AE（碱土元素）-Si-Al-O-N-（F）玻璃的制备与性能研究
发布时间：2021-07-30 04:38
与相应的氧化物玻璃对比,氧氮玻璃具有高的硬度、抗弯强度、弹性模量,低的热膨胀系数和良好的化学稳定性,这使得氧氮玻璃的研究一直深受研究者们的关注。本文以碱土氧氮玻璃作为研究对象,通过XRD、红外光谱、核磁共振、拉曼光谱分析和性能测试等方法系统地研究了碱土元素种类、不同碱土元素混合比例和不同氟元素加入量对氧氮玻璃的内部组成、玻璃结构以及物理性能、热学性能和机械性能的影响。主要研究结果如下:采用溶胶凝胶法制备AE-Si-Al-O-N（AE:Mg、Ca、Sr、Ba）玻璃,系统地研究了不同碱土元素对于玻璃的结构和性能的影响。结果表明:随着碱土元素阳离子场强的增大,玻璃的内部结构发生变化,高聚合程度的结构单元数量逐渐变多,玻璃网络更加致密化;玻璃的密度、摩尔体积和热膨胀系数不断变小,硬度、玻璃化转变温度逐渐提高。采用溶胶凝胶法制备了混合碱土（Mg、Ca）氧氮玻璃,并研究了碱土元素不同混合水平对玻璃结构与性能的影响。结果表明:两种碱土元素混合时,随着Ca O对Mg O的不断取代,玻璃结构逐渐变得疏松,红外和拉曼光谱分析显示玻璃结构出现较为明显的混合碱土效应。玻璃的密度、摩尔体积和热膨胀系数随着Ca ...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液相烧结氮化硅和晶间氧氮玻璃相的示意图[7]
1绪论21.1.2氧氮玻璃的结构与性质对于氧氮玻璃而言，其含有的基本离子包括氧离子和硅离子，可以认为氧氮玻璃的基本结构单元仍然是硅氧四面体，所以用硅氧四面体的不同连接方式Qn（n=0、1、2、3、4）来描述氧氮玻璃的结构，其中Q代表硅氧四面体，n代表桥氧数目，每种单元对应着一种连接方式，具体如图1.2所示。对于玻璃而言，n值越大，硅氧四面体构成的玻璃网络结构就越致密化。图1.2硅酸盐玻璃中可能存在的连接方式当玻璃中引入氮元素之后，三价的氮取代之前二价氧的位置，玻璃的网络结构更加致密化。玻璃中氮元素的存在形式主要有三种：N[3],N[2]和N[1]，如图1.3所示，N[0]和N[4]在玻璃中存在的可能性则很小，因为在相应的结晶相中没有观察到N[0]，而N[4]则非常罕见。而N元素的引入对于玻璃性能的提升程度主要取决于N[3]的数量和比例，所以明确玻璃中引入氮元素的具体存在形式特别是N[3]的数量与比例对于研究玻璃结构与性能具有重要的指导意义。目前来说，证明玻璃中N[3]的存在可以分为两种方式：直接证明和间接证明。直接证明是指采用核磁共振[8,9]、XPS[10]、红外和拉曼光谱[11]等方式直接得出玻璃的结构信息，直接证明不仅可以定性证明N[3]的存在，而且可以对其进行定量分析；而间接证明是指通过玻璃的各项性能比如物理性能、力学性能、热学性能等的提升得出玻璃中存在N[3]，基本上只能进行定性分析。
1绪论3图1.3硅酸盐氮氧玻璃中N原子的可能连接形式除了基本阳离子硅以外，氧氮玻璃还可能包含碱金属、碱土金属和稀土金属离子等，这些阳离子不参与网络结构的构筑，但会作为网络中间离子或网络修饰离子调整结构。如图1.4所示是铝硅酸盐氧氮玻璃可能的内部结构示意图，形成网络的阳离子Si4+和Al3+占据四面体位置的中心，并通过桥接的氧和氮原子进行连接。修饰阳离子M3+不仅要平衡四面体[AlO4]-的过量电荷，而且还会和阴离子相连，连接非桥连的氮和氧。图1.4铝硅酸盐氧氮玻璃结构示意图[12]对于氧氮玻璃而言，由于玻璃中部分氧特别是桥氧被氮所取代，玻璃结构更加的致密化，使得玻璃的性能比如物理性能、热学性能、力学性能等都得到很大的提升[13-30]。1.物理性能对于玻璃而言，由于氮元素的引入，玻璃的致密度更高、密度逐渐增大，摩尔体积逐渐变校如图1.5所示，Dolekcekic等人[31]研究的氮含量对成分为37Y：42Si：21Al（eq％）的玻璃的摩尔体积和致密度的影响，可以看出玻璃的致密度随着N含量的增加而线性变大，摩尔体积线性变校除了N元素，阳离子对于
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用悬浮熔炼法制备含氮铝酸盐玻璃[J]. 徐诚,刘小峰,邱建荣. 硅酸盐学报. 2018(11)
[2]悬浮法制备新型功能玻璃[J]. 邱建荣,徐诚,刘小峰. 硅酸盐学报. 2018(01)
