不同重力条件下Na2O-TeO2和PbO-B2O3玻璃的研究

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亚碲酸盐玻璃一般具有较高的密度、较高的折射率、较宽的红外透过性能,同时具有较好的介电性能,一直作为非线性光学材料进行研究。另一方面,由于这类玻璃的熔融温度较低,在温度较高时会挥发产生气体,熔融后熔体的粘度较低,玻璃形成能力强,因此被用来研究微重力下玻璃的熔化和气化,和微重力对玻璃析晶能力的影响。 本文亚碲酸钠玻璃作为研究对象,系统探索了亚碲酸钠玻璃的熔化条件,化学稳定性,玻璃抗析晶能力以及玻璃形成液体的脆性等问题,着重研究了Na2O-TeO2玻璃在落塔实验中的熔化和气化以及PbO-B2O3玻璃在落塔实验中的分相,为解释玻璃在不同重力条件下的熔化和分相等现象提供了理论依据。主要结论如下: 1.首次发现了Na2O—TeO2系统中的一个成分为Na2O·8TeO2(NT8)的新晶相,研究了Na2O·8TeO2晶体的形成和分解条件,并根据研究结果对现有的Na2O-TeO2相图进行了修改。该晶相在330℃下稳定存在,当温度达到或大于340℃时分解成Na2O·4TeO2(NT4)和TeO2。通过对NT8晶相向NT4和TeO2晶相的转变过程的研究发现,由NT8晶相向NT4和TeO2晶相的转变包括两个转变过程,即由NT8晶相向非晶中间相转变的过程和由非晶中间相向NT4和TeO2晶相转变的过程,在转变过程中出现的非晶中间相是一种非晶固态粉末。 2.认清了Na2O·4TeO2玻璃与空气中的水气发生反应的条件。此反应主要受玻璃在熔化和冷却过程中的环境湿度控制,存放过程中的空气湿度对它也有影响,这解决了困惑人们多年的落塔实验中Na2O·4TeO2玻璃析晶的问题和Na2O·4TeO2玻璃稳定性难以控制的问题,为制备空气中稳定的Na2O·4TeO2玻璃提供了明确的依据。 3.探明了Na2O—TeO2系统玻璃的合理的熔化条件,为熔制更接近设计成分的Na2O—TeO2玻璃指明了方向。通过热分析和红外分析等手段,对由不同原料在不同熔化条件下所得的玻璃进行分析,发现熔化条件不同时,由不同原料所得玻璃的性能也有很大差别,发现了不同研究者报导的同成分玻璃性能不一致的根本原因是熔制条件不同导致的玻璃成分差别。 4.发现了PbO-B2O3玻璃的一种特殊二次分相现象,提出了这种二次分相的机理并指出了现有分相相图中的不足。发现二次分相现象只在冷却较慢的试样中出现,冷却较快的试样中不出现二次分相。在高重力下分相的试样的微观结构和成分都与正常重力下发生分相的试样有显著不同, 5.探索了微重力对亚碲酸钠玻璃熔体气化的影响,分析了微重力下由于玻璃熔体气化而生成TeO2玻璃微球的过程,解释了微重力下形成的微球尺寸远远大于摘要地面模拟实验所得微球的原因。玻璃微球的尺寸主要和加热线圈内熔体的温度以及蒸气云在微重力下存在的时间有关。研究了NaZO一Teo:系统中不同成分对玻璃密度,化学稳定性,玻璃的抗析晶能力,以及玻璃形成液体的脆性等性能的影响。发现随着试样中氧化钠含量的升高,玻璃的密度显著降低,同时玻璃在水中的化学稳定性也显著降低。该系统玻璃的抗析晶能力和玻璃形成能力与试样的成分有很大关系,随着成分中氧化钠含量的升高,玻璃的抗析晶能力和玻璃形成能力则逐渐升高,当氧化钠含量在20一25mol%之间时,玻璃的抗析晶能力和玻璃形成能力最强。该系统中的玻璃形成液体为中性偏脆性液体,并且玻璃形成液体的脆性程度随氧化钠含量的升高而逐渐升高。比较了相同成分的落塔实验以及地面模拟实验所得玻璃的抗析晶能力,发现落塔实验所得试样的抗析晶能力较弱,即落塔实验所得的试样更容易析晶,这可能是由于落塔过程中高重力的影响起了主要作用。通过对落塔实验与地面模拟所得试样的热分析和红外分析发现,对于不同条件下得到的相同成分的试样,其玻璃形成液体的脆性程度基本相同,同时,落塔实验与地面模拟实验所得试样具有相同的红外光谱,这说明落塔实验对试样的脆性和结构没有明显的影响。
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