稀土掺杂Li<,2>O-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>系统微晶玻璃的性能表征

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本课题以Li2O-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃为研究对象,根据Li2O-Al2O3-SiO2系统三元相图设计了一组玻璃组成配方,并在基础组分不变的前提下,选择了La2O3等5种稀土氧化物采取外加法进行掺杂,利用熔融法制备出微晶玻璃。本文研究了稀土氧化物对Li2O-Al2O3-SiO2系统玻璃粘度和熔制温度的影响;以及掺杂La2O3对Li2O-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃析晶、结构和性能的影响;并优化了掺杂La2O3后Li2O-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃的热处理制度。 本实验应用高温粘度测试分析了玻璃液的高温粘度;应用差热分析(DTA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、红外光谱(IR)等测试手段分析了微晶玻璃的内部结构和形貌;应用热膨胀测试、抗折强度测试和可见光透过率测试分析了微晶玻璃的性能。 结果表明:La2O3等5种稀土氧化物都具有降低玻璃液粘度的作用,其中以La2O3的作用最大。少量La2O3的掺入对微晶玻璃的结构没有太大影响,La2O3并未进入玻璃网络成为网络形成体,而只是作为网络修饰体,使Si-O键长和Si-O-Si键角发生轻度的改变,从而降低玻璃液的粘度及熔制温度(1610℃);同时,La2O3能够促进析晶,但对微晶玻璃的主晶相没有影响,仍为β—石英固熔体,随着La2O3的增加,微晶玻璃中的晶粒尺寸逐渐长大,微晶玻璃试样的热膨胀系数变大,抗折强度降低。通过重复实验,考虑到试样的综合性能,确定向LAS系统玻璃中外加入0.5mol%La2O3,并采用正交设计实验,确定了适合此组分微晶玻璃的热处理制度为590℃/1h→790℃/2h。
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