（材料学专业论文）锂铝硅硼低膨胀微晶玻璃的研究.pdf

摘要 摘要 l i 2 0 a 1 2 0 3 一s i 0 2 系统微晶玻璃具有低膨胀、耐高温、耐热冲击和透明性等优 良性能，一直受到各国材料科技工作者的关注。本论文通过改变l a s 系统微晶 玻璃的基础组分，运用d t a 、x r d 、s e m 等微观结构测试方法，结合微晶玻璃 力学性能、热膨胀系数等，研究其组成、热处理制度、微观结构和性能四者之间 的相互联系和影响，通过实验确定合理的组成和热处理制度，制备具有较高力学 性能和合理晶相组成的微晶玻璃。 首先，研究了微晶玻璃中s i o z 和a 1 2 0 3 含量的变化对微晶玻璃微观结构和 性能的影响，结果表明：随a 1 2 0 3 含量的增加，微晶玻璃的晶粒尺寸明显变小， 透明性提高。较低的热处理温度与较长的热处理时间有利于形成且一石英固溶体， 温度升至8 1 0 左右时b 一石英固溶体向0 锂辉石固溶体转变，微晶玻璃的透明 性降低。 其次，利用正交试验研究锂铝硼硅微晶玻璃热处理制度对热膨胀系数的影 响，找到较好的热处理制度：核化温度7 2 0 、核化时间9 0 m i n 、晶化温度8 1 0 、晶化时间1 6 0 m i n 。因素的主次顺序为：晶化温度 核化时间 核化温度 晶化时间。 接着，对上述组分进行调整，通过改变组分中的b 2 0 3 含量和热处理制度， 研究了它们对微晶玻璃力学性能的影响。结果表明随b 2 0 3 含量的增加，熔融玻 璃的流动性变好，熔化质量提高。经处理后的微晶玻璃样品，随b 2 0 3 含量的增 加，透明性变差。当b 2 0 3 的含量超过3 时，出现比较严重的分相现象。晶化 后的微晶玻璃，热膨胀系数明显低于原始玻璃的热膨胀系数，韦氏硬度明显增强。 晶化后微晶玻璃的抗折强度变化规律性不太明显，有增也有减。 最后，在上述实验的基础上对组分进行再次调整，t i 0 2 + z r 0 2 总含量不变的 情况下，通过改变t i 0 2 与z r 0 2 的比值来研究复合晶核剂对微晶玻璃性能的影 响。结果表明：t i 0 2 和z r 0 2 晶核剂含量相同时，使得微晶玻璃的转变温度和析 晶温度都有所降低。并且1 3 石英固溶体向b 锂辉石固溶体转变的温度上升至 9 1 0 。在本实验所制备的微晶玻璃试样中，由于生成较完善的0 石英固溶体晶 相，使抗震性能明显改善。最好样品的抗热震温度高达6 5 9 1 ，其热膨胀系数 为1 1 5 1 0 。k 一1 ( 2 5 - - 4 0 0 。c ) 。 关键词：l a s b 系统微晶玻璃，热膨胀系数，热处理制度 摘要 a b s t r a c t l i 2 0 一a 1 2 0 3 一s i 0 2g l a s s - c e r a m i c s ( l a g ) a s o n eo ft h em o s t i m p o r t a n ts y s t e m g l a s s c e r a m i c sh a ss o m e e x c e l l e n tp r o p e r t i e ss u c ha sl o wt h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t ， t r a n s p a r e n c e ，t o l e r a n c ef o rh i 曲t e m p e r a t u r ea n dh e a ti m p u l s i o ne t c t h e r e f o r e ，i ta t t r a c t sm a n y a t t e n t i o n sr e c e n t l y i nt h i sp a p e r , t h ei n f l u e n c eo fh e a tt r e a t m e n ta n dc o m p o s i t i o no i ls t r u c t u r ea n d p r o p e a i e so ft h el a s bs y s t e mg l a s s - c e r a m i c sw e r ei n v e s t i g a t e db yd t a ，x r da n ds e m a n d r e l a t i o n s h i p sa m o n gc o m p o s i t i o n ，h e a t - t r e a t m e n t s ，m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e sw e r es t u d i e dt o a t t a i ns o m er e s u l t sa b o u tr e a s o n a b l ec o m p o s