无容器凝固-热压烧结法制备大尺寸新型氧化物玻璃
发布时间：2022-05-08 08:21
缺乏SiO2、B2O3、P2O5和GeO2等玻璃网络形成体的新型氧化物玻璃由于其特殊的结构组成,从而具有超高折射率等优异的光学性能,在激光、镜头、显像、闪烁发光等领域具有广阔的应用前景。但是这种新型氧化物玻璃的玻璃形成能力低,易析晶且熔点高,无法用传统的熔融冷却法进行制备。无容器凝固技术可以有效抑制由容器壁接触导致的非均匀形核,使熔体达到深过冷状态并实现快速凝固,制备出不含传统网络形成体的新型氧化物玻璃材料。然而,无容器凝固技术得到的样品尺寸极其有限,通常为3-5mm,限制了其发展应用。为了获得大尺寸新型无网络形成体玻璃,本论文采用了非晶粉末烧结的方法。首先通过无容器凝固技术制备出玻璃小球,然后经过破碎研磨得到非晶粉末,在温度动力学窗口ΔT内进行热压烧结,在保持非晶的前提下,实现了非晶粉末的快速致密化,得到了大尺寸新型氧化物玻璃。本论文分别制备了La2O3-TiO2-SiO2
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
35La2O3-(0.65-x)Nb2O5-xTa2O5玻璃的折射率分布和近红外波段透过率
ＡЩ?手械姆植际蔷?群退婊?摹Ｕ?些研究表明气悬浮法是一种有效的方法来制备稀土离子分布均匀的玻璃。成茵等[17,18]研究了碲酸盐玻璃中的上转换发光现象。李建强等[19-21]采用无容器凝固技术成功制备了Nb2O5-La2O3-ZrO2上转换发光基质玻璃，并且探讨了La2O3含量和热处理温度对上转换发光的影响，La2O3的加入会影响样品的网络结构，当其含量为10%时，Nb2O5-La2O3-ZrO2上转换发光基质玻璃的热稳定性和发光性能最好；热处理温度对样品的影响，并不是线性关系，随着热处理温度的增高，样品的发光性能先降低后增高。图1-2(a)在980nm激发下Er3+/Yb3+共掺杂TLT玻璃的上转换发射光谱，(1)2H11/2→4I15/2,(2)4S3/2→4I15/2,(3)4F9/2→4I15/2，内插图显示在980nm激发下具有12.3mW的TLT玻璃。(b)TLT玻璃中Er3+/Yb3+的上转换发光机制的示意图。Fig.1-2(a)UpconversionemissionspectrumofEr3+/Yb3+co-dopedTLTglassunder980nmexcitation.(1)2H11/2→4I15/2,(2)4S3/2→4I15/2,(3)4F9/2→4I15/2.InsetshowsTLTglassunderthe980nmexcitationwith12.3mW.(b)SchematicillustrationoftheupconversionluminescencemechanismsofEr3+/Yb3+inTLTglass.1.2.4无容器凝固技术制备亚稳相光纤材料Weber等[22]通过改进气动悬浮装置后，成功制备出YAG组分玻璃光纤，具体的方法是让YAG熔体处于悬浮状态下，此时YAG熔体依然处于深过冷度状态并且具有较高的粘度，然后通过一个金属细针从悬浮的YAG熔体中牵引出光纤的一端，拉制出玻璃光纤，其装置和制备得到的YAG组分玻璃光纤样品如图
71-3所示。该方法制备得到的YAG组分玻璃光纤样品克服了传统SiO2管线透光波长范围小的缺陷，使光能在波长更高的范围内透过，在光纤领域表现出良好的应用前景。图1-3悬浮熔炼方法拉制光纤原理示意图与YAG组分玻璃光纤样品Fig.1-3DiagramoftheapparatususedtomakefibresfromlevitateddropsofundercooledmoltenoxidesandphotographofglassfibrespulledfromundercooledmoltenYAG-compositionmaterials.1.2.5无容器凝固-非晶晶化法制备透明陶瓷通过无容器凝固技术可以获得某些难熔氧化物玻璃前驱体材料，然后通过非晶晶化法得到其透明陶瓷，即通过简单的热处理使之析晶，从而得到光学透过性好的玻璃陶瓷。