含纳米晶硼铝硅透明玻璃陶瓷晶化热处理制备毕业论文.doc

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1、 编号 毕业设计（论文）题目 含纳米晶硼铝硅透明玻璃陶瓷晶化热处理制备 二级学院 材料科学与工程学院 专 业 材料科学与工程 班 级 109090304班 学 生 * 学 号 10909030408 指导教师 评阅教师 时 间 2013-6-1 目 录摘要 .1Abstract11.概述21.1透明玻璃陶瓷及其应用21.2透明玻璃陶瓷的主要制备方法21.3本课题的研究目的41.4本课题研究内容和主要研究方法42.实验52.2性能检测83结果与分析143.1 热分析（DSC）143.2 晶化行为163.3 微观形貌分析203.4光学性能224结论26致谢27参考文献27文献综述30含纳米晶硼铝硅

2、透明玻璃陶瓷晶化热处理制备30 摘 要 本文主要研究了在玻璃中烧制过程中氧化硼和氧化铝含量的改变，对其结构和光学性能、物理性能的影响。利用紫外分外光度计法、热分析法，对玻璃样品的透光性能、透光性能进行了表征。结果表明，随着氧化硼增加氧化铝减少，其截止波长向长波方向移动。这证明随着氧化铝含量的增加，其结构致密化、电子数量增大、非桥氧数量增加。关键字：结构 光学性能 物理性能 影响Abstract This paper mainly studies the firing of boron oxide and alumina content in the process of the change

3、in the glass, and its influence on the structural and optical properties, physical properties. Using ultraviolet particularly photometric method, thermal analysis, optical transmission, light transmission properties of the glass samples were characterized by. The results show that, with the increase

4、 of the boron oxide of alumina to reduce, the cut-off wavelength is shifted to longer wavelength. This proves that with increase of alumina content, its structure compact, electronic quantity increase, the number of non-bridging oxygen increase.Keywords: structure optical properties physical propert

5、ies effect1.概述1.1透明玻璃陶瓷及其应用何谓透明陶瓷呢？陶瓷玻璃是玻璃在催化剂或晶核形成剂作用下结晶而成的多晶的新型硅酸盐材料，为晶相和残余玻璃相组成的质地致密、无孔、均匀的混合体。通常晶体的大小可自纳米至微米级，晶体数量可达50%90%。具有高机械强度，低电导率，高介电常数，良好的机械加工性能，耐化学腐蚀性、热稳定性等。这些性能取决于晶体种类、数量，以及剩余玻璃相的组成和性能，并和晶化条件等密切相关。按成核或晶化处理不同分为光敏和热敏微晶玻璃等。它对原料以及制造工艺的要求相当严格，例如，原料必须要有很高的纯度和粒度，因此透明陶瓷的价格非常昂贵，是现代陶瓷中的高级制品1。透明陶瓷

6、的用途十分广泛，在机械工业上可以用来制造车床上的高速切削刀，汽轮机叶片，水泵，喷气发动机的零件等；在化学工业上，可以用作高温耐腐蚀材料以代替不锈钢等；在国防军事上，透明陶瓷又是一种很好的透明防弹材料，还可以做成导弹等飞行器头部的雷达天线罩和红外线整流罩等；在仪表工业上，可用作高硬度材料以代替宝石；在电子工业上，可以用来制造印刷线路的基板和镂板；在日用生活中，可以用来制作各种器皿、瓶罐、餐具等等2。总之，透明陶瓷几乎在许多现代科学技术领域和日常生活中都有用武之地，其品种之多，本领之高，用途之广，都表明透明玻璃陶瓷在陶瓷工业中占据着越来越重要的地位。1.2透明玻璃陶瓷的主要制备方法 透明陶瓷的制造

7、是有意识地在玻璃原料中加入一些微量的金属或者化合物（如金、银、铜、铂、二氧化钛等）作为结晶的核心，在玻璃熔炼、成型之后，再用短波射线（如紫外线、X射线等）进行照射，或者进行热处理，使玻璃中的结晶核心活跃起来，彼此聚结在一起，发育成长，形成许多微小的结晶，这样，就制造出了玻璃陶瓷3。 玻璃陶瓷的合成方法有熔融法、烧结法和溶胶-凝胶法。1.2.1熔融法玻璃陶瓷的合成最早使用的就是熔融法，现在仍然广泛使用。其工艺过程为：将各种原料及添加剂混合均匀制成混合料，于高温下熔融，均化后将玻璃熔体成型，经退火后在一定温度下进行核化和晶化，以获得晶粒细小均匀且整体析晶的玻璃陶瓷制品4。熔融法的最大特点是可沿用任

