采用高溫熔融法制備鎂鋁硅系微晶玻璃,研究了CaO摻雜對晶相組成、微觀形貌以及抗彎強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、介電性能的影響,并基于Arrhenius恒定升溫速率模型計算出燒結(jié)活化能。結(jié)果表明,由于Ca原子進(jìn)入玻璃網(wǎng)絡(luò)中,CaO加入有效降低玻璃的軟化點及析晶溫度,改變玻璃的析晶傾向,同時顯著降低燒結(jié)活化能,并促進(jìn)微晶玻璃的燒結(jié)過程。次晶相(MgAl₂Si₃O₁₈)_0.6的增加導(dǎo)致微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)提高,而抗彎強(qiáng)度的提升與體積密度的增大及高熱膨脹相產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力有關(guān)。當(dāng)CaO摻雜量為3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時,在950℃燒結(jié)獲得最佳性能:抗彎強(qiáng)度為152 MPa、熱膨脹系數(shù)為3.52×10^-6/℃、介電常數(shù)為5.89、介電損耗為1.85×10^-3。 

【文章來源】：功能材料. 2020,51(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

不同CaO含量摻雜鎂鋁硅玻璃的DSC曲線

圖2為不同CaO含量摻雜鎂鋁硅微晶玻璃的XRD譜。樣品的主晶相為堇青石Mg2Si5Al4O18(PDF#89-1485),次晶相為(MgAl2Si3O18)0.6(PDF#73-2338)、ZrO2(PDF#79-1767)和CaAl2Si2O8(PDF#41-1486)。當(dāng)CaO摻雜量為3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時,主晶相的衍射峰明顯減弱,并在25.8°處出現(xiàn)了較明顯的特征峰,對應(yīng)著次晶相(MgAl2Si3O18)0.6。當(dāng)CaO摻雜量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時,次晶相(MgAl2Si3O18)0.6又逐漸減少,在27.8°出現(xiàn)了少量的新相CaAl2Si2O8。我們進(jìn)一步通過全譜擬合計算出晶相含量及結(jié)晶度的結(jié)果見表1。當(dāng)CaO含量為3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時,主晶相堇青石的含量減少到65.2%,次晶相(MgAl2Si3O18)0.6含量增加到27.4%。隨著CaO含量的增加,結(jié)晶度從41.3%先增加到51.1%再降低到39.5%。由此可見,CaO摻雜可以改變該體系的析晶傾向,因為(MgAl2Si3O18)0.6為形成堇青石的中間相,這說明CaO在一定程度上抑制中間相(MgAl2Si3O18)0.6轉(zhuǎn)變成Mg2Si5Al4O18。表1 全譜擬合計算的晶相含量及結(jié)晶度Table 1 Crystal phase content and crystallinity calculated by the whole pattern fitting method CaO %(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 0 1 2 3 5 Mg2Si5Al4O18 /% 92.7 90.5 86.4 65.2 85.7 (MgAl2Si3O18)0.6/% 0 0.4 3.8 27.4 5.4 ZrO2/% 7.3 9.1 9.7 7.5 8.2 CaAl2Si2O8/% 0 0 0 0 1 結(jié)晶度/% 41.3 49.0 51.1 41.5 39.5

可以看出,所有樣品在800 ℃開始進(jìn)入燒結(jié)狀態(tài),在890～935 ℃收縮完全達(dá)到致密化。將所得的直線斜率取平均值,計算出燒結(jié)活化活能Q。結(jié)果表明,隨著CaO的加入,燒結(jié)活化能由640.6 kJ/mol驟降至533.7 kJ/mol,并趨于穩(wěn)定,當(dāng)CaO含量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時,燒結(jié)活化能又增加到571.6 kJ/mol,說明CaO摻雜有助于該體系的燒結(jié)過程,且少量CaO(≤3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)))的降燒效果更加明顯,過量CaO反而會抑制該體系的燒結(jié)。圖4 不同CaO含量摻雜鎂鋁硅玻璃在不同升溫速率下的收縮率曲線,不同收縮率下的擬合關(guān)系曲線

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：2963570