通过控制退火的温度、时间等工艺参数，有利于阻止晶粒长大，获得纳米透明陶瓷。法国国家科学研究院（CNRS）的Allix等[23-26]道了BaAl4O7、Sr3Ga2O6和Sr3Al2O6透明陶瓷的制备，得到的透明陶瓷材料具有超高的透过率，例如Sr3Al2O6透明陶瓷在较宽的波长范围内透过率达到了90%以上，这是因为通过无容器凝固-非晶晶化法得到的样品高度致密，从微观结构看，样品的内部几乎不含气孔，并且具有非常薄的晶界，从而大幅减少了由气孔和晶界导致的光散射。Sr3Al2O6透明陶瓷的红外截止波长较高，透光波长范围较大，在制备过程中掺杂稀土离子Eu3+后还能拥有良好的上转换发光性能。另外，Allix团队在研究Al2O3-BaO透明陶瓷的过程中，还发现BaAl4O7-BaAl2O4复相陶瓷的透明度比纯BaAl4O7陶瓷的透明度高，这是因为在BaAl4O7-BaAl2O4复相陶瓷中纳米尺度的BaAl2O4晶粒可以抑制BaAl4O7晶粒的长大，从而减少了材料双折射导致的光散射，而且得到的样品保留了BaAl4O7的闪烁特性，这种新型复相陶瓷表现出更简便的制备过程，特别是玻璃成型过程，可以进一?
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]热压烧结法制备大尺寸La2O3-TiO2-SiO2非晶材料的研究[J]. 李仁意,李晓禹,李建强,赵建玲,马晓光,贺刚,李江涛. 无机材料学报. 2017(08)
[3]无容器制备Er3+/Yb3+共掺La2O3-TiO2-ZrO2玻璃及其上转换发光研究[J]. 朱美娟,余建定,张明辉,谷彦静,李勤,方必军,赵洪阳,沈清. 无机材料学报. 2015(04)
[4]La2O3含量对Tm3+掺杂碲酸盐玻璃热稳定性及光学性能的影响[J]. 吴钟晴,成茵,周伟伟,吴腾宴,杨海军. 光电子.激光. 2014(05)
[5]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[6]Tm3+离子浓度对碲酸盐玻璃热稳定性及光谱性能的影响[J]. 吴腾宴,成茵,吴钟晴,杨海军,周伟伟. 硅酸盐通报. 2013(04)
博士论文
[1]无容器凝固—非晶晶化法制备YAG基纳米透明陶瓷的研究[D]. 马晓光.中国地质大学(北京) 2017
硕士论文
[1]无容器法制备铌酸盐上转换发光材料[D]. 栗佳颖.清华大学 2016
本文编号：3651289
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
35La2O3-(0.65-x)Nb2O5-xTa2O5玻璃的折射率分布和近红外波段透过率
ＡЩ?手械姆植际蔷?群退婊?摹Ｕ?些研究表明气悬浮法是一种有效的方法来制备稀土离子分布均匀的玻璃。成茵等[17,18]研究了碲酸盐玻璃中的上转换发光现象。李建强等[19-21]采用无容器凝固技术成功制备了Nb2O5-La2O3-ZrO2上转换发光基质玻璃，并且探讨了La2O3含量和热处理温度对上转换发光的影响，La2O3的加入会影响样品的网络结构，当其含量为10%时，Nb2O5-La2O3-ZrO2上转换发光基质玻璃的热稳定性和发光性能最好；热处理温度对样品的影响，并不是线性关系，随着热处理温度的增高，样品的发光性能先降低后增高。图1-2(a)在980nm激发下Er3+/Yb3+共掺杂TLT玻璃的上转换发射光谱，(1)2H11/2→4I15/2,(2)4S3/2→4I15/2,(3)4F9/2→4I15/2，内插图显示在980nm激发下具有12.3mW的TLT玻璃。(b)TLT玻璃中Er3+/Yb3+的上转换发光机制的示意图。Fig.1-2(a)UpconversionemissionspectrumofEr3+/Yb3+co-dopedTLTglassunder980nmexcitation.(1)2H11/2→4I15/2,(2)4S3/2→4I15/2,(3)4F9/2→4I15/2.InsetshowsTLTglassunderthe980nmexcitationwith12.3mW.