8、何一种玻璃的成型方法来成型制品，如压制、压延、吹制、拉制、浇铸等：与通常的陶瓷成型工艺相比，适合合成形状复杂、尺寸精密的制品，便于机械化、自动化生产：制品致密度高，组成均匀，无气孔。但该法熔制温度较高，而且获得的玻璃陶瓷晶相的数量取决于基质玻璃的整体析晶能力和热处理过程5。熔融法合成玻璃陶瓷的工艺路线如图1所示 。1.2.2 烧结法传统的熔融法合成玻璃陶瓷存在一定的局限性，如玻璃融资温度偏高，热处理时间长，而烧结法则能克服这些缺点。烧结法合成玻璃陶瓷的基本工艺流程为：配料-熔制-水淬-粉碎-过筛-成型-烧结-加工6。将玻璃熔体水淬、磨细后得到玻璃粉末，筛分分级后将玻璃粉末制成生胚；再在一定的温

9、度下烧结，随炉冷却得到样品。烧结法的特点是基础玻璃的熔融温度比熔融法低，熔融时间短；由于玻璃粉末具有较高的比表面积，比熔融法制得的玻璃更易析晶，不必使用核化剂。另外，烧结法合成的玻璃陶瓷易产生气泡。目前烧结法研究较多的有堇青石、顽辉石和锂铝系玻璃陶瓷7。1.2.3 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法技术是低温合成材料的一种新工艺，它最早是用来合成玻璃的，但最近十年来，一直是玻璃陶瓷等先进材料合成技术研究的热点。其原理是将组成元素的金属无机或有机化合物作为先驱体，经过水解形成凝胶，这些凝胶经过烘干成为玻璃粉末并成型，再在较低温度下进行烧结，形成玻璃陶瓷8。同熔融法和烧结法相比，其优点为：在材料合成的初期就

10、进行控制，材料的均匀性可以达到纳米级甚至分子级水平，因此可获得均质高纯材料；该法合成温度比传统方法大为降低，能有效防止某些组分发挥并减少污染，可合成出成分严格符合设计要求的玻璃陶瓷9；可扩展基质玻璃的组成范围，合成传统方法无法获得的或不能形成玻璃的系统，合成具有高液相组成的玻璃陶瓷以及具有高温、高强、高韧性等特殊性能的高新技术材料；较容易合成包含高度分散的极细小第二相粒子的复相材料，甚至合成出一维第二相（晶须）复相材料。缺点是成本高、周期较长；凝胶法在烧结过程中收缩交大，制品易变性10。1.3本课题的研究目的 本课题的实验目的是改变氧化硼和氧化铝的含量，测试烧成样品的透光率、硬度对硅酸盐玻璃的

11、透光性能、力学性能、玻璃结构、硬度等物理性能的影响，分析出氧化铝和氧化硼对硅酸盐玻璃的影响机理，找到合适的比例得出最佳玻璃陶瓷配方。1.4本课题研究内容和主要研究方法研究内容：通过在玻璃配料中改变氧化铝和氧化硼的比例，研究不同比例的氧化硼和氧化铝对硅酸盐玻璃的透光性能、玻璃结构等物理性能的影响，从而分析出氧化硼和氧化铝对硅酸盐玻璃的影响机理。主要研究方法：采用红外光谱、紫外/可见分光光度计对试样进行透光性能、玻璃结构等性能进行表征11。2.实验2.1试样制备2.1.1实验仪器表1：实验仪器 名称型号生产厂家精密天平JA5103N上海民桥精密科学仪器有限公司电热恒温鼓风干燥箱DHG-9053A上