i t i o na n dh e a t - t r e a t m e n t sa n dh i g h - p e r f o r m a n c e g l a s s c e r a m i cs u b s t r a t e f i r s t l y ，t h ei n f l u e n c eo f v a r i o u sh e a tt r e a t m e n tt e m p e r a t u r e so ns t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f t h e g l a s s - c e r a m i c sw e r ei n v e s t i g a t e ds i m u l t a n e o u s l y t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et r a n s p a r e n c yp r o p e r t y o fg l a s s - c e r a m i c sw a se n h a n c e dw i t ht h ei n c r e a s i n go f a l 2 0 3c o n t e n t t h er e s u l t sa l s os h o wt h a t t h el o w e rt e m p e r a t u r eo fh e a tt r e a t m e n tl a k e sa d v a n t a g et of o r ml j - q u a r t zs o l i ds o l u t i o na n d i - q u a r t zs o l i ds o l u t i o ni st r a n s f o r m e di n t op - s p o d u m e n es o l i ds o l u t i o nw i t ht h ei n c r e a s i n go f t h e h e a ti r e a t m e n tt e m p e r a t u r e w h i c hl e a dt od e c r e a s ei nt h ep r o p e r t yo f t r a n s p a r e n c ya n di n c r e a s ei n t h et h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t s e c o n d l y , t h e t i n e n c eo f h e a tt r e a t m e n ts y s t e m0 1 1t h et h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n to f t h e l a s bs y s t e mg l a s s c e r a m i c sw a si n v e s t i g a t e d t h eb e t t e rh e a tt r e a t m e n ts y s t e mw a sa c h i e v e db y t h ea n a l y s i so fc r o s se x p e r i m e n tt oe a c hf a c t o ro ft h eh e a tt r e a t m e n ts y s t e m t h eb e t t e rh e a t t r e a t m e n ts y s t e mw a sn u c l e a t i o nt e m p e r a t u r e6 7 0 ，n u c l e a t i o nt i m e9 0r a i n ；c r y s t a lt e m p e r a t u r e 7 6 0 ，c r y s t a lt i m e1 2 0r a i n ，t h eo r d e ro f i m p o r t a n c eo f r e l e v a n tf a c t o r si s ：c i y s l a 1t e m p e r a t u r e n u c l e a t i o nt i m e n u c l e a t i o nt i m e c r y s t a lt i m e i ns u c c e s s i o n , t h ep r o p e rc o m p o s i t i o no f b a s eg l a s sw a ss e l e c t e d t h ei n f l u e n c eo fc h a n g i