發(fā)布時間：2021-07-30 04:38

　　與相應(yīng)的氧化物玻璃對比,氧氮玻璃具有高的硬度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量,低的熱膨脹系數(shù)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性,這使得氧氮玻璃的研究一直深受研究者們的關(guān)注。本文以堿土氧氮玻璃作為研究對象,通過XRD、紅外光譜、核磁共振、拉曼光譜分析和性能測試等方法系統(tǒng)地研究了堿土元素種類、不同堿土元素混合比例和不同氟元素加入量對氧氮玻璃的內(nèi)部組成、玻璃結(jié)構(gòu)以及物理性能、熱學(xué)性能和機(jī)械性能的影響。主要研究結(jié)果如下:采用溶膠凝膠法制備AE-Si-Al-O-N（AE:Mg、Ca、Sr、Ba）玻璃,系統(tǒng)地研究了不同堿土元素對于玻璃的結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:隨著堿土元素陽離子場強(qiáng)的增大,玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,高聚合程度的結(jié)構(gòu)單元數(shù)量逐漸變多,玻璃網(wǎng)絡(luò)更加致密化;玻璃的密度、摩爾體積和熱膨脹系數(shù)不斷變小,硬度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸提高。采用溶膠凝膠法制備了混合堿土（Mg、Ca）氧氮玻璃,并研究了堿土元素不同混合水平對玻璃結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明:兩種堿土元素混合時,隨著Ca O對Mg O的不斷取代,玻璃結(jié)構(gòu)逐漸變得疏松,紅外和拉曼光譜分析顯示玻璃結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較為明顯的混合堿土效應(yīng)。玻璃的密度、摩爾體積和熱膨脹系數(shù)隨著Ca ... 

【文章來源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

液相燒結(jié)氮化硅和晶間氧氮玻璃相的示意圖[7]

1緒論21.1.2氧氮玻璃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對于氧氮玻璃而言，其含有的基本離子包括氧離子和硅離子，可以認(rèn)為氧氮玻璃的基本結(jié)構(gòu)單元仍然是硅氧四面體，所以用硅氧四面體的不同連接方式Qn（n=0、1、2、3、4）來描述氧氮玻璃的結(jié)構(gòu)，其中Q代表硅氧四面體，n代表橋氧數(shù)目，每種單元對應(yīng)著一種連接方式，具體如圖1.2所示。對于玻璃而言，n值越大，硅氧四面體構(gòu)成的玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就越致密化。圖1.2硅酸鹽玻璃中可能存在的連接方式當(dāng)玻璃中引入氮元素之后，三價(jià)的氮取代之前二價(jià)氧的位置，玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密化。玻璃中氮元素的存在形式主要有三種：N[3],N[2]和N[1]，如圖1.3所示，N[0]和N[4]在玻璃中存在的可能性則很小，因?yàn)樵谙鄳?yīng)的結(jié)晶相中沒有觀察到N[0]，而N[4]則非常罕見。而N元素的引入對于玻璃性能的提升程度主要取決于N[3]的數(shù)量和比例，所以明確玻璃中引入氮元素的具體存在形式特別是N[3]的數(shù)量與比例對于研究玻璃結(jié)構(gòu)與性能具有重要的指導(dǎo)意義。目前來說，證明玻璃中N[3]的存在可以分為兩種方式：直接證明和間接證明。直接證明是指采用核磁共振[8,9]、XPS[10]、紅外和拉曼光譜[11]等方式直接得出玻璃的結(jié)構(gòu)信息，直接證明不僅可以定性證明N[3]的存在，而且可以對其進(jìn)行定量分析；而間接證明是指通過玻璃的各項(xiàng)性能比如物理性能、力學(xué)性能、熱學(xué)性能等的提升得出玻璃中存在N[3]，基本上只能進(jìn)行定性分析。

1緒論3圖1.3硅酸鹽氮氧玻璃中N原子的可能連接形式除了基本陽離子硅以外，氧氮玻璃還可能包含堿金屬、堿土金屬和稀土金屬離子等，這些陽離子不參與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，但會作為網(wǎng)絡(luò)中間離子或網(wǎng)絡(luò)修飾離子調(diào)整結(jié)構(gòu)。如圖1.4所示是鋁硅酸鹽氧氮玻璃可能的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，形成網(wǎng)絡(luò)的陽離子Si4+和Al3+占據(jù)四面體位置的中心，并通過橋接的氧和氮原子進(jìn)行連接。修飾陽離子M3+不僅要平衡四面體[AlO4]-的過量電荷，而且還會和陰離子相連，連接非橋連的氮和氧。圖1.4鋁硅酸鹽氧氮玻璃結(jié)構(gòu)示意圖[12]對于氧氮玻璃而言，由于玻璃中部分氧特別是橋氧被氮所取代，玻璃結(jié)構(gòu)更加的致密化，使得玻璃的性能比如物理性能、熱學(xué)性能、力學(xué)性能等都得到很大的提升[13-30]。1.物理性能對于玻璃而言，由于氮元素的引入，玻璃的致密度更高、密度逐漸增大，摩爾體積逐漸變校如圖1.5所示，Dolekcekic等人[31]研究的氮含量對成分為37Y：42Si：21Al（eq％）的玻璃的摩爾體積和致密度的影響，可以看出玻璃的致密度隨著N含量的增加而線性變大，摩爾體積線性變校除了N元素，陽離子對于

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]利用懸浮熔煉法制備含氮鋁酸鹽玻璃[J]. 徐誠,劉小峰,邱建榮.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2018(11)
[2]懸浮法制備新型功能玻璃[J]. 邱建榮,徐誠,劉小峰.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2018(01)
[3]Y或La對Ca-Si-Al-O-N氧氮玻璃結(jié)構(gòu)與性能的影響[J]. 羅志偉,劉學(xué)鋒,王克強(qiáng),胡曉林,盧安賢.  中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(11)
[4]氮和釔對Y-Ca-Si-Al-O-N系氧氮玻璃結(jié)構(gòu)與性能的影響[J]. 羅志偉,瞿高,劉學(xué)峰,陳興軍,盧安賢.  中國有色金屬學(xué)報(bào). 2013(05)
[5]Mg取代Y對Y-Mg-Si-Al-O-N氧氮玻璃性質(zhì)的影響[J]. 李秀英,盧安賢,肖卓豪,左成鋼.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2008(10)



本文編號：3310709