12、海精宏实验设备有限公司罐磨球磨机GMJ1B咸阳金宏通用机械有限公司高温炉SX2-5-16武汉亚华电炉有限公司中温炉SX2-4-10重庆华能电炉耐火材料厂傅里叶红外光谱仪Nicolet1s10天津市新天光分析仪器技术有限公司智能超声波清洗器DL-360E上海之信仪器有限公司紫外可见分光光度计723N北京普析通用仪器有限责任公司除了以上的大型仪器外，实验过程中还会用到如下的一些小型实验器材：铁质磨具，陶瓷坩埚，合金坩埚，玻璃烧杯，砂纸，滤纸，塑料罐，玻璃棒等。2.1.2原材料各试剂含量如表2所示：表2：实验原料 名称纯度（%）生产厂家氧化硅99成都市科龙化工试剂厂氢氧化铝35浙江温州市东升化工试剂

13、厂碳酸钠99.8上海虹光化工厂碳酸锂99成都市科龙化工试剂厂氟化钙98.5成都市科龙化工试剂厂氧化硼98成都市科龙化工试剂厂氧化锌99成都市科龙化工试剂厂2.1.3制样方法实验的初始数据如表3所示：表3：实验初始数据 名称氧化硅氧化硼氧化铝氧化锌氧化钠（碳酸钠）氧化锂（碳酸锂）氟化钙摩尔含量SiO2B2O3Al2O3ZnONa2OLi2OCaF2分子量 60x 15-x 3.5 15 24.5由于各试剂的含量并不是100%纯试剂，且有的试剂只能通过加热高温制取，则根据表3所列的实验室所拥有的试剂的百分含量计算出各试剂添加质量如表4、表5、表6、表7所示： 表4：1#试样试剂含量 名称氧化硅氧化

14、硼氧化铝（氢氧化铝）氧化锌氧化钠（碳酸钠）氧化锂（碳酸锂）氟化钙分子式SiO2B2O3Al2O3ZnONa2OLi2OCaF2摩尔含量601053.51524.5实际质量60.83611.9537.284.8126.652.55.96 表5：2#试样试剂含量 名称氧化硅氧化硼氧化铝氧化锌氧化钠（碳酸钠）氧化锂（碳酸锂）氟化钙分子式SiO2B2O3Al2O3ZnONa2OLi2OCaF2摩尔含量601233.51524.5实际质量66.3815.6424.45.2529.082.736.5 表6：3#试样试剂含量 名称氧化硅氧化硼氧化铝氧化锌氧化钠（碳酸钠）氧化锂（碳酸锂）氟化钙分子式SiO2B

15、2O3Al2O3ZnONa2OLi2OCaF2摩尔含量601413.51524.5实际质量73.0320.088.955.7831.993.07.15 表7：4#试样试剂含量 名称氧化硅氧化硼氧化铝氧化锌氧化钠（碳酸钠）氧化锂（碳酸锂）氟化钙分子式SiO2B2O3Al2O3ZnONa2OLi2OCaF2摩尔含量62.1991413.62815.5492.0731实际质量79.04921.7383.3916.25634.6343.251.661试样代号和试样类型如表8所示：表8：试样代号 试样代号试样类型1# 10%的氧化硼和5%的氧化铝2# 12%的氧化硼和3%的氧化铝3# 14%的氧化硼和1

16、%的氧化铝4# 14%的氧化硼和1%的氧化铝、1%氟化钙制备过程：(1) 配料：表4、5、6、7列出的各组成分用精密天平配制出试样料。(2) 配出四份试样：按照表4、5、6、7配出4份试验的料,分别装入标号为1、2、3、4的塑料袋。(3) 干燥试样：因为试样水分过多，将试样放到电热恒温鼓风干燥箱中干燥2个小时。(4) 球磨试样：配制出四份试样后，将其装入大型塑料罐中，并挑一些大中小氧化锆小球（大中小大约各占三分之一），将其装入塑料罐中，粉末和氧化锆小球大约占整个塑料罐体积的三分之二，最后将塑料罐放到罐磨球磨机中搅拌2个小时。(5) 熔制玻璃：将配置的粉末倒入坩埚中，放到高温炉中，将高温炉的程序

