Y-AL-SI-O-N基氧氮玻璃及其微晶玻璃的制备与性能

摘要

氧氮玻璃最早发现于氮化硅基陶瓷晶间相，是由氧化物烧结助剂与Si3N4和SiO2反应形成的物质。晶间玻璃相中引入的氮原子部分替代原玻璃网络中的氧原子，使得玻璃的网络结构变得更加紧密。这种网络结构的变化引起了玻璃性能突出的改变，具体表现为:机械性能（如显微硬度、抗弯强度、弹性模量以及断裂韧性等）显著地提高，热学性能的变化（如玻璃转变温度的增加，热膨胀系数减小等），化学性能（如抗酸、碱能力）的增强。氧氮玻璃具有比普通硅酸盐玻璃更优异的性能，在许多领域有着潜在的应用价值，如用作玻璃纤维、氮化硅基陶瓷的粘结剂以及透明装甲材料等等。
　　本论文选取Y-Al-Si-O-N基氧氮玻璃及其微晶玻璃为研究对象，利用示差量热扫描分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱(IR)、紫外可见光光谱等测试分析手段研究了氧氮玻璃的结构、热学性能、力学性能以及弹能耗散能力，探索了不同组成体系氧氮玻璃的组成-结构-性能之间的相关性。研究了添加不同含量ZrO2的Y-Al-Si-O-N体系氧氮玻璃的结构、密度、力学性能、热学性能和析晶行为。研究表明随着Zr含量的增加，玻璃的密度、显微硬度增加，玻璃化转变温度减小;玻璃的密度与N含量有着密切的关系，N含量越高，玻璃密度、显微硬度和玻璃转变温度越大，热膨胀系数越小;XRD和SEM结果表明，Zr含量和N含量的不同对氧氮玻璃的析出晶体的大小和种类也产生了影响。研究了不同改性离子的M-Si-Al-O-N(M=Y、Ca、Mg)系统氧氮玻璃的力学性能、透光性能以及弹能耗散能力，并且对其中某些组成的氧氮玻璃进行了热处理，研究了不同改性离子对氧氮玻璃析晶行为和显微结构的影响。结果表明获得的氧氮玻璃在可见光区的透过率达到80％以上，某些组成的氧氮玻璃的弹能耗散系数可以达到2.56，超过了蓝宝石的弹能耗散系数2.42; XRD和SEM分析结果表明，不同网络改性离子对氧氮玻璃的析晶行为有不同的影响，含Y元素的氧氮玻璃较含Ca和Mg元素的氧氮玻璃难于析出晶相。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景及意义

1．2 氧氮玻璃概述

1．2．1 氧氮玻璃体系

1．2．2 制备方法

1．2．3 结构与性能特点

1．2．4 应用

1．3 氧氮微晶玻璃概述

1．3．1 制备方法

1．3．2 研究进展

1．3．3 应用前景

1．4 研究内容与目标

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究目标

第二章 实验过程

2．1 玻璃及其微晶玻璃的制备

2．1．1 原料选择

2．1．2 氧氮玻璃的制备

2．1．2 氧氮微晶玻璃的制备

2．2 结构与性能测试

2．2．1 结构表征

2．2．2 力学性能

2．2．4 热学性能

2．2．5 紫外-可见光透过率

第三章 Zr-Y-Al-Si-O-N系统氧氮玻璃及微晶玻璃

3．1 引言

3．2 基础玻璃的制备

3．3 基础玻璃的结构与性能

3．3．1 玻璃成形

3．3．2 氧氮玻璃红外光谱研究

3．3．3 密度

3．3．4 显微硬度和断裂韧性

3．3．5 热学性能

3．4 微晶玻璃的结构与性能

3．4．1 微晶玻璃的制备

3．4．2 相组成及显微结构

3．4．3 机械性能

3．5 本章小结

第四章 M-Si-Al-O-N系氧氮玻璃及微晶玻璃

4．1 引言

4．2 基础玻璃制备与性能

4．2．1 制备方法

4．2．2 玻璃外观与成形

4．2．3 透光性能

4．2．4 弹能耗散系数

4．3 微晶玻璃的析晶行为与显微结构

4．3．1 制备方法

4．3．2 DSC分析与热处理制度

4．3．3 相组成与显微结构

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果