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硼玻璃中V4+离子的自旋哈密顿参量和局部结构的理论研究

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硼玻璃中V4+离子的自旋哈密顿参量和局部结构的理论研究

作者：张青电子科技大学

学位级别：硕士

光学玻璃等功能材料中掺入V等过渡金属离子会极大改善材料的光学和磁学等性能,这主要归因于上述激活离子未满3d轨道所处环境变化引起的能级跃迁,并可借助可见紫外吸收(UV-Vis)光谱和电子顺磁共振(EPR)谱进行研究。重要的是,玻璃体系通... 详细信息

光学玻璃等功能材料中掺入V等过渡金属离子会极大改善材料的光学和磁学等性能,这主要归因于上述激活离子未满3d轨道所处环境变化引起的能级跃迁,并可借助可见紫外吸收(UV-Vis)光谱和电子顺磁共振(EPR)谱进行研究。重要的是,玻璃体系通过不同组分的含量变化可方便地实现成分、结构和性能的有效调节,使其具有更加广阔的应用前景,因而针对光学玻璃中过渡离子的研究属于非常重要的领域。在光学玻璃大家族中,以氧化硼为形成单元(玻璃骨架)的硼玻璃是非常重要和研究较多的体系。另一方面,3d离子(如V)是过渡离子的典型代表,也是光学玻璃中常见的激活离子,因其相对简单的能级结构而备受关注。前人针对含V(3d)离子的硼玻璃作出了大量研究,积累了较多关于光学跃迁和EPR谱的自旋哈密顿参量(如各向异性g因子和超精细结构常数)等实验数据,如TeO·NbO·BO和ACO·CaCO·HBO·VO(A=Li,Na和K)玻璃体系中的V中心。但是,对于上述实验结果的理论解释则显得不足。例如,前人大多基于简单的二价微扰g因子公式,采用较多调节参量(如若干键参数等)来拟合g因子实验值。其次,对于超精细结构常数的理论分析通常也不完善,有时未能与g因子一起得到满意的定量解释。其次,未将上述杂质的自旋哈密顿参量理论研究与杂质中心局部结构定量地联系起来,因而未能获得杂质局域结构信息。最后,对于这些硼玻璃体系中V杂质自旋哈密顿参量随浓度变化的物理机制通常未能结合自旋哈密顿参量和杂质局部结构作出的理论分析。为了克服前人工作的不足,本文对ACO·CaCO·HBO·VO(A=Li,Na和K)和TeO·NbO·BO玻璃体系中V的自旋哈密顿参量和局部结构进行了系统深入的理论研究,基于四角压缩八面体中3d离子自旋哈密顿参量微扰公式,在理论上建立相关参量(如分子轨道系数和晶场参量等)与体系共价性和局部结构的定量关系,对上述玻璃体系中杂质离子V的自旋哈密顿参量作出满意的理论解释,并获得了杂质局部结构信息。同时,还对上述硼玻璃中杂质钒的自旋哈密顿参量和局部结构随浓度变化的趋势及其物理机制进行了分析。

关键词： V4+ 硼玻璃缺陷结构电子顺磁共振(EPR) 自旋哈密顿参量

硼玻璃中金属铜离子自旋哈密顿参量和局部结构的理论研究

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硼玻璃中金属铜离子自旋哈密顿参量和局部结构的理论研究

作者：张富电子科技大学

学位级别：硕士

过渡离子一直是光学玻璃等新型功能材料中的热门掺杂离子,在光谱学、医学、光学探测、通讯及光电对抗等领域具有广泛的应用。在光学玻璃领域,过渡离子(如3d体系)对玻璃的光学等性能起到关键作用,并能借助相关调节剂的浓度变化进行调制... 详细信息

