R2O含量对R2O-RO-Al2O3-SiO2微晶玻璃结构和应能的影响开题报告
2020-04-26 11:53:56
1. 研究目的与意义（文献综述）
微晶玻璃又称玻璃陶瓷，是指在具有特定组分玻璃基础上加入一定量的晶核剂，并经过熔融与热处理工艺，使玻璃中析出大量微晶相，得到含有晶相和玻璃相的一种多晶固体材料。r2o-ro-al2o3-sio2微晶玻璃具有高硬度、突出的抗折强度和耐冲击强度，而且膨胀系数较低等特点，通过控制晶化工艺，可实现透明、半透明、不透明产品的制备。因此，r2o-ro-al2o3-sio2微晶玻璃具有突出的理化性能，广泛应用于光电显示、电子元器件等领域，并引起国内外学者的广泛关注。
微晶玻璃的制备同玻璃的制备一样，首先需要熔化。而r2o-ro-al2o3-sio2微晶玻璃组成具有特殊性，其al2o3和sio2合量较高，导致熔化温度高达1500℃以上。熔化温度的升高不仅会提高能耗，而且会加速熔制热工设备的损耗，并导致后期成形工艺难以进行。但是随着碱金属氧化物的引入，玻璃的熔点会降低至1300-1400℃左右。目前，玻璃常用的助溶剂有na2o、k2o、zno、b2o3、f-、p2o5等。其中，碱金氧化物的引入，提供了系统中的“自由氧”而使o/si比值增加，导致原来硅氧负离子团解聚成简单的结构单位，因而使活化能降低，粘度减少，因此玻璃熔化温度降低。目前，tang.li.feng通过采用tio2和zro2作为成核剂前提下，引入碱金属氧化物（na2o、li2o、k2o），来实现降低玻璃的熔化温度，当mas玻璃中，用1%li2o部分的取代了na2o，粘度和熔化温度极具减少，tm大约为1508℃，大约是284.01 kjmol-1，在840℃-940℃温度范围内，高石英固溶体形成，增加结晶化温度到1000或1060℃。
2. 研究的基本内容与方案
| 1. 基本内容和技术方案 基本内容： a) 研究碱金属氧化物K2O的引入量以及引入方式对MAS玻璃的熔化、成形，影响，制备出熔化温度低，容易成型的玻璃；通过控制析晶温度和时间，制备出高透明度的微晶玻璃。 b) 通过观察微晶玻璃的微观结构，测试热学、机械、化学性能，分析不同K2O含量的变化对微晶玻璃结构和性能的影响，确定合适引入量。 其中热学性能包括有：玻璃的转化温度Tg，玻璃的软化温度Ts，热膨胀系数CTE，热学稳定性能等。化学性能包括化学稳定性等。机械性能包括强度、硬度等。 c) 研究K2O引入量及引入方式对微晶玻璃离子交换工艺及化学增强效应的影响规律。 技术方案： （一）组分与设计 设计合适的MAS微晶玻璃组成，然后改变K2O的引入量和引入方式 （二）玻璃熔制 1）母体玻璃的制备步骤如下： a) 首先按实验配方制取试剂，将配好的原料球磨4h混合均匀。 b) 将混合均匀的原料放入刚玉坩埚中，再将盛有原料的刚玉坩埚在电炉中升温，熔融并保温4h； c) 将玻璃液导入模具中成型，在相应的温度退火消除应力，最后冷却至室温得到透明未析晶的块状母相玻璃； 2）将所得的母相玻璃进行差扫描量热法测量DSC分析，得到其Tg温度以及相应的成核和结晶温度。通过样品的DSC曲线，决定了样品的热处理工艺，样品在高于退火温度(Tg)30-50℃保温相应的时间消除玻璃内应力，在相应峰之间成核再进行核生长。 3）玻璃测试： a) 将退火后的玻璃，利用DSC的到的相应峰，在相应峰之间成核再进行核生长。将所得到的微晶玻璃样品进行粉碎，利用X射线衍射（XRD）对其晶相组成进行测定。 b) 通过4vol%的HF溶液浸泡60s来蚀刻微晶玻璃样品表面，利用电子探针（EPMA）测定玻璃试样的组分，元素分布，同时通过扫描电镜（SEM）通过观察微晶玻璃中晶相组成以及晶相分布，来探究透明微晶玻璃的原因； c) 利用卧式热膨胀仪测定玻璃的热膨胀系数。 d) 用维氏硬度测试仪对抛光后的微晶玻璃试样进行硬度测试； e) 将微晶玻璃置于一定温度、一定配比的KNO3和NaNO3熔盐中，进行一段时间的第一步的离子交换，然后再次进行第二步离子交换。 之后利用材料试验机进行有关力学性能测试，再次利用电子探针，测试垂直于玻璃表面，沿离子扩散方向Na 、K 分布情况。
