1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
SiO2-BaO基微晶玻璃以其膨胀系数高、耐高性能优异而成为耐高密封领域研究的热点, 但稀土氧化物对该类封接玻璃改性的影响研究尚不多见。本工作研究不同高阳离子场强(Cation field strength, CFS)的稀土氧化物取代传统碱土氧化物BaO对新型富稀土—SiO2-BaO-Ln2O3(SBLn, Ln=La、Sm、Er、Yb)系列玻璃的网络结构、结晶行为、微观结构和高温性能的影响。随着稀土阳离子场强由2.82(La3+)增大到3.98(Yb3+), SBLn玻璃的玻璃转变温度(Tg)、析晶起始温度(Tx)、析晶峰值温度(Tp)均逐渐增加, 说明高稀土阳离子场强有利于提高SBLn玻璃的热稳定性。四类富稀土SBLn玻璃的结晶相均由BaSiO3和BaSi2O5相组成, 随稀土阳离子场强增大, BaSiO3相减少、BaSi2O5相增多, 稀土元素只存在于玻璃相中, 不参与晶相析出。随着稀土阳离子场强增加, SBLn微晶玻璃的热膨胀系数(Coefficient of thermal expansion, CTE)由12.52×10-6/℃增大到13.13×10-6/℃(30~800 ℃), 但析晶量下降导致软化温度从1313.5 ℃降至1174.1 ℃。总之, 富稀微晶玻璃材料高热膨胀系数大于12×10-6/℃、软化温度均高于1150 ℃, 且在700 ℃高温下的直流电阻率大于106 Ω·cm, 说明富稀土微晶玻璃密封材料具有在固体氧化物燃料电池、氧传感器、铂薄膜热敏电阻器等高温场景下的应用前景。
耐高温密封材料 富稀土微晶玻璃 阳离子场强 高温电阻率 high-temperature resistant sealant rich rare-earth glass-ceramics cation field strength high temperature resistivity
1 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
2 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
超低膨胀微晶玻璃是在Li2OAl2O3SiO2系玻璃的基础上经过严格的受控晶化，在母体玻璃中析出以β石英固溶体为主晶相的微晶玻璃材料。由于具有极低的热膨胀系数，以及优异的热稳定性、化学稳定性和力学性能，超低膨胀微晶玻璃在诸多领域得到了广泛应用。本文综述了超低膨胀微晶玻璃的组成、制备方法、国内外研究历程及发展现状、应用，指出了目前生产超低膨胀微晶玻璃存在的问题和国产超低膨胀微晶玻璃与国际顶尖产品存在的差距，以及国产超低膨胀微晶玻璃今后的发展方向。
Li2OAl2O3SiO2系玻璃 超低膨胀 β石英固溶体 微晶玻璃 受控晶化 Li2OAl2O3SiO2 system glass ultralow expansion βquartz solid solution glassceramics controlled crystallization
1 陕西科技大学图书馆, 西安 710021
2 陕西科技大学材料科学与工程学院, 西安 710021
微晶玻璃不仅具有耐腐蚀、高强度等特性, 且具有易成型、光学性能良好等特点, 应用十分广泛, 备受学界关注。论文以2013-2017年和2018-2022年两个阶段有关微晶玻璃的SCI论文为样本, 通过CiteSpace 6 知识可视化软件构建了微晶玻璃研究领域作者科研合作网络和关键词聚类可视化知识图谱, 研究了作者科研合作网络和学术活跃度、可视化发展趋势。结果表明: 2013-2017年, 学者们更多关注微晶玻璃发光性能、生物活性以及固态电解质的研究; 2018-2022年, 除持续研究微晶玻璃生物活性外, 逐渐转向微晶玻璃的能量转换和碱活化的研究。本文总结前人研究, 发现提高生物活性微晶玻璃的抗菌性、控制微晶玻璃生长微纳晶相的方法以及透明发光微晶玻璃结晶度的改进技术等是微晶玻璃材料领域研究和应用的重要前沿方向。
微晶玻璃 可视化知识图谱 研究态势 科研合作网络 学术活跃度 glass ceramics visual knowledge graph research situation scientific collaboration network academic activity
1 内蒙古科技大学材料与冶金学院, 包头 014010
2 广州航海学院, 广州 510725