n g c o n t e n to fb 2 0 3b a s e do nt h ep r o p e rc o m p o s i t i o na n dv a r i o u sh e a tt r e a t m e n tt e m p e r a t u r e so n s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f t h eg l a s s c e r a m i c sw o r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef o r m i n g p r o p e r t yo fb a s eg l a s sw a se n h a n c e dw i t ht h ei n c r e a s eo fb 2 0 3c o n t e n t b u tt h et r a n s p a r e n c y p r o p e r t yo f g l a s s - c e r a m i c sb e c o m e sw o r s ew i t ht h ei n c r e a s eo f b 2 0 3c o n t e n t w h e nb 2 0 3c o n t e n t e x c e e d s3 g a s s - c e r a m i c sb e g i n st oa p p e a rp h e n o m e n o no fv a r i o u sc r y s t a lp h a s e s t h e r m a l e x p a n s i o nc o e f f i c i e n to fg l a s s - c e r a m i c si sl o w e rt h a nt h eb a s eg l a s s t h et o l e r a n c eb e n d i n g i n t e n s i t ya n dt h er i g d i t ya l s ow e r ei m p r o v e d f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h ea b o v ee x p e r i e n c e ，t h ep r o p e rc o m p o s i t i o no f b a s eg l a s sw a ss e l e c t e d w h e nt j 0 2 + z r 0 2i sac o n s t a n t ，t h ei n f l u e n c eo fc h a n g i n gr a t eo f t i 0 2 z r 0 2b a s e do nt h ep r o p e r c o m p o s i t i o na n dv a r i o u sh e a tt r e a t m e n tt e m p e r a t u r e so ns t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so ft h e n 摘要 g l a s s c e r a m i c sw e r ei n v e s t i g a t e d a n dt h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt r a n s f o r m a t i o nt e m p e r a t m em a d c r y s t a lt e m p e r a t u r e & r es m a l l e rw h e nl h er a t eo ft i 0 2 z r 0 2i s1 t h et e m p e r a t u r et h a t1 3 - q u a r t z s o l i ds o l u t i o ni st r a n s f o r m e di n t o1 3 - s p o d u m e n es o l i ds o l u t i o ni si n c r e a s e dt o9 1 0 。