高强度Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)体系微晶玻璃研究进展

Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(LAS)体系微晶玻璃因具有优异的力学性能和光学性能,近年来得到了广泛应用。本文针对LAS微晶玻璃的析出晶相、制备工艺和应用进行了介绍。鉴于当前对高硬耐划玻璃材料的迫切需求,重点阐述了LAS微晶玻璃强韧化技术和表面增强方法的研究进展,对今后研发高强度LAS微晶玻璃具有重要指导作用。

Na_(2)O对锂铝硅微晶玻璃析晶及性能的影响

采用熔融法制备了不同Na_(2)O含量的透明锂铝硅微晶玻璃,通过DSC、XRD、FESEM等测试方法研究了不同Na_(2)O含量对玻璃析晶及性能的影响。结果表明:Na_(2)O的引入能显著降低玻璃的转变温度和析晶温度,抑制LiAlSi_(4)O_(10)晶相的析出。但Na_(2)O的引入促使微晶玻璃中析出Li_(2)Si_(2)O_(5)新相,并且随着Na_(2)O引入量的增加,Li_(2)Si_(2)O_(5)转变为主晶相。由于晶体尺寸均为纳米级,主晶相的转变对透过率影响较小,微晶玻璃的可见光透过率均高于85%。主晶相的转变有效增强了微晶玻璃的机械性能,其弯曲强度由300 MPa提升至331 MPa。Na_(2)O的引入有效增强了Na-K交换,Na_(2)O含量为4%(质量分数)的Li 2O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)微晶玻璃在410℃的KNO_(3)熔盐中交换6 h后,维氏硬度由7.108 GPa提升至7.403 GPa,弯曲强度由331 MPa提升至470 MPa。

热处理工艺对低膨胀微晶玻璃性能的影响

本文采用小尺寸规格样品通过XRD及膨胀系数测试研究了不同热处理工艺对Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系统低膨胀微晶玻璃晶相及膨胀系数的影响。研究发现,当升温速率一定时,随着保温时间延长,膨胀系数先升高后趋于稳定,其中在“升温速率24℃/h、790℃保温120h”的热处理工艺下,所得样品具有更接近零的膨胀系数。

超低膨胀微晶玻璃发展现状及应用

超低膨胀微晶玻璃是在Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系玻璃的基础上经过严格的受控晶化,在母体玻璃中析出以β-石英固溶体为主晶相的微晶玻璃材料。由于具有极低的热膨胀系数,以及优异的热稳定性、化学稳定性和力学性能,超低膨胀微晶玻璃在诸多领域得到了广泛应用。本文综述了超低膨胀微晶玻璃的组成、制备方法、国内外研究历程及发展现状、应用,指出了目前生产超低膨胀微晶玻璃存在的问题和国产超低膨胀微晶玻璃与国际顶尖产品存在的差距,以及国产超低膨胀微晶玻璃今后的发展方向。

锂铝硅透明微晶玻璃析晶动力学研究

本文利用经典方程(Johnson-Mehl-Avrami)分析了非化学计量的锂铝硅Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-ZrO_(2)-P_(2)O_(5)透明微晶玻璃的析晶动力学,采用DSC、XRD和SEM研究了晶化温度对玻璃析晶行为的影响。结果表明:在较低的起始析晶温度下Li_(2)Si_(2)O_(5)和Li_(2)SiO_(3)析出,随晶化温度的升高,主晶相转变为LiAlSi_(4)O_(10),Li _(2)SiO_(3)晶相消失,晶体尺寸变小,在550 nm处微晶玻璃透过率由89.3%升高到90.6%;利用Kissinger方法计算出的Li_(2)Si_(2)O_(5)和LiAlSi_(4)O_(10)的析晶活化能分别为349.5 kJ/mol和184.2 kJ/mol,平均晶体生长指数分别为3.05和1.42。

超低膨胀微晶玻璃热处理工艺优化研究

采用熔融法制备了Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系透明玻璃,以TiO_(2)、ZrO_(2)和P_(2)O_(5)为复合晶核剂对该玻璃进行热处理,获得了超低膨胀微晶玻璃。采用正交试验研究了热处理工艺参数对微晶玻璃热膨胀系数的影响,并通过计算分析获得了最优的热处理工艺参数,即核化温度为600℃,核化时间为3 h,晶化温度为820℃,晶化时间为5 h。在此热处理工艺制度下获得的微晶玻璃主晶相为β-石英固溶体,热膨胀系数为1.6×10^(-8)℃^(-1)。采用差热分析、X射线衍射分析、扫描电子显微镜分析、透射电子显微镜分析等手段研究了微晶玻璃的析晶情况和微观结构,并进一步分析了热处理工艺与微晶玻璃热膨胀性能和微观结构之间的对应关系。结果表明,微晶玻璃的热膨胀系数由晶相种类和含量决定,微晶玻璃内部晶相的尺寸和含量与热处理工艺密切相关。

锂铝硅盖板玻璃分相与析晶的研究

通过熔融法制备了Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(LAS)系基础玻璃,采用梯温炉法、XRD和SEM等测试方法对玻璃析晶性能、相组成和微观结构进行分析。结果表明:玻璃失透的主要原因为玻璃分相,与Li^(+)的积聚作用有关,且分相机理属于成核-生长分相。随着ZnO含量的增加,Zn^(2+)的极化作用越发显著,玻璃析晶趋势增强,促进了LiAlSi_(2)O_(6)晶相从玻璃中析出,同时玻璃失透由分相和析晶共同作用造成。但ZnO的加入并未改变该LAS系原有的晶相种类。

低膨胀锂铝硅微晶玻璃烧结-析晶行为与性能研究

本文采用烧结法制备了低膨胀Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(LAS)微晶玻璃,研究了ZnO部分取代Li_(2)O对LAS微晶玻璃显微结构、烧结行为、析晶行为和性能的影响。结果表明,ZnO取代Li_(2)O降低了LAS微晶玻璃起始析晶温度,LAS微晶玻璃在800℃保温10 min时便有大量Li_(2)Al_(2)Si_(3)O_(10)晶相析出,阻碍了玻璃的烧结收缩,而不含ZnO的LAS微晶玻璃在800℃析晶缓慢,有利于烧结致密化。当烧结温度为1100℃时,微晶玻璃的主晶相均为β-锂辉石,其中不含ZnO的LAS微晶玻璃热膨胀系数为1.747×10^(-6)K^(-1),抗弯强度为138.4 MPa,介电常数为3.52,介电损耗为0.0016。