碱铁磷酸盐系统玻璃的析晶研究

摘要

碱铁磷酸盐玻璃主要包括:锂铁磷酸盐玻璃、钠铁磷酸盐玻璃、钾铁磷酸盐玻璃和混合碱铁磷酸盐玻璃。这类材料被广泛应用于生物、激光、红外技术、光学玻璃、核废物固化材料及封接材料等领域。玻璃的析晶会导致玻璃的失透，而有控制的析晶可以制得一些性能优异的材料。对碱铁磷酸盐玻璃的析晶行为的研究一方面有助于了解在何种条件下获得不析晶玻璃材料;另一方面，为制备碱铁磷酸盐玻璃提供依据。由于磷酸盐玻璃通常化学稳定性较差，玻璃热处理前要存放一段时间，所以研究玻璃的化学稳定性也是必要的。
　　 本文采用熔体-退火的方法制备了含B2O3和晶核剂的锂铁磷酸盐玻璃和钠铁磷酸盐系统玻璃，通过FTIR、DTA和XRD等手段分析了玻璃的结构、转变温度(Tg)、析晶峰温度(Tp)及析晶行为，并测定了玻璃的化学稳定性和密度。研究表明，向Li2O∶Fe2O3∶P2O5为1∶1∶1基础玻璃上分别加入5、10、15和20 mol％的B2O3后，玻璃的化学稳定性降低，玻璃的转变温度提高。当B2O3的添加量为5 mol％和10 mol％时，DTA曲线上出现了两个析晶峰，这是由于玻璃存在不同的析晶机理:整体析晶和表面析晶。
　　 在锂铁磷酸盐玻璃系统中，加入TiO2、 Cr2O3和ZrO2作为晶核剂时，可提高玻璃的化学稳定性;加入TiO2后，玻璃的转变温度先减小后增大，而Cr2O3和ZrO2都可以提高玻璃的转变温度。
　　 含晶核剂玻璃热处理后均呈现表面析晶，且析晶相均为LiFeP2O7。TiO2作为单一晶核剂时，TiO2含量越高，玻璃的析晶层越薄，但析晶层中晶体含量增加。Cr2O3、 ZrO2及TiO2+Cr2O3复合晶核剂均可促进玻璃的表面析晶。
　　 对三元钠铁磷酸盐玻璃性能的研究表明，Fe2O3可提高玻璃的化学稳定性和玻璃转变温度。钠铁磷酸盐玻璃热处理后试样出现熔融现象，表明纯的钠铁磷酸盐玻璃不易析晶;TiO2和ZrO2作为晶核剂对钠铁磷酸盐玻璃的析晶无促进作用;氟的引入可促进钠铁磷酸盐玻璃的析晶。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 铁磷二元玻璃

1．3 碱铁磷酸盐玻璃

1．3．1 锂铁磷酸盐玻璃

1．3．2 钠铁磷酸盐玻璃

1．3．3 混合碱铁磷酸盐玻璃

1．4 玻璃的析晶

1．5 本课题的提出及研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验仪器设备

2．3 玻璃的制备及热处理

2．4 玻璃的结构与性能测试分析方法

2．4．1 差热分析

2．4．2 密度

2．4．3 化学稳定性

2．4．4 红外吸收光谱分析

2．4．5 玻璃的析晶分析

第三章 含硼的锂铁磷酸盐玻璃及析晶行为

3．1 添加不同含量B2O3玻璃的化学稳定性

3．2 添加不同含量B2O3玻璃的析晶行为

3．2．1 添加不同含量B2O3玻璃的DTA分析

3．2．2 含B2O3玻璃热处理样品的晶相分析

3．2．3 含B2O3玻璃的析晶机理

3．2．4 不同方法所得玻璃析晶活化能的比较

3．3 含B2O3析晶玻璃的形貌

3．4 本章小结

第四章 晶核剂对锂铁磷酸盐玻璃性能和析晶的影响

4．1 TiO2对锂铁磷酸盐玻璃化学稳定性及析晶的影响

4．1．1 含TiO2锂铁磷酸盐玻璃的红外光谱分析

4．1．2 含TiO2锂铁磷酸盐玻璃的DTA分析

4．1．3 含TiO2锂铁磷酸盐玻璃的化学稳定性

4．1．4 TiO2对锂铁磷酸盐玻璃析晶行为的影响

4．2 ZrO2对锂铁磷酸盐玻璃析晶行为的影响

4．3 Cr2O3对锂铁磷酸盐玻璃的化学稳定性及析晶行为的影响

4．3．1 Cr2O3对锂铁磷酸盐玻璃化学稳定性的影响

4．3．2 Cr2O3对锂铁磷酸盐玻璃析晶行为的影响

4．4 复合晶核剂对锂铁磷酸盐玻璃的析晶行为

4．4．1 不同粒度玻璃的DTA曲线

4．4．2 晶核剂含量5wt％玻璃的析晶行为

4．5 本章小结

第五章 钠铁磷酸盐玻璃的性能及析晶行为

5．1 钠铁磷酸盐玻璃的化学稳定性及析晶行为

5．1．1 Na2O-Fe2O3-P2O5三元系统玻璃的化学稳定性

5．1．2 Na2O-Fe2O3-P2O5三元系统玻璃的析晶行为

5．2 含氟的钠铁磷酸盐玻璃的化学稳定性及析晶行为

5．2．1 含氟玻璃的化学稳定性

5．2．2 含氟玻璃的析晶行为

5．2．3 氟对钠铁磷酸盐玻璃析晶行为的影响

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录