高强度CaO-Al2O3-SiO2系封接玻璃及其着色研究

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本论文以CAS(CaO-Al2O3-SiO2)系统为研究对象,参考前人玻璃配方,做三元相图,得到最佳的基体玻璃。在最佳基体玻璃配方的基础上,外掺B2O3、Li2O,调节玻璃的热学与机械性能,研究用于封接氧化铝与氧化锆陶瓷的高强度玻璃粉体及其着色,实验成果主要如下:(1)以85.4%(xCaO-yAl2O3-zSiO2)-13.6%(Na2O+K2O)-1%(TiO2+MgO)为研究体系,通过实验发现:在x=14%,y=1922%,z=7780%范围内,均可以形成玻璃。对三元相图中玻璃组分做测试得到最佳基质组分为G6样品,具有最佳的玻璃结构,其组分为x=2%,y=20%,z=78%。其热膨胀系数、玻璃转变温度、三点弯曲强度分别为:8.5×10-6/℃,Tg=603.9℃,70MPa。(2)以G6样品的组分为基体掺入B2O3时,发现随着B2O3掺入量增加,玻璃的网络结构中逐渐形成硼氧四面体[BO4]基团,增强了玻璃网络强度;其玻璃转变温度逐渐降低,密度逐渐增大,机械性能逐渐增强,热膨胀系数逐渐减小,热膨胀系数可以在8.1-8.5×10-6/℃调节,三点弯曲强度值从70MPa增大到77.95MPa。使用固相法在1550℃制备了热膨胀系数为α(25℃-700℃)=7.86×10-6/℃的封接用氧化铝陶瓷,封接后玻璃的抗剪切强度随B2O3掺入量增大,由9.47MPa逐渐增大到24.78MPa。(3)以G6样品的组分为基体掺入Li2O时,发现随着Li2O掺入量的增加,玻璃网络结构先增强后减弱,玻璃样品的玻璃转变温度不断减小,玻璃的T先增大后减小;玻璃样品的体积密度呈现微小增大后不断减小,玻璃软化温度不断降低;三点弯曲强度呈现先增大后减小的趋势,最大值在4mol%Li2O处取得,为76.03MPa。使用固相法制备了白榴石,在玻璃粉中添加白榴石,得到在9.8-11.6×10-6/℃范围内可调节的热膨胀系数。使用固相法与共沉淀法结合在1480℃制备出热膨胀系数为α(25℃-700℃)=10.66×10-6/℃的氧化锆陶瓷。玻璃的抗剪切强度随着掺入白榴石增加而增大,由36MPa逐渐增大到46MPa。(4)在1000℃-1250℃下煅烧铝铁红、钴蓝和锆镨黄原料:在1100℃烧结后得到铝铁红A3样品的晶相和颜色最佳;在1250℃的C5样品的CoAl2O4晶相和颜色最佳;在1100℃煅烧的锆镨黄Z1样品晶相和颜色最佳。随着铝铁红和锆镨黄色料掺入含量增大,样品b*值均逐渐增大;两种色料对L*值和a*值影响相反,铝铁红降低L*并提高a*值,并且对两者影响比锆镨黄更显著;锆镨黄色料掺入使得玻璃样品提高b*值的作用更显著;玻璃样品的三点弯曲强度呈现先增大后减小的趋势。铝铁红与锆镨黄对玻璃色度的协同作用:固定铝铁红色料的含量,随着锆镨黄色料含量的增加,样品的L*值呈现先增大后减小趋势;样品的a*值先减小后增大;样品的b*值不断增大。固定锆镨黄色料的含量,随着铝铁红色料含量的增加,样品的L*值不断减小;样品的a*值不断增大;样品的b*值不断增大。
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