[3]Y或La对Ca-Si-Al-O-N氧氮玻璃结构与性能的影响[J]. 罗志伟,刘学锋,王克强,胡晓林,卢安贤. 中南大学学报(自然科学版). 2013(11)
[4]氮和钇对Y-Ca-Si-Al-O-N系氧氮玻璃结构与性能的影响[J]. 罗志伟,瞿高,刘学峰,陈兴军,卢安贤. 中国有色金属学报. 2013(05)
[5]Mg取代Y对Y-Mg-Si-Al-O-N氧氮玻璃性质的影响[J]. 李秀英,卢安贤,肖卓豪,左成钢. 硅酸盐学报. 2008(10)
本文编号：3310709
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液相烧结氮化硅和晶间氧氮玻璃相的示意图[7]
1绪论21.1.2氧氮玻璃的结构与性质对于氧氮玻璃而言，其含有的基本离子包括氧离子和硅离子，可以认为氧氮玻璃的基本结构单元仍然是硅氧四面体，所以用硅氧四面体的不同连接方式Qn（n=0、1、2、3、4）来描述氧氮玻璃的结构，其中Q代表硅氧四面体，n代表桥氧数目，每种单元对应着一种连接方式，具体如图1.2所示。对于玻璃而言，n值越大，硅氧四面体构成的玻璃网络结构就越致密化。图1.2硅酸盐玻璃中可能存在的连接方式当玻璃中引入氮元素之后，三价的氮取代之前二价氧的位置，玻璃的网络结构更加致密化。玻璃中氮元素的存在形式主要有三种：N[3],N[2]和N[1]，如图1.3所示，N[0]和N[4]在玻璃中存在的可能性则很小，因为在相应的结晶相中没有观察到N[0]，而N[4]则非常罕见。而N元素的引入对于玻璃性能的提升程度主要取决于N[3]的数量和比例，所以明确玻璃中引入氮元素的具体存在形式特别是N[3]的数量与比例对于研究玻璃结构与性能具有重要的指导意义。目前来说，证明玻璃中N[3]的存在可以分为两种方式：直接证明和间接证明。直接证明是指采用核磁共振[8,9]、XPS[10]、红外和拉曼光谱[11]等方式直接得出玻璃的结构信息，直接证明不仅可以定性证明N[3]的存在，而且可以对其进行定量分析；而间接证明是指通过玻璃的各项性能比如物理性能、力学性能、热学性能等的提升得出玻璃中存在N[3]，基本上只能进行定性分析。
1绪论3图1.3硅酸盐氮氧玻璃中N原子的可能连接形式除了基本阳离子硅以外，氧氮玻璃还可能包含碱金属、碱土金属和稀土金属离子等，这些阳离子不参与网络结构的构筑，但会作为网络中间离子或网络修饰离子调整结构。如图1.4所示是铝硅酸盐氧氮玻璃可能的内部结构示意图，形成网络的阳离子Si4+和Al3+占据四面体位置的中心，并通过桥接的氧和氮原子进行连接。修饰阳离子M3+不仅要平衡四面体[AlO4]-的过量电荷，而且还会和阴离子相连，连接非桥连的氮和氧。图1.4铝硅酸盐氧氮玻璃结构示意图[12]对于氧氮玻璃而言，由于玻璃中部分氧特别是桥氧被氮所取代，玻璃结构更加的致密化，使得玻璃的性能比如物理性能、热学性能、力学性能等都得到很大的提升[13-30]。1.物理性能对于玻璃而言，由于氮元素的引入，玻璃的致密度更高、密度逐渐增大，摩尔体积逐渐变校如图1.5所示，Dolekcekic等人[31]研究的氮含量对成分为37Y：42Si：21Al（eq％）的玻璃的摩尔体积和致密度的影响，可以看出玻璃的致密度随着N含量的增加而线性变大，摩尔体积线性变校除了N元素，阳离子对于
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用悬浮熔炼法制备含氮铝酸盐玻璃[J]. 徐诚,刘小峰,邱建荣. 硅酸盐学报. 2018(11)
[2]悬浮法制备新型功能玻璃[J]. 邱建荣,徐诚,刘小峰. 硅酸盐学报. 2018(01)
[3]Y或La对Ca-Si-Al-O-N氧氮玻璃结构与性能的影响[J]. 罗志伟,刘学锋,王克强,胡晓林,卢安贤. 中南大学学报(自然科学版). 2013(11)
[4]氮和钇对Y-Ca-Si-Al-O-N系氧氮玻璃结构与性能的影响[J]. 罗志伟,瞿高,刘学峰,陈兴军,卢安贤. 中国有色金属学报. 2013(05)
[5]Mg取代Y对Y-Mg-Si-Al-O-N氧氮玻璃性质的影响[J]. 李秀英,卢安贤,肖卓豪,左成钢. 硅酸盐学报. 2008(10)
本文编号：3310709
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