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^[1]。微晶玻璃中既有晶相又有玻璃相，因此其性能有陶瓷和玻璃的双重特性，较比普通玻璃而言，具有机械强度高、断裂韧性搞、耐冲击、热稳定性好、热膨胀系数低、电绝缘性能优良、介电损耗小、耐磨、耐腐蚀等突出性能^[2]，可广泛应用于机械工程技术领域、电力工程及电子技术领域、光学领域、生物医学等领域^[3]。

r₂o-ro-al₂o₃-sio₂型微晶玻璃虽具有诸多优良性能，但随着科技的不断发展，相关玻璃产业对产品也提出了更高的要求。在制备基础玻璃时，由于mas系统玻璃自身析晶能力较弱，在晶化处理过程中可能只能使玻璃的表面晶化，不易整体析晶，玻璃的光学均匀性不好，光透过率较差，此时应改善微晶玻璃的晶化行为，加入晶核剂以利于析出晶体^[4]。晶核剂的种类和引入量的不同将会影响到微晶玻璃颜色、透明度和晶化行为。王静等^[5]分析指出：tio₂和zro₂为mas三元系统微晶玻璃中最常用的晶核剂。tio₂在硅酸盐玻璃熔体中有较大溶解度，摩尔用量可达到20%。当tio₂含量较大时，ti⁴ 作为网络中间体阳离子，不仅可以起到晶核剂的作用，还可以参与玻璃网络的形成。虽然引入晶核剂有利于成核析晶，但当tio₂含量过高时，成核析晶的颗粒将增大，过大的晶粒同样会对mas玻璃性能带来不良影响。另外，晶核剂的引入的离子将会使玻璃着色，从而无法得到透明的可用于手机屏幕的微晶玻璃。zro₂作为晶核剂，可以显著提高形核速率，但也会导致玻璃粘度急剧增大。zro₂在硅酸盐熔体中的溶解度很小，超过3%就易从熔体中析出，这是zro₂作为成核剂不利的一面。与tio₂相比，zro₂作为晶核剂也有其不具备的优点——不引起玻璃着色。邢瑞平等^[6]研究表明：p₂o₅可作为微晶玻璃的晶核剂，它的优点是在生产中不容易产生二次污染，更加环保，但是其析晶度较小，力学性能不能满足要求。因此，在实验中可以将p₂o₅作为复合晶核剂加入来制备析晶度高、性能高的微晶玻璃。研究复合晶核剂的种类和引入量的多少对mas微晶玻璃的发展有着重要的意义。

要使r₂o-ro-al₂o₃-sio₂型微晶玻璃运用到手机屏幕当中，必然要具有很高的透明度。影响微晶玻璃透明度的因素有晶体的类型、晶体的含量、晶粒尺寸以及晶相与组分中玻璃相折射率之间的差值等。其中最主要的因素是晶粒尺寸，晶粒越小，玻璃越透明^[7]。常用于镁铝硅系统的晶核剂主要有tio₂、zro₂、cr₂o₃、p₂o₅、ceo₂等。徐长伟等^[8]的研究表明以tio₂为晶核剂，采用两步热处理法，制备出的堇青石微晶玻璃具有硬度高、密度大，低弹性模量等特点。tio₂的加入对堇青石微晶玻璃的析晶机制和主晶相产生了影响。当玻璃配料中不含tio₂时，微晶玻璃只能进行表面析晶，且主晶相只有一种，为α-堇青石; 而加入tio₂后，由于tio₂的促进作用，微晶玻璃变为整体析晶，主晶相也随之发生变化，增加了镁铝钛酸盐相。赵莹等^[9]以li₂o-al₂o₃-sio₂系统玻璃为研究对象，引入复合晶核剂（tio₂ zro₂）并对实验结果分析得出的结论表明：li₂o-al₂o₃-sio₂系微晶玻璃中采用单一晶核剂和采用复合晶核剂都能使玻璃整体晶化，但后者的体积晶化趋势明显加大。采用5%tio₂ 3%zro₂配比的复合晶核剂是较为合理的，此组成的玻璃在900~950℃晶化后成为无色透明的微晶玻璃，仅含唯一晶相mgal₂o₄，且核化温度在740~800℃变化对析出晶相种类及数量影响很小，制成透明微晶玻璃的相对稳定区较大。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

1） 确定r₂o-ro-al₂o₃-sio₂微晶玻璃基础组成，初步定为（60%sio₂，20%al₂o₃，8%mgo，12%添加剂）设计的晶核剂为tio₂、zro₂、p₂o₅三种，并采用复合晶核剂，即：tio₂ zro₂ p₂o₅/zro₂ p₂o₅。引入方式为配料时直接加入相应的氧化物，改变引入晶核剂的种类和用量（初步设定tio₂的引入量为2%~5%，并相应增加或减小zro₂或p₂o₅的引入量），从何获得晶核剂对mas玻璃成形和晶化工艺的影响；

2） 研究晶核剂改变对母体玻璃熔化性能和外观颜色的影响。通过观察制得样品的微观结构，测试样品的颜色和透光性、母体玻璃的熔化性能，分析引入不同种类和含量的复合晶核剂时对mas微晶玻璃的影响。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的药品、试剂、实验设备和器材。确定方案，完成开题报告。

第4-12周：样品制备与测试。在制备与测试中，根据实验需要，略微调整助熔剂的含量，完善测试方法。

第13-14周：完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]g.a.khater. glass-ceramics in the cao-mgo-al₂o₃-sio₂ system based on industrial waste materials[j].journal of non-crystallinesolids,2010,256: 3066-3071.

[2]范仕刚,余明清,赵春霞,刘杰,何粲.超低膨胀微晶玻璃应用及发展现状[j].人工晶体学报,2012,41:210-213.

[3]程金树,李宏,汤李缨,等.微晶玻璃[m].北京:化学工业出版社,2006.