c i nt h i s e x p e r i m e n t ，g l a s s c e r a m i c ss a m p l e so fp r e p a r a t i o nh a sr a t h e rp e r f e c tc r y s t a lp h a s eo f 1 3 - q u a r t zs o l i ds o l u t i o n ，w h i c hm a k e st o l e r a n c ef o rh e a ti m p u l s i o ni m p r o v eo b v i o u s l y t h e o p t i m u mt e m p e r a t u r eo ft o l e r a n c ef o rh e a ti m p u l s i o ni s6 5 9 1 a n dt h et h e r m a le x p a n s i o n c o e f f i c i e n t i s l 1 5 1o _ k “( 2 5 4 0 0 ) k e yw o r d ：l a s bs y s t e mg l a s s - c e r a m i c s ；t h e r m a le x p a n s i o nc o e m c i e n t ；h e a tt r e a t m e n t s i l l 此页若属实。请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文牛不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获褥武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书面使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：麦亡邂日趣箜： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名： 导师签名：鲢 注：请将此声明装订在论文的目录前。 日期? 硝g 趣占臼 武汉理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 低膨胀微晶玻璃的国内外研究现状 自美国康宁公司s t o o k e y 1 】发现微晶玻璃至今已有半个多世纪，国内外许多 学者对微晶玻璃进行了大量的研究工作。微晶玻璃是通过控制玻璃的晶化而得到 的一类多晶材料，是无机非金属材料中极为重要的一族。微晶玻璃制备工艺特殊， 品种性能多样化，一直吸引着各国研究者，并成为无机非金属材料中的研究热点 之一。 l i 2 0 - a 1 2 0 3 s i 0 2 系统微晶玻璃作为微晶玻璃中的一个重要分支，近5 0 年来 对它的研究一直长盛不衰。该系微晶玻璃具有是低膨胀、耐高温、耐热冲击和透 明性等优良性能【2 】，广泛应用于天文望远镜、炊具、餐具、高温电光源玻璃、实 验室用加热器具、高温热交换器、代石英玻璃、高温窗、雷达天线罩等众多领域 吲。正是由于该体系微晶玻璃具有广泛的用途，所以一直受到国l 勾j b 材料科技工 作者的关注与重视。 国外从二十世纪5 0 年代就开始锂铝硅微晶玻璃的研究，s a c k 与s c h e i d l e r 、 b e a l le t a l 、s t e w a r t 、p e t z o l d t 、m u l l e r 、b e a u 和y u n - m os u n g l 4 , 5 7 ，8 , 9 j q 等人都对 锂铝硅微晶玻璃的研究做出了重要的贡献。目前，在世界范围内，锂铝硅微晶玻 璃主要的产品品牌及生产厂家有：v i s i o n ( c o m i n g ，u s a ) 、z e r o d u r ( s c h o r t g e r m a n y ) 、n a r t t m i ( n i p p o ne l e c t r i cg l a s s j a p a n ) 、n e o e e r a mn o f n i p p o n e l e c t r i cg l a s s j a p a n ) 、c e r a n ( s c h o t t g e r m a n y ) 、c o m i n gw a r e ( c o m i n g u s a ) 、 c e r c o r ( c o m i n g u s a ) 和n e o c e r a m n 一11 ( n i p p o ne l e c t r i cg l a s s j a p a n ) 等。上述各 厂家的微晶玻璃的成分不尽相同，且各有特点。 国内对锂铝硅微晶玻璃的研究虽然起步较晚，但也取得了不少成绩。如上海 玻璃厂生产的v - 0 1 和v - 0 2 就具有较好的物理性能( 3 】。武汉理工大学国际玻璃研究 中心对锂铝硅微晶玻璃进行了系统的研究，已经实验出热膨胀系数a a 5 3 a 5 2 。因此，它们的透明性规律应该为a 4 核化温度 晶化时间，因此晶化温度和核化时间对热膨胀系数的影响较大。由 图2 可以确定其最佳热处理工艺参数为：7 2 0 、9 0 m i n 、8 1 0 c 、1 6 0 m i n 。