高强度抗菌二硅酸锂玻璃陶瓷的制备及性能研究

发布时间：2020-09-24 21:03

　　本文采用高温熔融法及相应热处理工艺制备了高强度抗菌二硅酸锂玻璃陶瓷。以P_2O_5与ZrO_2为复合成核剂,Ag_2O和ZnO为协同抗菌剂。利用DSC、XRD、SEM、各种物理性能及生物性能等方面的测试,确定了基础玻璃陶瓷的热处理工艺;研究了ZnO对抗菌二硅酸锂玻璃陶瓷微观结构及宏观性能的影响;探讨了SrO对引入生物活性的抗菌二硅酸锂玻璃陶瓷力学性能方面的影响。研究发现,超过0.2 wt%的Ag_2O会使二硅酸锂玻璃陶瓷产生强烈的着色,适量的ZnO可以明显提高玻璃陶瓷的抗菌性能。ZnO含量在4.0 wt%以内时,可以保证玻璃陶瓷抗弯强度达到300 MPa以上,并拓宽其透明度范围。引入超过3.0 wt%的ZnO会在玻璃陶瓷内部形成Li_3Zn_(0.5)SiO_4。过量ZnO的引入会抑制Li_2Si_2O_5晶相的形成,从而降低玻璃陶瓷的抗弯强度。SrO的引入可以使玻璃陶瓷中玻璃相的结构变得致密,从而提高二硅酸锂玻璃陶瓷的硬度。添加适量的SrO(2.0 wt%)会促进玻璃陶瓷内部形成具有较高强度的β-石英固溶体(Li_2Al_2Si_3O_(10)),这种细小晶粒通过弥散强化提高了二硅酸锂玻璃陶瓷的抗弯强度,其平均值在SrO含量为2.0 wt%时达到最大322MPa。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ171.733
【部分图文】：

相图,玻璃体,相图,晶相

第二章实验内容与测试方法陶瓷的综合性能主要取决于三大因素：原始玻璃的组份、微晶粒的尺寸玻璃相的性质与含量。后两种因素主要取决于玻璃的晶化热处理制度，也是在玻璃原始组成所能形成的全部晶相范围内调整。因此，基础玻璃计至关重要。础玻璃各物质的作用及配方的组分设计 Li2O-SiO2玻璃体系的相图(图 2.1)，SiO2的含量在 58 %~70 %之间的玻上热处理后会析出 Li2SiO3 和 Li2Si2O5 晶相[47]。按照二硅酸锂(Li2Si2O5)晶元素的比例，若想玻璃陶瓷析出的主晶相全部为 Li2Si2O5，最佳 SiO2和为 2:1。但其形成过程中 Li2SiO3、Li3PO4等晶相的析出也是不可避免的玻璃陶瓷中要形成更多的 Li2SiO3与 Li2Si2O5晶粒，SiO2与 Li2O 最佳摩[48]。

基础玻璃,制备工艺,退火炉

研磨混合好的原料装入事先在马弗炉中预热过的 50 ml 中，1450 oC 下熔融 1 h，获得均匀澄清的玻璃熔液。开炉门，夹出刚玉坩埚，将均化好的玻璃液浇入提前预石墨模具中后，然后将模具置于退火炉中进行退火处理品送入预先升温至 500 oC 的退火炉中保温 1 h 后，随炉玻璃内部的残余应力。

热膨胀曲线,基础玻璃,热膨胀曲线,晶相

图 3.1 基础玻璃的热膨胀曲线图（左）与差热分析曲线图（右）基础玻璃从 680 ℃到 800 ℃每隔 20 ℃热处理 30 min，得到样品的晶相组成如图 3.2示。可以看到，680 ℃时玻璃陶瓷内部共同存在 Li2SiO3和 Li2Si2O5两种晶相。随温的逐渐升高，Li2Si2O5晶相含量逐渐增加，Li2SiO3晶相含量逐渐降低。当温度达到0 ℃时，Li2SiO3晶相几乎全部消失。温度达到 800 ℃时，玻璃陶瓷内部晶相基本全 Li2Si2O5。此晶相变化与 Wen 等人研究的不同温度区间所存在的晶相组成相似，说 Li2SiO3是一种高温不稳定相，从低温 680 ℃向高温 800 ℃升温伴随着晶相 Li2SiO3 Li2Si2O5的转变[26]。而 Li2Si2O5是一种高温稳定相，温度的升高有利于 Li2Si2O5晶粒生长。

【参考文献】