17、自动设为：2小时内升至1400摄氏度保温2个小时取出将溶液倒入磨具中压制成型将成型的玻璃放入坩埚中(6) 冷却：将中温炉预升为600摄氏度，将压制成型的玻璃放入热处理一小时，然后随炉冷却。(7) 装袋编号：将玻璃放入袋中，将其编号。每种试样都是按照以上程序实行，熔制为玻璃装袋后，其四种试样分别编号为：1,2,3,4配料配出四份试样干燥试样球磨试样熔制玻璃装袋编号冷却图1：实验步骤流程图 2.2性能检测 在接下来的检测过程中，对应不同热处理的样品标注统一规定为 代号-温度-处理时间，例如1-600-3h 表示1号（10%的氧化硼和5%的氧化铝）样品在600退火1小时候经过3小时的600度恒温热处

18、理。2.2.1热分析（DSC） 测试目的：用origin作DSC图，并读出各组分玻璃的玻璃转变温度Tg、成核温度Tn、晶体长大温度Tc，说明不同掺杂物对这些温度值的影响。 测试原理：将有物相变化的样品和在所测定温度范围内不发生相变且没有任何热效应产生的参比物，在相同的条件下进行等温加热或冷却，当样品发生相变时，在样品和参比物之间就产生一个温度差。放置于它们下面的一组差示热电偶即产生温差电势UT，经差热放大器放大后送入功率补偿放大器，功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流，使样品和参比物之间温差趋于零，两者温度始终维持相同。此补偿热量即为样品的热效应，以电功率形式显示于记录仪上12。 所用仪器：

19、名称：同步TG-DSC热分析仪 型号：STA 449 F3 厂家：耐驰(上海)机械仪器有限公司制样方法：装样的原则是尽可能使样品均匀、密实分布在样品皿内，以提高传热效率，减少试样与皿之间的热阻。把较大样品剪成或切成薄片或小粒，并尽量铺平。一般使用的是铝皿，分成盖和皿两部分，样品放在其中间，用专用卷边压制器冲压而成。检测步骤：(1)开机：先开气体，先顺时针方向拧图中标注1的开关，再逆时针方向拧图标注。(2)注意减压阀上标明的方向，不要拧反方向。(3)表上数值应在0.2-0.3之间，再开主机，待主机面板上ready绿灯亮后，打开电脑和软件，点击联机。(4)开机后热机至少30min，然后才测试样品。

20、(5)准备样品：用镊子夹取铝样品皿和盖子各一个，用电子天平称重，去皮。然后往铝样品皿中放入大概3-10mg样品，尽量均匀的覆盖样品皿底部，用电子天平称重，记下胶水的净重。用通用封装压盖积压制样品：如图所示，将铝盖放入铝样品皿中，一起放在压盖机底座上，将底座放入压盖机，手压下压杆，再松开，样品制作完成。参数设定：激活method editor界面，进入方法编辑状态。方法编辑有四个页面，在Sample info中输入样品信息，并输入样品文件的名称和保存路径。编辑测试程序：通过add a step 或者insert a step来添加测试步骤。程序升温或降温选择temperature scan， 等

21、温选择isothermal.根据样品的测试需要选择和编辑合适的测试程序。最后，打开view program,检查一遍测试方法,确认无误后，才可以开始测试。2.2.2 X射线衍射分析(XRD)测试目的：通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息。原理：是Bragg方程，即n=2*d*sin，其中为入射线波长，d为晶面间距，为衍射角。参考Bragg方程，让X射线通过晶体，只要满足Bragg衍射条件，便能提供晶体内原子排布的信息13。所用仪器：名称：X射线衍射仪 厂家：丹东方圆仪器有限公司制样方法： （1） 将玻璃试样用研钵研磨成粉末并干燥，粒度一

22、般要求约1080m，应过200目筛子（约0.08mm），且避免颗粒不均匀。（2） 用药勺取适量样品于玻璃样品架中间的槽里，另取一块载玻片，用载玻片轻轻将样品压紧，并将高出样品架表面的多余粉末刮去，如此重复几次使样品表面平整。（3） 将样品架边缘的样品刮掉，擦干净即可进行测试。 检测步骤：（1）按设备右立柱上面“Open door”按钮，听到开门声后，打开玻璃门，放入样品。（注意：每次打开门前，都需要先按“Open door”按钮）。（2）确认尤拉环的7个自由度，Tube、Detector=3，Phi、chi、X、Y、Z=0（输入3或0，并打勾选中）。确认“locked Coupled”测量模式