根据 此热处理条件制备的微晶玻璃的热膨胀系数比较低，热膨胀系数应小于a 7 的热 垫堡型三盔兰堡兰堂堡垒皇 膨胀系数9 5 1 0 k 。 盆 二、 b 广 一 赧 幅 婪 迪 口 宁 宝 v 轻 幅 餐 婪 6 7 0 鲫叨7 0 07 - 1 0 谧 核化温度( ) 彻7 7 07 8 0 御黜8 , 1 0 晶化温度( 日 互 b v 辅 蛹 型 渣 辗 仰1 1 0 伍伽1 4 0 佃 核化时间( 1 t 曲 1 m瑚1 4 01 6 0 晶化时间( n f i n ) 图4 - 2 不同热处理制度下的膨胀系数 4 3 热处理制度对主晶相及显微结构的影响 4 3 1x 射线衍射分析图 图4 3 是不同热处理制度下的微晶玻璃试样的x 射线衍射图。由图中可以 看出，a 3 、a 5 、a 7 、a 8 样品的主晶相是0 锂辉石固溶体，a 6 、a 9 样品的主 晶相为1 3 石英固溶体。a 7 的衍射峰的强度比a 5 、a 3 、a 8 强。这是由于a 7 的 晶化核化温度较高，1 3 一锂辉石国溶体结晶比较完善。从表4 3 中热膨胀系数可 以看出a 7 的热膨胀系数明显小于其它样品，这是其它中晶相含量较低缘故。a 6 、 a 9 样品的晶化温度都较低，热处理过程中没发生1 3 石英固溶体向0 锂辉石固 溶体转变，其主晶相为1 3 一石英固溶体，故a 6 、a 9 样品透明。但是由于a 6 、a 9 样品的晶化时间都较短，生成的b 石英固熔体晶相有限，样品中还有不少玻璃 柏存在。$ 石英圈溶体晶相的热膨胀系数是负的，玻璃的热膨胀系数是正的， i & & & 5 重4 a 一鼍毛_ i v 籁嘹避避 n n 撼最n 点他m m n 武汉理工大学硕士学位论文 玻璃相与b 一石英固溶体共存于微晶玻璃中，因为次样品中玻璃相较多，样品的 热膨胀系数相对较高 g , 9 1 。 1 02 0 3 04 05 06 0 20 。 ip 一4 ：1 受网培仟 b 一悝辉石固熔体 竺一 一 _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ - - - - j - - _ - - - - - a 6 。 - - - _ 怕 j l o2 03 04 0 5 06 0 20 。 4 3 2 扫描电镜分析 图4 - 3 微晶玻璃试样的x 射线衍射图 图4 - 4 是微晶玻璃试样的扫描电镜照片。从图中可以看出，a i 、a 6 、a 9 的晶粒尺寸都比较小，热处理后的样品都透明，这是由于这三种热处理制度的晶 化温度都较低，晶粒没过分长大。a 3 、a 7 晶粒尺寸都比较大，热处理后的样品 失透，晶化温度较高，结晶较完善，膨胀系数较小。a 4 的晶粒尺寸介于a l 、 a 6 、a 9 和a 3 、a 7 之间，晶化温度也介于之间，半透明。a 3 和a 7 样品的晶化 温度均为8 1 04 c ，但a 3 玻璃样品的热膨胀系数高于a 7 玻璃样品的，a 3 的核化 武汉理工大学硕士学位论文 温度6 7 0 ，比较低，其成核数量有限，晶粒尺寸较大，经晶化后生成的晶相偏 少，这使得其热膨胀系数较高。 4 4 本章小结 图4 - 4 微晶玻璃试样的s e m 图 通过d t a 曲线和正交试验研究锂铝硼硅微晶玻璃热处理制度，得到较好的 热处理制度为：核化温度7 2 0 、核化时间9 0 r a i n 、晶化温度8 l o 、晶化时问 1 6 0 m i n 。因素的主次顺序为：晶化温度 核化时间 核化温度 晶化时间。经 武汉理工大学硕上学位论文 x r d 分析可知，微品玻璃的主晶相8 一石英固溶体与p 锂辉石固溶体，热处理制 度不同，主晶相的种类和结晶程度都有所不同，并会对微晶玻璃的透明性能及热 膨胀性能产生影响。随温度升高晶粒长大，b 一石英固溶体有向b 一锂辉石固溶体 转变的趋势。 武汉理工大学硕士学位论文 第五章硼对锂铝硅系统微晶玻璃 有关性能的影响 本章在l i 2 0 一a 1 2 0 3 一s i 0 2 系统微晶玻璃的基础上引入b 2 0 3 ，研究b 2 0 3 的改变 对微晶玻璃结构和性能的影响，研制具有较低的熔制温度的基础玻璃的组分，并 找出了具有良好性能和比较经济的微晶玻璃热处理制度。在熔制过程中b ，0 3 挥 发问题也是一个很重要得问题，硼挥发在熔化过程中造成玻璃成分的的变化必须 多引入2 0 左右的氧化硼。 b 0 4 与 s i 0 4 共同组成结构网络时，使网络完整性和 紧密程度增加，因此此类玻璃具有许多优良的性能：如良好的热稳定性和化学稳 定性、机械性能和工艺性能好、优良的光学性能等1 2 3 ，”】。本章以l i 2 0 - a 1 2 0 3 一s i 0 2 一 b 2 0 3 系统为研究对象，通过改变组分中的b 2 0 3 含量和热处理制度，研究了它们 对微晶玻璃力学性能的影响。 5 1 样品制备 玻璃的化学成分表如下： 表1 样品的成分设计( 州) 注：s b 2 0 3 为外加剂。 