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3. 研究计划与安排
3.进度安排
第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。
第4-8周：按照设计方案，熔制r2o-ro-al2o3-sio2母体玻璃，并研究r2o引入种类和引入量对成形工艺的影响。
4. 参考文献（12篇以上）
| 4.参考文献 [1]Partyka,J., Sitarz, M., Lesniak, M., Gasek, K., Jelen, P., The effect of SiO2/Al2O3 ratioon the structure and microstructure of the glazes from SiO2-Al2O3-CaO-MgO-Na2O-K2O system [J]. Spectrochimica Acta Part a-Molecular and BiomolecularSpectroscopy, 2015, 134: 621-630.[2]Wang,J., Cheng, J., Tang, L., Tian, P., Effect of nucleating agents and heattreatments on the crystallization of magnesium aluminosilicate transparentglass-ceramics [J]. Journal of Wuhan University of Technology-MaterialsScience Edition, 2013, 28:69-72. [3]Wang,J., Cheng, J.-s., Deng, Z.-l., Effect of alkali metal Oxides on viscosity andcrystallization of the MgO-Al2O3-SiO2 glasses [J]. Physica B-CondensedMatter, 2013, 415: 34-37. [4]Hsiang,H.-I., Yung, S.-W., Wang, C.-C., Crystallization, densification anddielectric properties of CaO-MgO-Al2O3-SiO2 glass with ZrO2 as nucleating agent [J]. Materials ResearchBulletin, 2014, 60: 730-737. [5]王承遇，卢琪，用二步法离子交换对手机玻璃面板进行强化和韧化[J].玻璃与搪瓷，2017，45（2） [6]马强，庞欢欣，第一步离子交换时间对化学钢化玻璃的性能影响[J].硅酸盐通报，2016，35（6） [7]王承遇，卢琪，用二步法离子交换法对手机玻璃面板进行强化和韧化[J].玻璃与搪瓷，2017,45（2） [8]许杰，吴云龙，工程应力分布玻璃研究进展[J].硅酸盐学报，2009,37（12） [9]庞欢欣，马强，第二步离子交换时间对钠铝硅系统力学敏感玻璃的影响[J].硅酸盐通报，2016,35（7） [10]王承遇，卢琪，手机玻璃面板化学钢化若干问题的探讨[J].玻璃与搪瓷，2015,43（4） [11]张雪峰，魏海燕，CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃复合晶核剂的优化及其对结构与性能的影响[J].人工晶体学报，2015,44（7） [12]芦玉峰，堵永国，XRD法测定微晶玻璃晶相含量[J].硅酸盐学报，2005,33（12） [13]何峰，马强，离子交换工艺对ESP玻璃的影响[J].硅酸盐通报.2017，36（1） [14]王艳霞,陈志红,刘学理.离子交换增强玻璃研究进展[J].玻璃. 2014(06) [15] 许杰,吴云龙,赵芳红,张保军,马眷荣.工程应力分布玻璃研究进展[J].硅酸盐学报.2009(12)
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