23、，若不是要改为该模式。 （3）步宽一般用0.02度；扫描速度默认为0.15 s/step。特殊情况下，可改变步宽和扫描速度，速度一般为0.1-0.5s/step。（4）测量角度(2)范围可根据需要改变，一般为1090。除特殊扫描，最大允许设置范围为5135。（5）点击“Start”,开始测试，显示相应的角度和强度峰值。（6）测试过程中，设置样品名称Sample ID（7）测试完毕后在“File”中保存数据到F盘的相应文件夹中。用时间命名文件夹+当日实验顺序号+自己需要的标识，比如20090303-3-。（8）使用Raw File exchange软件将测试文件.RAW格式转为UXD格式(可用n

24、otepad和excel打开)，存为当日文件夹下。（9）请务必如实填写仪器登记本，委托人填学生姓名，同时括号导师姓名和记账单。（10）测试完所有样品后将样品架先冲洗干净，然后置于超声清洗器中再次清洗干净，放在桌面上，并将桌面和地面垃圾清理干净，不要关闭XRD软件，直接离开。参数设定：选择0.100.15mm范围可不致强度过高和过低。扫描步长选0.02度(2Theta)/step，扫描速度0.54度/min抑制噪音波幅，扫描范围为20-80。2.2.3 扫描电镜观察(SEM)测试目的：将背散射电子像的衬度和x射线能谱仪(EDS)分析结合起来，确定被观测物质样品中矿相组合和矿相的化学组成。原理：从

25、电子枪阴极发出的电子束，经聚光镜及物镜会聚成极细的电子束（0.00025微米-25微米），在扫描线圈的作用下，电子束在样品表面作扫描，激发出二次电子和背散射电子等信号，被二次电子检测器或背散射电子检测器接收处理后在显象管上形成衬度图象。二次电子像和背反射电子反映样品表面微观形貌特征。而利用特征X射线则可以分析样品微区化学成分14。扫描电镜成像原理与闭路电视非常相似，显像管上图像的形成是靠信息的传送完成的。电子束在样品表面逐点逐行扫描，依次记录每个点的二次电子、背散射电子或X射线等信号强度，经放大后调制显像管上对应位置的光点亮度，扫描发生器所产生的同一信号又被用于驱动显像管电子束实现同步扫描，样

26、品表面与显像管上图像保持逐点逐行一一对应的几何关系。因此，扫描电子图像所包含的信息能很好地反映样品的表面形貌。所用仪器：名称：JSM-6460LV扫描电子显微镜及INCA能谱仪 型号：6390厂家：日本JEOL公司制样方法：将不同温度热处理后的样品用导电胶按照特定顺序固定于样品台上检测步骤： （1）开水，控制流量。（水龙头拧半圈即够） （2）开电源，开机3040分钟，Magnification显示35，表示真空度达到标准。 （3）放气vent，将样品放到载物台上，轻压，用导电胶固定好样品。 （4）Pump down，抽真空 （5）加Accelerating Voltage，选择5V或10V。（

27、实验中，改变电压时应将Filament电流关上，防止打出的电子接受不同的加速电压时不平衡态对灯丝产生影响） （6）加Filament电流，根据I-V曲线，选择工作点 。调节Spot size旋钮，找到分辨率最好的工作点。 （7）灯丝对中时，用扫描Mode，在 处调节，根据I-V曲线，I越大越佳。 （8）关机：先关灯丝，然后关Accelerating Voltage，关总电源，20分钟后关水。 参数设定：分辨率 低真空模式：4.0nm（30kv） 低真空度：1-270Pa 样品移动范围 X:125mm Y:100mm Z:5-80mm T:-1090 R:360 加速电压0.5kv30kv 束流

28、1pA1uA2.2.4透光率测定测试目的：采用紫外可见分光光度计法测定各试样的透光率曲线、确定吸收边截止波长的大小。从而进一步用作图法计算光学禁带宽度和带尾能隙。分析加入辐照改性剂对玻璃吸收率、截止波长、光学禁带宽度、带尾能隙的影响。测试原理：分子的紫外可见吸收光谱是由于分子中的某些基团吸收了紫外可见辐射光后，发生了电子能级跃迁而产生的吸收光谱。它是带状光谱，反映了分子中某些基团的信息。可以用标准光图谱再结合其它手段进行定性分析15。 根据Lambert-Beer定律：A=bc，（A为吸光度，为摩尔吸光系数，为样品厚度，c为浓度）可以对溶液进行定量分析。 所用仪器：名称：紫外可见分光光度计 型