以分析纯试剂为原料模拟含锌冶炼渣, 采用熔融法制备微晶玻璃, 利用X射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼光谱等表征方法, 探究不同氧化锌掺杂量对微晶玻璃形成、晶化及理化性能的影响。结果表明, 微晶玻璃的主要结晶相为堇青石相, 少量氧化锌(低于0.5%, 摩尔分数, 下同)的加入能够增强玻璃形成能力。随着氧化锌含量逐渐增加(0.5%~20.0%), 玻璃网络结构的完整性变差, 玻璃的黏度降低, 微晶玻璃的主要结晶相由堇青石转变为尖晶石, 同时结晶度和晶粒尺寸增大, 从而微晶玻璃的体积密度、硬度和耐酸碱性提高。微晶玻璃对重金属锌有较好的固化效果, 因此锌浸出浓度远低于标准值, 浸出率趋于稳定。本研究可为实现微晶玻璃固化重金属提供参考和借鉴。
微晶玻璃 氧化锌 重金属锌 显微结构 固化机制 尖晶石 glass-ceramics zinc oxide heavy metal zinc microstructure solidification mechanism spinel
1 宁波大学高等技术研究院, 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 宁波 315211
梯度折射率红外成像系统可在保持成像性能的基础上, 极大降低系统的尺寸、质量和成本, 有望推进红外成像系统向轻小型发展。然而, 目前没有可用的红外梯度折射率光学材料。本文基于65GeS2-25In2S3-10CsCl硫系玻璃, 利用梯度温度场热诱导析出轴向梯度分布的β-In2S3纳米晶体, 制得梯度折射率透明硫系微晶玻璃。结果表明: 析出的β-In2S3晶体为不同晶面取向纳米晶组成的多晶结构, 尺寸约为25 nm, 且晶体尺寸、数量与梯度温度场密切相关; 制得的梯度折射率硫系微晶玻璃仍保持良好的长波红外透过率, 且其10 μm处最大折射率差Δn达0.047。
硫系玻璃 热诱导析晶 梯度折射率 微晶玻璃 红外透过率 光学材料 chalcogenide glass thermally induced crystallization gradient refractive index glass-ceramics infrared transmission optical material
1 宁波大学，浙江 宁波 315211
2 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201800
通过流延法制备了一种新型的Al2O3/BaO-CaO-B2O3-Al2O3-SiO2微晶玻璃(BCBAS)系复合密封材料，其具有突出的机械性能和较高的导热性能。结果表明，片状Al2O3可有规律定向分布在BCBAS玻璃基体中。随着片状Al2O3质量分数从0增加到25%，BCBAS玻璃的主要结晶相从Ca0.1Ba0.9SiO3转变为Ba1.55Ca0.45SiO4和BaAl2Si2O8，并进一步转变为BaAl2Si2O8和BaAl2O4相。同时复合密封材料的导热系数从0.892 W/(m·K)增加到1.255 W/(m·K)，弯曲强度和Vickers硬度分别从96 MPa增加到140 MPa，444 HV增加到677 HV。当片状Al2O3的质量分数不大于20%时，密封材料与连接件之间的抗拉强度保持在4 MPa以上。20% Al2O3~80% BCBAS微晶玻璃的复合密封材料表现出优异的综合性能：导热系数为1.203 W/(m·K)、弯曲强度为136 MPa、Vickers硬度为677 HV、密封件的抗拉强度为4.22 MPa，在抗热震性能上体现出较大的优势，使其成为中温固体氧化物燃料电池密封应用的潜在候选材料。
固体氧化物燃料电池 复合密封材料 微晶玻璃 片状三氧化二铝 solid oxide fuel cell composite sealing materials glass-ceramic lamellar aluminium oxide
以Li2O、Al2O3、SiO2为主要成分熔制了基础微晶玻璃样品, 采用DSC、XRD、膨胀仪、分光光度计等研究了热处理工艺对低膨胀透明微晶玻璃透过率和膨胀系数的影响, 确定了合适的热处理制度。实践发现, 当选择720 ℃核化10 h, 880 ℃晶化1.5 h, 可制备出主晶相为β-石英的高透过率和近零膨胀系数的微晶玻璃, 透过率为76.58%。
热处理 微晶玻璃 透过率 膨胀系数 heat treatment glass ceramic transmittance thermal expansion coefficient