过渡离子一直是光学玻璃等新型功能材料中的热门掺杂离子,在光谱学、医学、光学探测、通讯及光电对抗等领域具有广泛的应用。在光学玻璃领域,过渡离子(如3d体系)对玻璃的光学等性能起到关键作用,并能借助相关调节剂的浓度变化进行调制。由于过渡离子的相关谱学(如光谱和电子顺磁共振谱等)性质对所处局部环境的变化非常敏感,常用作探针离子借助光谱和电子顺磁共振(EPR)谱来揭示玻璃体系的局部结构性质。3d离子是过渡族中非常重要的体系,具有较简单的能级结构和低自旋(S=1/2)态。针对硼玻璃等功能材料中Cu(3d)离子的光吸收和顺磁共振测试已经获得了丰富的自旋哈密顿参量实验结果,但在理论分析和定量解释等方面存在不足。主要包括以下几个方面。首先,前人对上述体系中二价铜离子各向异性g因子和超精细结构常数的理论分析中,通常基于简单的二阶g因子公式,并借助几个可调的分子轨道系数。其次,对于超精细结构常数及其浓度依赖关系通常未作出定量计算。最后,没有把自旋哈密顿参量计算与杂质局部结构定量地联系起来,故未能得到杂质的局部结构信息(如局部四角伸长率等)。为了克服前人工作的不足,本论文针对BiO-LiO-ZnO-BO、BaO-TeO-BiO-BO和PbO-AlO-TeO-GeO-SiO玻璃体系中的杂质Cu,采用四角伸长八面体中3d离子自旋哈密顿量高阶微扰公式,基于重叠模型将杂质局部结构性质与四角晶场参量以及体系自旋哈密顿参量定量地联系起来,满意解释了各体系自旋哈密顿参量及其浓度变化的实验结果,获得了杂质铜的局部四角伸长率及其浓度变化规律。另外,还借助局部光学碱度这一概念讨论了杂质局部结构、共价性和电子云分布等随浓度变化的规律及其物理机制。上述研究对于深入理解硼玻璃等体系中杂质铜的局部结构、光学和顺磁共振性质及其浓度调制具有一定的参考价值。

关键词： Cu2+ 硼玻璃自旋哈密顿参量局部结构 Jahn-Teller效应

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硼玻璃熔制中如何降低硼的挥发

玻璃纤维 1990年第3期 18-19页

作者：赵彦林南京玻璃纤维研究设计院

硼玻璃生产所用的原料中,价格最贵、成本最高的要算是硼原料了。尤其是在我们国家含硼原料十分缺乏的情况下,如何降低硼的挥发,减少含硼原料的消耗是降低成本提高经济效益的重要问题之一。为此,我们从以下几个方面进行了探讨: 一、含硼... 详细信息

硼玻璃生产所用的原料中,价格最贵、成本最高的要算是硼原料了。尤其是在我们国家含硼原料十分缺乏的情况下,如何降低硼的挥发,减少含硼原料的消耗是降低成本提高经济效益的重要问题之一。为此,我们从以下几个方面进行了探讨: 一、含硼玻璃熔制过程中硼挥发的原因:

关键词：硼玻璃熔制硼挥发

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陶瓷结合剂对高速砂轮强度的影响

金刚石与磨料磨具工程 2010年第5期30卷 73-76页

作者：程宝珠马秋花荆运洁河南工业大学郑州450007

提高高速砂轮强度的重要途径之一是改进陶瓷结合剂,提高结合剂的强度以及结合剂与磨粒的结合强度。本文对高速砂轮含硼结合剂在烧成温度为1 320℃、保温8 h的条件下进行了大量实验,探讨了陶瓷结合剂中硼玻璃含量不同以及钠长石、钾长石... 详细信息

提高高速砂轮强度的重要途径之一是改进陶瓷结合剂,提高结合剂的强度以及结合剂与磨粒的结合强度。本文对高速砂轮含硼结合剂在烧成温度为1 320℃、保温8 h的条件下进行了大量实验,探讨了陶瓷结合剂中硼玻璃含量不同以及钠长石、钾长石含量比例不同对高速砂轮强度的影响,结果表明:(1)在一般陶瓷结合剂中增加硼玻璃,能达到提高结合剂强度的目的;在试验范围内,随着硼玻璃含量的增加,"8"字块的抗拉强度和砂轮的平均破裂速度也提高;(2)在结合剂中其它成分含量相同的情况下,长石中钾长石、钠长石同时存在,且钠长石按0%、35%、50%依次增加,砂轮的平均破裂速度逐步增大,当钠长石和钾长石各占50%时,砂轮的平均破裂速度达到最高值。

