武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
为探究ZnO·Al2O3·nSiO2玻璃抗裂纹萌生能力(CR)随SiO2含量变化的演化规律，制备了一系列不同n值(n=2，2.35，2.5，2.65，3，3.5)的样品。基于CR和结构表征发现，CR随着n的增加呈先增大后减小的反常演化，并于n=2.5时出现极值(31.1 N)。这是源于随着n增大：(1)原子堆积份数逐渐减小，可致密化体积逐渐增加，从而导致CR逐步提高；(2)Al—O多面体结构单元含量逐步减少，导致CR逐步下降；(3)考虑到相界面对裂纹生长的强阻挡能力，中程异构分相(富Al和富Si相)致相界面数量呈先增多后减少的变化趋势，导致CR产生类似的非单调演化。上述三个因素的竞争和协同作用是该体系中CR呈反常演化的结构起源，但考虑到极值点附近较小的组分变化，中程异构致相界面数量随n增加呈现的非单调演变才应是CR呈反常演化的主要结构根源。
锌铝硅酸盐玻璃 抗裂纹萌生能力 玻璃结构 原子堆积份数 Al—O多面体 相界面 zinc aluminosilicate glass crack initiation resistance glass structure atomic packing density Al—O polyhedron phase interface
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
2 中航光电科技股份有限公司，洛阳 471003
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
玻璃经常在溶液或者潮湿环境下使用，水的侵蚀会影响玻璃的物理和化学性质，甚至导致玻璃失效。近年来，通过采用多尺度计算机模拟方法，对简单玻璃体系与水相互作用过程和分子尺度反应机理的认识取得了较大进展。本文聚焦石英玻璃、钠硅玻璃和钠硼硅玻璃三个简单的模型玻璃体系，在阐明其耐水性起源的基础上，概述了玻璃与水分子相互作用过程和机理的最新进展，对进一步理解复杂体系玻璃的耐水性和开发新的功能玻璃具有重要的参考价值。
石英玻璃 钠硅玻璃 钠硼硅玻璃 耐水性 水侵蚀 侵蚀机理 quartz glass sodium silicate glass sodium borosilicate glass water resistance watercorrosion corrosion mechanism
武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
作为重要的透明微晶玻璃体系，含镁锌的铝硅酸盐玻璃展现了优异的力学、光学特性。大量研究关注该体系的核化和晶体生长过程，但锌镁替换对铝硅酸盐玻璃玻璃转变和晶化行为影响的物理机理尚不明晰。本研究以xZnO·(11-x)MgO·22Al2O3·67SiO2(x%=0%,2.2%,5.5%,8.8%,11.0%，摩尔分数)玻璃为研究对象，探究锌镁替换对铝硅酸盐玻璃的玻璃转变和晶化行为的调控规律。结果表明：随着锌逐步替换镁，玻璃转变温度慢慢下降，这是由于Zn2+较弱的场强和多一个电子层的屏蔽作用，玻璃网络骨架整体键合强度降低；析出晶相从单一的莫来石相转变为莫来石与锌铝尖晶石的混合相，这是由于Zn2+具有促进铝硅酸玻璃分相的作用；析晶温度降低，这主要是由于析晶温度附近黏温曲线变得更陡峭和析晶活化能降低。
铝硅酸盐玻璃 玻璃转变 晶化行为 结构 微不均匀性 aluminosilicate glass ZnO ZnO glass transition crystallization behavior structure inhomogeneity
1 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083
2 中国科学院过程工程研究所，多相复杂系统国家重点实验室，北京 100190
3 中国科学院大学化学工程学院，北京 100049
4 武汉理工大学，硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