1 北京大学深圳研究生院新材料学院, 深圳 518055
2 深圳市东丽华科技有限公司, 深圳 518109
采用常规熔融退火和两步结晶法制备了具有不同ZrO2含量的Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)体系的高结晶度透明微晶玻璃。研究了LAS微晶玻璃的结晶动力学、相演变、微观结构和透光性能。结果表明, ZrO2含量增加到一定量时, 玻璃的析晶方式由一维生长逐渐变为二维生长, 其析晶放热峰Tp值逐渐升高, 而析晶活化能逐渐降低。通过控制热处理升温速率可实现玻璃中硅酸锂(Li2SiO3)、透锂长石(LiAlSi4O10)和二硅酸锂(Li2Si2O5)晶体的析出, 并且发现晶体由硅酸锂(Li2SiO3)向二硅酸锂(Li2Si2O5)转变时, 玻璃的透过率会增大。此外, SEM测试结果显示, 随着热处理升温速率的减小, 玻璃析出的晶体尺寸逐渐变大, 晶体形貌主要为球形晶体。
透明微晶玻璃 盖板玻璃 晶相转变 光学性能 析晶行为 transparent glass ceramics cover glass crystal transformation optical characteristic crystallization behavior
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 武汉理工大学材料科学与工程国际化示范学院(材料与微电子学院)，武汉 430070
3 湖北省特种玻璃工程技术研究中心，武汉 430070
新型Cu2O纳米微晶玻璃具有高Cu载量、低成本和易大规模制备等特点，有望成为载银抗菌玻璃较有潜力的替代者。通过采用XRD、Raman光谱、XPS、FESEM和TEM等表征方法重点研究了不同ZnO/K2O比对SiO2-Al2O3-K2O-ZnO-P2O5-B2O3-CuO微晶玻璃显微结构的影响，并分析讨论了其结构-性能关系。结果表明，微晶玻璃中Zn与P元素会富集在Cu元素所在区域的附近，适量的ZnO能使微晶玻璃中析出的Cu2O晶粒尺寸稳定在纳米级别，并能调节微晶玻璃中Cu元素的浸出速率。Cu2O纳米微晶玻璃对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有显著的抗菌效果，并能实现对维多利亚蓝B溶液的可见光催化降解，是一种极具发展潜力的新型功能微晶玻璃材料。
微晶玻璃 氧化亚铜纳米晶 显微结构 抗菌性能 可见光催化 glass-ceramics Cu2O nanocrystalline microstructure antibacterial property visible light driven photocatalysis
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 河北省沙河玻璃技术研究院，沙河 054100
3 上海交通大学机械与动力学院燃料电池所，上海 200240
本文设计和制备了以透辉石为主晶相的R2O-RO-Al2O3-B2O3-SiO2系封接微晶玻璃，用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的封接，研究了Na2O含量(0%～10%，摩尔分数)对封接玻璃热膨胀系数(CTE)、析晶与烧结润湿特性的影响，表征了封接件在高温长时间热处理后玻璃与SUS403不锈钢的封接界面。结果表明，Na2O可以显著改善玻璃的热性能，所制备的玻璃样品在封接温度范围内经热处理后可获得主晶相为透辉石(CaMgSi2O6) 的微晶玻璃。随着Na2O含量增加，主晶相透辉石的晶相含量不同，微晶玻璃的热膨胀系数由未晶化前的8.22×10-6 K-1提升至11.79×10-6 K-1，能够满足SOFC封装的热膨胀匹配。当Na2O含量大于等于8%(摩尔分数)时，玻璃中析出高膨胀钙镁黄长石(Ca2MgSi2O7)晶相，不利于封接。将4%(摩尔分数)玻璃试样与SUS403高温封接后于850 ℃保温100 h，封接界面致密牢固无气孔，界面处存在Cr2O3层以及比封接玻璃本体更致密的透辉石薄层，这些致密层的存在有利于限制封接玻璃中Na+向界面扩散。
氧化钠 透辉石 高温封接微晶玻璃 固体氧化物燃料电池 热膨胀系数 封接界面 sodium oxide diopside high temperature sealing glass-ceramics solid oxide fuel cell coefficient of thermal expansion sealing interface
