(chǎn)成本高,能源消耗大,高性能產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)不易實(shí)現(xiàn),影響了市場(chǎng)應(yīng)用。如何提高材料性能、降低生產(chǎn)成本成為急需解決的問題之一。本課題從整個(gè)微晶玻璃領(lǐng)域特別是低膨脹鋰鋁硅微晶玻璃的研究現(xiàn)狀入手,結(jié)合微晶玻璃特殊結(jié)構(gòu)與性能的要求,在鋰鋁硅系微晶

2、玻璃中引入微量氟,通過對(duì)含氟和無(wú)氟微晶玻璃的析晶機(jī)制、結(jié)構(gòu)及性能的研究與比較,制定合理的熱處理制度,改善微晶玻璃結(jié)構(gòu)與性能,降低能耗及生產(chǎn)成本,研究將對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有十分重要的意義。采用差熱分析(DTA)和結(jié)晶度(fraction crystallized)分析方法研究了氟離子對(duì)鋰鋁硅微晶玻璃析晶的影響機(jī)制。研究結(jié)果表明:一方面,氟離子的引入不但降低了鋰鋁硅微晶玻璃晶化溫度,使得鋰鋁硅系統(tǒng)微晶玻璃的結(jié)品活化能從276kJ/mol下降到22

3、6kJ/mol,氟離子使得鋰鋁硅玻璃結(jié)構(gòu)更松散,穩(wěn)定性降低,促進(jìn)了玻璃體系中離子擴(kuò)散;另一方面,在玻璃晶化的不同溫度段玻璃析晶機(jī)理不同,析晶初始低溫階段以晶體生成為主,高溫階段則以離子擴(kuò)散為主。結(jié)合析晶機(jī)理的分析,采用透射電鏡(TEM)、差熱分析(DTA)、X射線衍射(XRD)及掃描電鏡(SEM)研究了含氟和無(wú)氟微晶玻璃的分相、核化、晶化等熱處理工藝。研究結(jié)果表明:氟離子的引入降低了鋰鋁硅微晶玻璃晶化溫度,無(wú)氟鋰鋁硅玻璃的晶化溫度在87

4、0℃以上,而含氟微晶玻璃在760℃左右。對(duì)于無(wú)氟玻璃試樣,適宜的熱處理?xiàng)l件為:核化溫度660℃,時(shí)間1h;晶化溫度870℃,時(shí)間4hrs。而對(duì)于含氟試樣,核化溫度660℃,時(shí)間1h;晶化溫度760℃,時(shí)間4hrs。在上述適宜核化、晶化工藝處理后,微晶顆粒呈球形結(jié)構(gòu),無(wú)氟試樣的晶粒較大,晶粒度為200nm左右,而含氟試樣晶粒較小,晶粒度在50-150nm之間。氟離子的添加削弱了SiO2結(jié)構(gòu),有利于玻璃中離子的移動(dòng),促進(jìn)晶相成核和生長(zhǎng)。對(duì)含

5、氟、無(wú)氟微晶玻璃物理化學(xué)性能的研究結(jié)果表明:含氟微晶玻璃機(jī)械強(qiáng)度高于無(wú)氟微晶玻璃,其平均抗彎強(qiáng)度在137.1MPa,而無(wú)氟鋰鋁硅微晶玻璃的平均抗彎強(qiáng)度為111.9MPa;含氟微晶玻璃的耐急冷急熱能力高于無(wú)氟微晶玻璃,其彈性模量浙江大學(xué)頓卜畢業(yè)論文(784.4MPa)低于無(wú)氟鏗鋁硅微晶玻璃(852.0MPa);在30一500℃溫度范圍內(nèi),含氟鉀鋁硅微晶玻璃平均熱膨脹系數(shù)(7.8229又10“7K一’)低于無(wú)氟微晶玻璃(14.37ox10一

6、’K一’):含氟微晶玻璃的密度略高于無(wú)氟微晶玻璃,但耐水侵蝕能力稍低于無(wú)氟微晶玻璃。含氟鏗鋁硅微晶玻璃的綜合物化性能好于無(wú)氟鏗鋁硅微晶玻璃,而且低的析晶溫度有利于降低了微晶玻璃生產(chǎn)成本和能耗。為了擴(kuò)展鏗鋁硅微晶玻璃的使用范圍,采用表面離子交換法對(duì)鏗鋁硅微品玻璃進(jìn)行表面增強(qiáng)處理。研究結(jié)果表明,表面處理可以提高鏗鋁硅微晶玻璃的機(jī)械強(qiáng)度,含氟鏗鋁硅微晶玻璃抗彎強(qiáng)度從137.IMPa提高到428.5MPa,無(wú)氟鏗鋁硅微晶玻璃抗彎強(qiáng)度從In.gM