29、号：723N 厂家：北京普析通用仪器有限责任公司制样方法：（1）：从已制备好的编号为1,2,3,4的玻璃试样中挑出比较平整，厚度均匀的试样。（2）：将挑选好的玻璃用粗砂纸将玻璃磨至3mm左右。（3）：将粗磨的玻璃用细砂磨掉上面的划痕，砂纸从200规格一直磨到1200规格。（4）：最后用1200规格的砂纸进行抛光，直到将玻璃上的所有划痕磨走并变光亮走为止。检测步骤：（1）将玻璃放入紫外可见分光光度计系统内。 (2）将电脑与仪器自动联机，然后对试样进行扫描。（3）用电脑的软件系统测量并记录出光的波长与透过率。（4）用游标卡尺测量出各试样的厚度并记录在纸上。参数设定：试验采用钨灯和氘灯双光源测定玻璃

30、片的紫外可见光区域的透光率曲线，波长扫描范围为：1901100nm，中速扫描，扫描前进行暗电流校正，并以空气作基线校正。用游标卡尺测得四个样品的厚度如表10所示：表9：各玻璃样品厚度 编号 1-600-3h 1-650 -3h 2-600-3h 2-650-3h3-600-3h 3-650-3h4-520-3h4-540-3h4-560 -3h厚度d/mm4.184.083.862.761.742.361.862.541.263结果与分析3.1 热分析（DSC） 图2 1#600的DSC曲线图2为1号材料（10%氧化硼和5%氧化铝）经过1小时600度退火处理。由图2可知：试样1的玻璃转变温度T

31、g为515度，成核温度Tn 为535度，晶体长大温度Tc为868度。该图中有3个吸热峰2个放热峰。第一个吸热峰为粉末原料吸水引起的，第二个吸热峰是原料粉末受热开始转变为玻璃相，第三个吸热峰是玻璃中晶体长大成核。第一个放热峰是晶体成核后放热，晶体的内能是最低的，玻璃态是亚稳态结构，需要放热成为的晶体结构。第二个放热峰是晶体成核长大后二次成长析晶放热。一般而言，最佳成核温度介于玻璃化转变温度(tg)和比其高50 的温度范围之间。但考虑到50 温度范围较窄，同时也防止仪器测量误差，本研究将探索的合适核化温度范围加宽16，分别在600和650热处理3 h. 图3 3#600的DSC曲线图3为3号材料（

32、14%氧化硼和1%氧化铝）经过1小时600度退火处理。由图3可知：试样3的玻璃转变温度Tg为495度，成核温度Tn 为530度，晶体长大温度Tc为841度。该图中有3个吸热峰和2个放热峰。第一个吸热峰为粉末原料吸水引起的，第二个吸热峰是原料粉末受热开始转变为玻璃相，第三个吸热峰是玻璃中晶体长大成核。第一个放热峰是晶体成核后放热，晶体的内能是最低的，玻璃态是亚稳态结构，需要放热成为的晶体结构。第二个放热峰是晶体成核长大后二次成长析晶放热。一般而言，最佳成核温度介于玻璃化转变温度(tg)和比其高50 的温度范围之间。但考虑到50 温度范围较窄，同时也防止仪器测量误差，本研究将探索的合适核化温度范围

33、加宽，分别在600和650热处理3 h.3.2 晶化行为图 4 不同氧化铝含量样品600热处理的XRD曲线图4为1#、2#、3#样品经过3小时600度热处理后的XRD曲线图。由图4可知，各样品的XRD曲线相似，只是随着试样中氧化硼含量增加氧化铝含量减少，峰形逐渐平缓，衍射强度逐渐降低，3#样品观察不到明显的波峰。经过与JCPDF标准样品的谱图对比后，确定1#、2#中晶相为Al2SiO5、NaAlSi3O8。采用谢莱公式，式中：D为晶体的平均粒径；k为常数，取0.89；为特征峰的半高宽（不考虑仪器引起的宽化），此处= ；为所选靶材的波长（=0.154056nm）；为衍射角。根据不同氧化硼氧化铝含

