稀土摻雜氧氮玻璃及其微晶玻璃的制備、表征與性能.pdf

1、中圖分類號(hào)至Q!Z!UDC三!博士學(xué)位論文學(xué)校代碼10533稀土摻雜氧氮玻璃及其微晶玻璃的制備、表征與性能Preparation，characterizationandpropertiesofrareearthdopedoxynitrideglassanditsglass—ceramics作者姓名：羅志偉學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究方向：無(wú)機(jī)非金屬新材料學(xué)院(系、所)：材料科學(xué)與工程學(xué)院指導(dǎo)教師：盧安賢教授答辯委員會(huì)主席中南大學(xué)2013年5月博

2、士學(xué)位論文摘要稀土摻雜氧氮玻璃及其微晶玻璃的制備、表征與性能摘要：氧氮玻璃是氧化物玻璃(如硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃和磷酸鹽玻璃等)網(wǎng)絡(luò)中的部分氧原子被氮原子取代后獲得的一類高性能玻璃。與普通氧化物玻璃相比，氧氮玻璃的轉(zhuǎn)變溫度、顯微硬度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量、斷裂韌性和折射率等都顯著提高，而熱膨脹系數(shù)明顯降低。由于氧氮玻璃具有上述優(yōu)異性能，其在許多領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用，如：電腦硬盤的高彈性模量玻璃、陶瓷用封接玻璃、金屬涂層、長(zhǎng)期存儲(chǔ)核廢料的封裝

3、玻璃、高溫應(yīng)用的高電阻率涂層、玻璃纖維、透明裝甲用防彈玻璃等。同時(shí)，將氧氮玻璃進(jìn)行熱處理可制備出含特定晶相的氧氮微晶玻璃，這是一種非常有前景的氧化物氮化物復(fù)合材料。其中，原位生長(zhǎng)D—Si3N。增強(qiáng)微晶玻璃因具有優(yōu)良的綜合高溫力學(xué)性能(如高溫抗彎強(qiáng)度、高溫?cái)嗔秧g性及抗熱沖擊性等)而成為近年來(lái)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文選取氧氮玻璃、氧氮微晶玻璃及Si3N4基微晶玻璃復(fù)合材料為研究對(duì)象。利用示差量熱掃描分析(DSC)、X射線衍射(Ⅺ

4、m)、掃描電鏡(SEM)結(jié)合能譜分析(EDS)、紅外光譜(IR)等手段研究了氧氮玻璃的成形與制備技術(shù)，探索了稀土摻雜和氮含量與氧氮玻璃的結(jié)構(gòu)、熱學(xué)性能和力學(xué)性能間的相關(guān)性，考察了化學(xué)組成和熱處理工藝對(duì)氧氮微晶玻璃和Si3N4基微晶玻璃復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。獲得如下主要研究結(jié)果：以Y20”L赴O”CaC03、A120”Si02、A1F3“3H20和Si3N4等為原料，使用通氮?dú)獗Ｗo(hù)的真空電阻爐，采用熔體冷卻法，在相對(duì)較低的溫度

5、下(15501650℃)成功制備了半透明且無(wú)缺陷的RE—Ca—Si—A1一O—N(RE=Y，La)體系大塊氧氮玻璃，并獲得其大致玻璃形成范圍。采用XRD分析方法驗(yàn)證了Y—Ca—SiAI—O—N樣品的玻璃非晶態(tài)特征，并利用IR光譜分析了玻璃的基本結(jié)構(gòu)單元。研究了N含量和Y含量對(duì)氧氮玻璃的密度、玻璃轉(zhuǎn)變溫度、熱膨脹系數(shù)、析晶峰溫度、化學(xué)穩(wěn)定性和維氏顯微硬度的影響。結(jié)果表明，玻璃的上述性能隨N含量或Y含量的變化近似于呈現(xiàn)線性變化趨勢(shì)。研究了L