b 2 0 3 含量的变化对玻璃熔化的影响。从熔化的温度上来看，随b 2 0 3 含量的 增加，熔融玻璃的流动性变好，融化质量提高。 对b 1 、b 2 、b 3 、b 4 、b 5 组整体来看，b 4 、b 5 组熔化情况较b 1 、b 2 、b 3 组要好，这其中主要原因是b 4 、b 5 组份中含有较多b 2 0 3 的原因。b 2 0 3 能显著 降低玻璃的粘度。从熔化情况来看，总体效果较好，未发现有结石。说明在1 5 7 0 0 c 下保温4 h 的工艺参数对本系统的玻璃是可行的。 武汉理工大学硕士学位论文 5 2 实验结果与讨论 5 2 。1d t a 曲线分析 图5 - 1 是b 3 样品差热曲线。由图中可以看出，在6 7 0 。c 附近有吸热峰出现， 在8 0 0 附近有放热峰出现。由于热滞后效应，实际的放热峰温度要比d t a 曲 线线上所示的温度低2 5 左右。以此为基础结和有关资料确定玻璃的熟处理制 度如下：制度一：核化温度6 7 0 ，1 2 0 m i n 晶化温度7 5 0 ，1 2 0 m i n ；制度二： 核化温度6 7 0 ，1 2 0 r a i n 晶化温度7 7 0 ，1 2 0 r a i n ；制度三：核化温度6 7 0 ， 1 2 0 r a i n 晶化温度7 9 0 ，1 2 0 r a i n ；制度四：核化温度6 9 5 ，1 2 0 m i n 晶化温度 7 7 0 ，1 2 0 m i n ；制度五：核化温度7 2 0 ，1 2 0 r a i n 晶化温度7 7 0 ，1 2 0 m i n 。 8 0 0 8 0 00 0 04 口口8 0 01 t e m p r a t u r e 图5 - 1b 3 样品差热曲线 表5 2 玻璃样品经过不同热处理制度后的微晶玻璃的透明性 备注： t 代表透明性，由于样品的量比较少，样品切成了长条状，不能定精地测试 透光率，故对肉眼宏观看到的透光情况进行描述。t 共分为五个等级：透明i ，较 透明i i - ，半透明一i ，透明性较差，不透明一v 。 武汉理工大学硕上学位论文 从表中可以看出：b 1 、b 2 的透明性较好，b 3 、b 4 、b 5 透明性都较差。随 着b 2 0 3 引入量的增加，透明性逐渐变差。 5 2 2x 衍射分析( x r d ) 图5 2 为b 组微晶玻璃试样的x 衍射图谱。 l ia 1 ，s i tx 0 2 b 4 3 。j 、，。j l 。 b 5 2 。 b 3 2 - - _ _ _ 一 。 i。 b 1 2 i 3 0加 5 d 2o ( o ) a u a t , s i ，a b 3 5 _ r h _ 棚l 一 竺_ _ - - 一、h 一、。、，。j l “ _ * _ 一- - - 一、。，。k 。“ 图5 2 晶玻璃试样的x 射线衍射图 由图5 - 2 可以看出，全部样品的主晶相均为l i x a l ，s i l x 0 2 ，但是衍射峰的强 度各不相同。在同样的热处理制度条件下，b l ，b 2 样品的衍射峰明显比其它样 品的衍射蜂强。从b 1 2 、b 3 2 、b 5 2 与b 1 4 、b 2 4 、b 5 4 的衍射峰明显看出，后眷 的衍射峰比较前者强。它们的唯一区别在于后三者的核化温度比较高。这说明在 其它条件不变的情况下，较高的核化温度有利于晶体形成，晶相在试样中的含量 提高，在x 射线衍射图表现为衍射峰比较强。随着氧化硼含量的增加，生成 武汉理工大学硕士学位论文 l i x a l 。s 弧0 2 晶相逐渐变少，这是由于添j f | 氧化硼容易产生玻璃的分相现象，生 成主晶相就会减少。主晶相l i 。a l 。s i l x 0 2 是透明的，生成的透明晶相减少，会使 透明性下降。从表5 2 中也可看出随着氧化硼含量的增加微晶玻璃试样的透明性 降低，说明微观结构和宏观现象是一致的。 5 2 3 扫描电镜分析( s e h ) 图5 - 3 是微晶玻璃试样的扫描电镜照片。 图5 3 微晶玻璃试样的扫描电镜照 从图中可以看出，在试样中明显地析出了颗粒状晶体。由x 射线衍射可以 判断出它们的主晶相都是“x a l 、s i l - x 0 6 ，但是随着热处理制度的不同，它们的晶 体颗粒大小有着明显的区别。b 1 2 、b 3 2 、b 1 4 、b 5 4 、b 3 5 、b 5 5 试样晶粒尺寸 武汉理工大学硕士学位论文 约为0 0 5 0 2 “m 、0 0 8 o 2 5p a n 、0 0 5 o 1p a n 、0 i o ，2 5 m 、o 0 7 o2u m 、 0 0 5 o 1p m 。 b 1 2 与b t 4 为同一基础玻璃组分，两者的区别在于前者的核化温度在6 7 0 。c ， 而后者的核化温度在6 9 5 。c ，核化温度的升高使得晶核数目增多，在相同的晶化 条件下，生成的晶粒尺寸就较小，透过率上升，透明性变好。