34、量样品的XRD衍射曲线半峰全宽（FWHM）数据计算出不同氧化硼氧化铝含量样品的晶粒尺寸17，示于表10中。表10 600度不同配方晶粒尺寸计算结果样品编号 2平均粒径/nm1#600-3h0.313x3.14/18028.19525.882#600-3h0.352x3.14/180 28.19123.01由表10可知，1#晶粒的平均粒径为25.88nm，2#晶粒的平均粒径为23.01nm，明显可以看出，随着氧化铝含量的降低，玻璃陶瓷析晶现象弱化。分析图4可知，随着氧化铝含量增加，玻璃中晶体增加。在衲硅酸盐玻璃中，铝离子以三价存在，当Na2O/Al2O3大于1时，Al3+均位于四面体中，而Na2

35、O/Al2O3小于1时，则作为网络外体位于八面体中，当Al3+位于铝氧四面体AlO4时，则与硅氧四面体组成了统一的网络。在一般的纳钙硅玻璃中，引入少量的Al2O3,Al3+就可以夺取非桥氧形成铝氧四面体进入硅氧网络之中，氧化铝的含量直接影响了玻璃析晶程度，氧化铝含量高，作为中间体氧化物，铝原子对电子的束缚比硼原子弱，铝离子容易形成铝氧四面体进入分子间隙，成为玻璃中的析晶偏聚18。玻璃在1400度加热为均匀熔体，在600度热处理时，由于内部质点迁移，氧化铝偏聚，从而形成化学组成不同的分相。氧化铝形成的分相在液线温度以下发生，属于亚稳分相。在亚稳区内，新相的现成需要做功，并可以由成核和生长的过程来

36、分离成一个平衡的两相系统。 图5 4#系列透明玻璃陶瓷XRD曲线图5为4#样品在不同温度下进行热处理后得到的XRD曲线图。由图5可知，各样品的XRD线形相似， 4#560-3h、4#540-3h样品XRD图中有不明显的波峰，4#520-3h没有波峰出现，。经与JCPDF标准样品的谱图比对后，确定图5中波峰对应的晶相为Li4B2O5。图5说明了在氧化铝氧化硼含量不变，热处理温度低于成核温度时，是不会析晶的。高于成核温度的样品xrd对比可以看出，温度对析晶的影响不大。 图6 1#不同温度下XRD图曲线图图6为1#样品经不同温度热处理后的XRD曲线图。由图6可知，各样品的XRD曲线相似，只是随着热处

37、理温度升高，峰形逐渐平缓，衍射强度逐渐降低。经过与JCPDF标准样品的谱图对比后，确定图6中晶相为Al2SiO5、NaAlSi3O8。采用谢莱公式根据不同氧化硼氧化铝含量样品的XRD衍射曲线半峰全宽（FWHM）数据计算出不同氧化硼氧化铝含量样品的晶粒尺寸，示于表11中。表11 5%氧化铝不同温度下晶粒尺寸计算结果样品编号 2平均粒径/nm1#600-3h0.399x3.14/18047.01421.481#650-3h0.406x3.14/180 47.05821.10由表1可知，1#600-3h晶粒的平均粒径为21.48nm，1#650-3h晶粒的平均粒径为21.10nm，可以得出结论：氧化

38、铝含量为5%时，随着热处理温度的升高，氧化铝偏聚的能力减弱，析晶强度变小，晶粒成核能力减弱，氧化铝含量不变的情况下温度升高会使玻璃陶瓷析晶现象弱化。 图7 2#不同温度下XRD图曲线图图7为2#样品经不同温度热处理后的XRD曲线图。由图7可知，各样品的XRD曲线与图6相反，随着热处理温度降低，峰形逐渐平缓，衍射强度逐渐降低。经过与JCPDF标准样品的谱图对比后，确定图7中晶相为Al2SiO5、NaAlSi3O8。采用谢莱公式根据不同氧化硼氧化铝含量样品的XRD衍射曲线半峰全宽（FWHM）数据计算出不同氧化硼氧化铝含量样品的晶粒尺寸，示于表11中。表12 3%氧化铝不同温度下晶粒尺寸计算结果样品

