LAS微粉的高分子网络凝胶法制备及析晶行为

摘要

锂铝硅(Li<,2>O-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>,LAS)系微晶玻璃的主晶相为负膨胀的β-石英固溶体(Li<,2>O-Al<,2>O<,3>-2SiO<,2>)和(或)低膨胀的β-锂辉石(Li<,2>O-Al<,2>O<,3>-4SiO<,2>),因此,LAS系微晶玻璃具有优异的热机械性能和电性能,被广泛用作高温抗热震材料,如雷达天线罩、天文望远镜镜坯等.多年来,人们主要采用熔融结晶的办法制备LAS系微晶玻璃,但须添加助剂以降低烧结温度,而烧结助剂又增大了材料的热膨胀系数.为此,人们试图通过制备均匀细小的LAS微粉来获得满意的结果.首先对丙烯酰胺体系、柠檬酸盐-丙烯酰胺体系、柠檬酸盐-硝酸盐体系和硝酸盐体系四种微粉制备工艺进行了对比,确定采用丙烯酰胺体系(高分子网络凝胶法)制备LAS微粉,并分别制备出添加ZrO<,2>、Y<,2>O<,3>和La<,2>O<,3>的LAS微粉,研究发现:通过原位有机聚合形成的高分子凝胶网络使溶液中的离子均匀分布,在湿凝胶的干燥过程中,SiO<,4>四面体单元与AlO<,4>四面体单元同时形成,表现出了与熔融法等其他制备方法不同的晶化方式.结果表明:高分子网络凝胶法是一种快速简便、稳定可靠地制备高纯LAS微粉的新方法.利用热失重-差热分析(TG-DTA)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射分析(XRD)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等分析手段,研究了高分子网络凝胶法制备的干凝胶粉的晶化和相变过程,发现LAS干凝胶粉在700℃开始晶化,并随热处理温度的升高,发生一系列相变过程:LAS干凝胶粉→六方晶系β-石英固溶体→四方晶系β-锂辉石.通过Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程计算了添加ZrO<,2>的LAS微粉的晶化动力学参数,发现:当ZrO<,2>的添加量从0增加到4.0mol％时,晶化活化能从304.6kJ/mol降低到248.9kJ/mol,频率因子从2.49×10<'11>min<'-1>降低到5.56×10<'8>min<'-1>,晶化速率常数不断下降.结果表明:添加ZrO<,2>后,LAS干凝胶粉的晶化温度降低,但受动力学因素影响,晶化过程比较缓慢.本文还对由LAS微粉烧结获得的微晶玻璃热膨胀性能进行了初步研究,其热膨胀系数为(4-17)×10<'-7>/℃.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2微晶玻璃的发展概况

1.3 LAS系微晶玻璃研究概况

1.3.1 LAS系微晶玻璃的制备方法

1.3.2添加剂对LAS系微晶玻璃性能的影响

1.3.3 LAS系微晶玻璃的应用

1.3.4 LAS系微晶玻璃其它研究

1.4低(负)热膨胀材料研究进展

1.4.1低(负)热膨胀材料概述

1.4.2低(负)热膨胀材料膨胀机理

1.4.3 LAS系微晶玻璃低热膨胀机理

1.5高分子网络溶胶法制备超细粉

1.6课题研究的主要内容

第2章材料与实验方法

2.1实验药品和设备

2.1.1实验药品

2.1.2实验设备

2.2 LAS系微粉的制备

2.2.1干凝胶粉的制备工艺

2.2.2干凝胶粉的热处理

2.3含添加剂的LAS微粉的制备

2.3.1添加剂的选择

2.3.2制备工艺

2.4 LAS系微晶玻璃的烧结

2.5分析与测试方法

2.5.1红外光谱分析

2.5.2热重-差热分析

2.5.3 X-射线衍射分析

2.5.4透射电镜观察

2.5.5扫描电镜观察

2.5.6热膨胀系数测定

2.5.7致密度的测试

2.5.8衍射强度比定义

2.5.9晶胞参数的计算

第3章高分子网络凝胶法制备LAS微粉

3.1引言

3.2四种制备体系的比较

3.2.1 LAS干凝胶粉的表征

3.2.2热处理产物的表征

3.3高分子网络凝胶法制备LAS微粉的机理

3.3.1凝胶反应方程式

3.3.2反应过程与机理

3.4高分子网络凝胶法制备干凝胶粉热处理制度的确定

3.5高分子网络凝胶法制备LAS微晶玻璃产物的表征

3.5.1 LAS微粉的形态

3.5.2红外谱图分析

3.5.3热处理粉体的XRD分析

3.5.4 LAS微粉的微观形貌与颗粒尺寸

3.6本章小结

第4章ZrO2对LAS微粉晶化行为的影响

4.1引言

4.2红外光谱分析

4.3添加ZrO2后LAS微粉的析晶动力学

4.3.1非等温析晶动力学方程的建立

4.3.2 LAS微粉的析晶参数

4.4 ZrO2对LAS干凝胶粉晶化和相转变能力的影响

4.5 ZrO2对LAS微粉主晶相和析晶次序的影响

4.6 ZrO2对β-锂辉石析晶的影响

4.7 ZrO2对LAS微粉晶胞参数的影响

4.8 ZrO2对LAS微粉形貌的影响

4.9本章小结

第5章Y2O3与La2O3对LAS微粉晶化行为的影响

5.1引言

5.2红外光谱分析

5.3差热分析

5.4 Y2O3与La2O3对LAS干凝胶粉晶化能力的影响

5.5 Y2O3与La2O3对LAS微粉主晶相和析晶次序的影响

5.6 Y2O3与La2O3对对β-锂辉石析晶的影响

5.7 Y2O3与La2O3对LAS微粉晶胞参数的影响

5.8 Y2O3与La2O3对LAS微粉平均晶粒尺寸的影响

5.9本章小结

附图

第6章LAS系微晶玻璃热膨胀性能

6.1引言

6.2 LAS系微晶玻璃热膨胀性能

6.3 LAS系微晶玻璃的致密度

6.4 LAS系微晶玻璃断口形貌分析

6.5本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文及申请的专利

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致谢

个人简历