同理，b 5 4 与b 5 5 也属于这种情况。这与以前此类课题的研究结果相符，即晶粒越小，透明性越好。 b 1 2 与b 3 2 、b 1 4 与b 5 4 、b 3 5 与b 5 5 试样同为相同的热处理制度，但是基础玻 璃组分不同。它们的晶粒大小相差不大，说明随氧化硼含量的增加，对晶粒尺寸 的影响不是很大。由于硼氧化硼含量的增加，玻璃产生的分楣现象使彳导透明性降。 5 2 4 微晶玻璃的热膨胀及透明性能分析 图5 - 4 是微晶玻璃的热膨胀系数图。 q 2 一 螽 谣 邕 蛰 瘴 1 0 罾 b v 辐 瞄5 姿 蛩 温度，( ) 糊( ) 鼍 2 v 强 瞩 堂 鼙 互 ) b _ 一 v 瓤 隅 崔 琏 ”删( 谬 温剧( ) 图5 - 4 微品玻璃的热膨胀系数圈 由图中可以看出，在6 0 0 。c 以前各试样的热膨胀系数依次为：b 1 4 = 1 0 1 1 0 7 厂 一 武汉理t 大学硕士学位论文 k ：b 2 4 = 9 7 1 0 7k ；b 4 4 = 1 0 2 1 0 。k ；b 1 5 = 8 5 1 0 。k 。基础玻璃的热 膨胀系数都在4 2 5 5 1 0 。7k 。之阊。以此为基础结合表5 2 从组分和制度一卜对 微晶玻璃的热膨胀性能进行分析，由表5 - 2 可知经过晶化以后的微晶玻璃，热 膨胀系数明显降低，低于原始玻璃的热膨胀系数。对b 1 样品，在制度五下热膨 胀系数小于在制度四下的热膨胀系数。在制度四和制度五相比，制度五的核化温 度比制度四高2 5 。c ，其它条件都一样。说明较高的核化温度有利于生成更多的 晶体，使得晶相在试样中的百分含量增加，微晶玻璃的热膨胀系数降低。在制度 四下，b 1 、b 2 、b 4 样品的热膨胀系数相差不大，说明随氧化硼含量的增加，热 膨胀系数变化不明显。随氧化硼含量的增加，透明性降低，且透明性随晶化温度 的上升而下降。在五种热处理制度下，b 1 与b 2 样品的透明性都比较好。b 3 、 b 4 、b 5 样品的透明性比较差。当氧化硼的含量超过3 时，热处理后的样品出 现分相现象。当氧化硼的含量达到5 时，热处理后的样品出现严重分相现象， 有些样品甚至出现微裂纹。 5 。2 5 组分及热处理制度对抗折强度的影响 表5 - 3 玻璃样品经过不同热处理制度后的微晶玻璃的抗折强度( m p a ) 从上表5 3 可以看出，随晶化温度的增加，微晶玻璃试样的抗折强度明显增 强。随氧化硼含量的增加，抗折强度先减小后增大，当氧化硼的含量超过3 时， 随氧化硼含量增加微晶玻璃的试样抗折强度逐渐减小。胡安民，肖静等【”2 j 认 为在l i 2 0 a 1 2 0 3 s i 0 2 系统微晶玻璃中，当氧化硼的含量超过1 时，会有不良作 用，本数据与他们的研究结果相一致。y u r t - m o s u n g 等i l o 】研究该系统微晶玻璃时， 氧化硼的添加量为3 ，制各出了较好力学性能微晶玻璃。从上表也可反映出他 们组分选取的合理性。 图5 - 5 表明，随核化温度的增加，微晶玻璃试样的抗折强度先增大后减小。 随氧化硼含量的增加，抗折强度也是先减小后增大。b 5 组分的抗折强度比较小， 是由于氧化硼含量的过多，晶化时分相严蕈，在试样的表面有裂纹出现，裂纹商 武汉理工大学硕士学位论文 接导致了抗折强度的下降。 墨1 4 0 划1 2 0 黑 辖1 0 0 蜒 7 5 07 6 07 7 07 8 07 9 0 晶化温度 图5 - 5 不同热处理制度下各试样的抗折强度 5 2 6 组分及热处理制度对微晶玻璃硬度的影晌 由表5 4 中的显微硬度数据可以看出，晶化后的样品的显微硬度均比晶化以 前的显微硬度有所提高。这是由于在晶化的过程中，晶体的形成，使晶体的内部 结构发生变化，致密性加强，强度增加，因而显微硬度增加。另外，微晶玻璃的 显微硬度都在5 5 0 以上，说明其有较高的显微硬度。在表中b 5 组分样品中有几 个数据甚至小于基础玻璃硬度，这是因为b 5 组分的微晶玻璃在处理后分相情况 严重，有些样品甚至出现了微裂纹，微裂纹的出现直接导致了硬度的急剧下降。 己 柏 量趟蒋鞲辗 武汉理 大学硕上学位论文 b 5 5 样品的硬度最大，这是由于虽然b 5 5 样品 = 出现厂裂纹，但是硬度的仅是菜 一点的硬度，没裂纹处的硬度不受影响。 表5 4 玻璃样品经过不同热处理制度后的微晶玻璃的韦氏硬度 6 7 0oe 7 1 ：1 1 17 1 07 核化温度 c 图5 5 不同热处理制度下各试样的抗折强度 从图5 - 6 上可以看出，随着核化温度的升高，韦氏硬度明显增强。核化温度 为7 2 0 时，韦氏硬度达到最大值。 5 3 本章小结 1 、在本实验范围内，随b 2 0 3 含量的增加，熔融玻璃的流动性变好，融化 质量提高。经处理后的微晶玻璃样品，随b 2 0 3 含量的增加，透明性变差。当 b 2 0 3 的含量超过3 时，出现比较严重的分相现象。 2