39、编号 2平均粒径/nm2#600-3h0.352x3.14/18028.19423.002#650-3h0.554x3.14/180 28.33614.62由表1可知，2#600-3h晶粒的平均粒径为23.00nm，2#650-3h晶粒的平均粒径为14.62nm，可以得出结论：氧化铝含量为3%时，随着热处理温度的降低，氧化铝偏聚的能力减弱，析晶强度变小，晶粒成核能力减弱，氧化铝含量不变的情况下温度降低会使玻璃陶瓷析晶现象弱化。 图8 3#不同温度下XRD曲线图图8为3#样品经不同温度热处理后的XRD曲线图。图中没有明显的波峰出现，可知，氧化铝含量为1%时，不足以偏聚析晶，玻璃没有明显的析晶现象

40、，这种情况下热处理温度的改变对玻璃没有影响。3.3 微观形貌分析 (a)1#650-3h (b)2#650-3h (c)3#650-3h 图9 650度3小时热处理透明玻璃陶瓷扫描电镜照片图9为1#、2#、3#样品经650度3小时热处理后获得的透明玻璃陶瓷样品扫描电镜照片。图9（a）为编号1#650-3样品的扫描电镜照片，其处理制度为650度恒温3h。图9（b）为2#650-3h样品的扫描电镜照片，其处理制度为650度恒温3h。图9（c）为3#650-3h样品的扫描电镜照片，其处理制度为650度恒温3h。有图可知，1#650-3h样品中微晶粒粗大，粒子发育完全，粒间重合较多，偏聚现象很明显，粒

41、晶在残余玻璃相中分布杂乱；2#650-3h样品中微晶粒稍大，生长较完全，粒子多为球形或椭球形，晶粒整体分布不均匀。3#650-3h样品中没有析晶，看不到成核晶体。图中玻璃扫面电镜照片中晶体分布、大小与XRD图结果一致。 (a)4#520-3h (b) 4#540-3h (c) 4#560-3h 图10 4-#-3h系透明玻璃陶瓷扫描电镜照片图10为4-#-3h系样品在不同温度热处理下获得的透明玻璃陶瓷样品的扫描电镜照片.图10（a）为编号4#520-3h样品的扫描电镜照片，其热处理制度为520度长晶3小时。图10（b）为编号4#540-3h样品的扫描电镜照片，其热处理制度为540度长晶3小时。

42、图10（c）为#560-3h样品的扫描电镜照片，其热处理制度为560度长晶3小时。有图可知，4#520-3h中没有成核现象，无晶体；4#540-3h样品中无明显成核晶体，晶体刚刚开始发育，没有明显的晶体；4#560-3h样品中微晶粒开始生长，粒子为椭球形，晶粒分散，整体分布杂乱。由dsc图可知，玻璃陶瓷成核温度为535度，4-#-3h系样品在不同温度热处理下获得的透明玻璃陶瓷样品晶粒分布与XRD图所得结果一致。3.4光学性能 (a)透光率曲线 (b)吸收率曲线 图11 1#、2#、3#样品600度透光率和吸收率曲线图11为1#、2#、3#样品经3小时600度热处理后的透光率和吸收率曲线图。由图

43、11可知，经过3h 600度热处理后，1#600-3h的截止波长为406.88nm，2#600-3h的截止波长为330.65nm，3#600-3h的截止波长为247.71nm，随着波长增加，样品透光率增加，对光的吸收率降低。截止波长表示电子激发所需要的最低光子能量所对应的光波长。图11所示的透光率曲线中，截止波长即是吸收率开始显著增大的那个点所对应的波长。透光率高于70%，样品可视为透明，图中只有3#样品，接近透明程度，1#、2#样品，因为其中氧化铝含量引起的析晶和偏聚，导致玻璃浑浊，不透明。由图11可以看出，随着氧化铝增加，其透射率曲线会向着右边移动，这表明随着氧化铝增加，玻璃的截止波长会向着长波方向移动。在紫外光波长范围内，透光率很小，在可见光波长范围内，透光率明显增加，光的吸收率减小。根据无规则网络学说的观点，一般按元素与氧结合的单键能（即化合物分解能与配位数之商）