晶核剂对CMAS系微晶玻璃结构和性能的影响

作     者：石永恒 芶立 SHI Yongheng;GOU Li

作者机构：四川大学材料科学与工程学院成都610065 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2021年第35卷第5期

页      面：5027-5031页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：四川省科技计划(2018GZ0023) 

主　　题：微晶玻璃 钙镁铝硅系 显微结构 力学性能 介电性能 

摘      要：针对炉渣或者尾矿中存在晶核剂成分TiO_(2)和Fe_(2)O_(3),设计了TiO_(2)、TiO_(2)+ZrO 2和TiO_(2)+Fe_(2)O_(3)三种晶核剂组合。采用熔融法和两步结晶热处理制备了CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)系微晶玻璃。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度测试仪和宽频介电阻抗谱仪研究了CMAS系微晶玻璃晶相组成、显微结构、力学性能和介电性能。结果表明,TiO_(2)单独加入时会析出透辉石和钛酸镁;TiO_(2)和ZrO_(2)复合加入后析出了镁硅钙石相,当加入量增多后会额外析出钛酸锆;TiO_(2)和Fe_(2)O_(3)复合添加后则会析出四氧化三铁和褐斜闪石相。虽然晶相组成会随着晶核剂的种类改变,但晶粒尺寸均在200 nm以内,并且分布均匀,有利于提高微晶玻璃的力学性能。所有样品的维氏硬度(HV5)在8 GPa左右,断裂韧性在1.25 MPa·m^(1/2)左右。当TiO_(2)和Fe_(2)O_(3)复合加入量较多时,样品的维氏硬度可以达到8.15 GPa,有利于提高含钛或含铁固废的利用率。在合适的晶核剂含量下,样品的介电常数在11左右,介质损耗在10^(-3)数量级,表明这种微晶玻璃在电子封装或者移动通讯领域也具有应用前景。