(b)SchematicillustrationoftheupconversionluminescencemechanismsofEr3+/Yb3+inTLTglass.1.2.4无容器凝固技术制备亚稳相光纤材料Weber等[22]通过改进气动悬浮装置后，成功制备出YAG组分玻璃光纤，具体的方法是让YAG熔体处于悬浮状态下，此时YAG熔体依然处于深过冷度状态并且具有较高的粘度，然后通过一个金属细针从悬浮的YAG熔体中牵引出光纤的一端，拉制出玻璃光纤，其装置和制备得到的YAG组分玻璃光纤样品如图
71-3所示。该方法制备得到的YAG组分玻璃光纤样品克服了传统SiO2管线透光波长范围小的缺陷，使光能在波长更高的范围内透过，在光纤领域表现出良好的应用前景。图1-3悬浮熔炼方法拉制光纤原理示意图与YAG组分玻璃光纤样品Fig.1-3DiagramoftheapparatususedtomakefibresfromlevitateddropsofundercooledmoltenoxidesandphotographofglassfibrespulledfromundercooledmoltenYAG-compositionmaterials.1.2.5无容器凝固-非晶晶化法制备透明陶瓷通过无容器凝固技术可以获得某些难熔氧化物玻璃前驱体材料，然后通过非晶晶化法得到其透明陶瓷，即通过简单的热处理使之析晶，从而得到光学透过性好的玻璃陶瓷。通过控制退火的温度、时间等工艺参数，有利于阻止晶粒长大，获得纳米透明陶瓷。法国国家科学研究院（CNRS）的Allix等[23-26]道了BaAl4O7、Sr3Ga2O6和Sr3Al2O6透明陶瓷的制备，得到的透明陶瓷材料具有超高的透过率，例如Sr3Al2O6透明陶瓷在较宽的波长范围内透过率达到了90%以上，这是因为通过无容器凝固-非晶晶化法得到的样品高度致密，从微观结构看，样品的内部几乎不含气孔，并且具有非常薄的晶界，从而大幅减少了由气孔和晶界导致的光散射。Sr3Al2O6透明陶瓷的红外截止波长较高，透光波长范围较大，在制备过程中掺杂稀土离子Eu3+后还能拥有良好的上转换发光性能。另外，Allix团队在研究Al2O3-BaO透明陶瓷的过程中，还发现BaAl4O7-BaAl2O4复相陶瓷的透明度比纯BaAl4O7陶瓷的透明度高，这是因为在BaAl4O7-BaAl2O4复相陶瓷中纳米尺度的BaAl2O4晶粒可以抑制BaAl4O7晶粒的长大，从而减少了材料双折射导致的光散射，而且得到的样品保留了BaAl4O7的闪烁特性，这种新型复相陶瓷表现出更简便的制备过程，特别是玻璃成型过程，可以进一?
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]热压烧结法制备大尺寸La2O3-TiO2-SiO2非晶材料的研究[J]. 李仁意,李晓禹,李建强,赵建玲,马晓光,贺刚,李江涛. 无机材料学报. 2017(08)
[3]无容器制备Er3+/Yb3+共掺La2O3-TiO2-ZrO2玻璃及其上转换发光研究[J]. 朱美娟,余建定,张明辉,谷彦静,李勤,方必军,赵洪阳,沈清. 无机材料学报. 2015(04)
[4]La2O3含量对Tm3+掺杂碲酸盐玻璃热稳定性及光学性能的影响[J]. 吴钟晴,成茵,周伟伟,吴腾宴,杨海军. 光电子.激光. 2014(05)
[5]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[6]Tm3+离子浓度对碲酸盐玻璃热稳定性及光谱性能的影响[J]. 吴腾宴,成茵,吴钟晴,杨海军,周伟伟. 硅酸盐通报. 2013(04)
博士论文
[1]无容器凝固—非晶晶化法制备YAG基纳米透明陶瓷的研究[D]. 马晓光.中国地质大学(北京) 2017
硕士论文
[1]无容器法制备铌酸盐上转换发光材料[D]. 栗佳颖.清华大学 2016
本文编号：3651289
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