5 中国科学院绿色过程制造创新研究院，北京 100190
硫系玻璃光纤因具有独特的红外光学特性，在红外成像、激光传输和传感等诸多领域具有广阔的应用前景。目前，硫系玻璃光纤的拉制方法主要包括双坩埚法和预制棒拉制法。其中，双坩埚法装置复杂，预制棒拉制法需要提前制备高质量的预制棒。此外，这两种方法均要求玻璃具有较高的抗析晶能力，限制了硫系玻璃光纤新材料的开发。本工作创新性地将脉冲喷射技术引入到硫系玻璃光纤制备领域，通过硫系玻璃光纤纤芯的拉制，探索该方法在玻璃光纤制备上的可行性。通过对玻璃熔体施加持续性的脉冲扰动，坩埚底部小孔处能产生连续的射流，并且在下落过程中发生凝固，从而获得玻璃纤芯。采用该方法，成功制备了一种组成为Ge28Sb12Se60的玻璃光纤纤芯。脉冲喷射法具有装置简单、操作容易等优点，通过连续且规律的脉冲和坩埚内外压力差实现硫系玻璃光纤的拉制，与传统依靠重力拉制的方法相比，脉冲喷射法具有更为丰富的调控手段，从而为新型硫系玻璃光纤的制备提供参考。
红外玻璃 玻璃光纤 硫系玻璃 GeSbSe玻璃 光纤纤芯制备 脉冲喷射法 infrared glass glass fiber chalcogenide glass GeSbSe glass fiber core preparation pulse injection method
武汉理工大学, 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
为探究准二元铝硅玻璃硬度和抗碎裂性随组分变化的结构起源, 采用激光加热气动悬浮技术, 制备了组分为xAl2O3·(100-x)SiO2 (30≤x≤63, 摩尔分数)的系列玻璃样品。利用显微维氏硬度仪对玻璃的硬度、抗碎裂性进行了详细表征。结果表明: 随着Al2O3含量增加, 玻璃硬度逐渐升高, 于x=63时硬度最大(8.94 GPa); 而玻璃的抗碎裂性随Al2O3含量的增加呈现非线性变化, 并于x=63时出现最大的抗碎裂性(19.49 N)。结构解析发现: 随着Al2O3含量增加, 原子堆积密度和平均场键能密度的升高是导致玻璃硬度上升的原因; 存在分相的玻璃中相界面可有效提升玻璃的抗碎裂性能, 而单相均匀玻璃中Al含量的提升亦会明显提升玻璃的抗碎裂性, 这两者之间的协同和相互竞争是准二元铝硅体系玻璃抗碎裂性出现非线性变化的结构根源。莫来石相区组分的玻璃结构类似, 抗碎裂性未发生明显的变化。
铝硅酸盐玻璃 气动悬浮技术 硬度 抗碎裂性 相界面 aluminosilicate glass aerodynamic levitation technology hardness crack resistance phase interface
武汉理工大学, 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
为探究过铝区碱土铝硅酸盐玻璃随碱土离子替换硬度(HV)和玻璃转变温度(Tg)的演化规律及结构起源, 采用激光加热气动悬浮技术, 制备了摩尔组成为xRO·(49-x)Al2O3·51SiO2 (x=0~16; R=Mg, Ca, Sr, Ba)的系列碱土铝硅酸盐玻璃样品。采用显微维氏硬度仪、差示扫描量热法(DSC)分别对样品的维氏硬度(HV)和玻璃转变温度(Tg)进行了表征。结果表明: RO含量固定, 随着R2+场强变大, 玻璃的HV升高, Tg下降; RO种类固定, 随着RO对Al2O3替换量的增加, 玻璃的HV和Tg均下降, 49Al2O3·51SiO2玻璃具有最高的HV (8.26 GPa)和最高的Tg (941 ℃)。结构解析发现: 玻璃网络骨架的堆积密度、平均键能、键能密度以及作为电荷平衡体的填隙离子对玻璃HV和Tg提升或削弱的相互竞争和协同作用, 是玻璃的HV和Tg随R2+的场强变化呈现反向演化、随RO对Al2O3替换呈现同向演化的结构根源。
铝硅酸盐玻璃 过铝区 玻璃转变温度 硬度 电荷平衡体 场强 堆积密度 aluminosilicate glass peraluminous field glass transition temperature hardness charge balancer field strength packing density