关键词：陶瓷结合剂硼玻璃钾长石钠长石高速砂轮强度

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基质组成对镁质中间包涂料性能的影响

硅酸盐通报 2014年第3期33卷 520-525页

作者：许兴堂魏耀武钱龙刘小鸥武汉科技大学耐火材料与高温陶瓷省部共建国家重点实验室培育基地武汉430081 武汉钢铁股份有限公司武汉430082

通过调整镁质中间包涂料的基质配比,以期提高中间包涂料的中温强度。结果表明:随着二氧化硅微粉加入量的增多,试样的体积密度与气孔率虽然没有明显的差异,但是经中温处理后,试样的抗折强度逐渐提高。当二氧化硅微粉加入量超过4%时,常温... 详细信息

通过调整镁质中间包涂料的基质配比,以期提高中间包涂料的中温强度。结果表明:随着二氧化硅微粉加入量的增多,试样的体积密度与气孔率虽然没有明显的差异,但是经中温处理后,试样的抗折强度逐渐提高。当二氧化硅微粉加入量超过4%时,常温抗折强度、常温耐压强度、线变化率、抗渣等性能趋于稳定;调整硼玻璃加入量,常温抗折耐压强度均有提高,抗渣性能有所降低,硼玻璃加入量过多时,极大的降低了试样的高温抗折强度。

关键词：中间包涂料基质组成氧化硅微粉硼玻璃

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金刚石、碳化硅复合热传导材料的发展

燕山大学学报 2015年第5期39卷 390-402页

作者：王艳辉成晓哲臧建兵燕山大学材料科学与工程学院河北秦皇岛066004

金刚石或碳化硅增强的金属基或陶瓷基复合热传导材料理论上具有高的热导率、低的热膨胀系数,然而金刚石或者碳化硅与基体的界面结合问题严重降低了复合热传导材料的热导率。通过改善烧结工艺、添加碳化物形成元素、增强相表面镀铜等方... 详细信息

金刚石或碳化硅增强的金属基或陶瓷基复合热传导材料理论上具有高的热导率、低的热膨胀系数,然而金刚石或者碳化硅与基体的界面结合问题严重降低了复合热传导材料的热导率。通过改善烧结工艺、添加碳化物形成元素、增强相表面镀铜等方法来解决问题,虽取得一定效果,但并未完全解决界面问题。本文介绍了两种更为有效的解决手段,在金属基复合材料中,通过在增强相表面镀覆碳化物金属镀层的方法改善界面结合问题;在陶瓷基复合材料中,采用添加活性添加剂以及在增强相表面镀覆障碍层的办法解决陶瓷基复合热传导材料中的氧化问题。

关键词：复合热传导材料金刚石碳化硅铜硼玻璃热导率热膨胀系数

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普通刚玉磨具低温烧结技术的研究

普通刚玉磨具低温烧结技术的研究

作者：梁芸亭河南工业大学

学位级别：硕士

传统陶瓷刚玉磨具因其成分的原因需要较高的烧结温度，造成能源很大的浪费，不符合国家近年来提出的节能减排的要求。本课题通过硼玻璃和微晶玻璃的加入来降低烧结温度并维持磨具强度。采用对比实验，与传统陶瓷结合剂进行性能的对比研... 详细信息

传统陶瓷刚玉磨具因其成分的原因需要较高的烧结温度，造成能源很大的浪费，不符合国家近年来提出的节能减排的要求。本课题通过硼玻璃和微晶玻璃的加入来降低烧结温度并维持磨具强度。采用对比实验，与传统陶瓷结合剂进行性能的对比研究。采用DTA，耐火度，流动性，润湿性和线膨胀系数等手段研究结合剂的低温烧结特性，采用抗折强度，硬度，磨削比研究结合剂磨具试条的力学性能。采用XRD，SEM和EDS手段研究生成物质的物相种类，含量和微观结构。研究发现陶瓷结合剂的耐火度降低了200～300℃，流动性较好，结合剂与磨粒的润湿能力较好，实现了在低温下的强度与高温时相当，约60MPa。结合剂内微晶玻璃与硼玻璃共同添加效果好于只添加硼玻璃。硼玻璃的加入降低了微晶玻璃的烧成温度，添加的微晶玻璃的组分中产生了微晶相，主要是锂霞石(LiAlSiO)、β-石英(β-SiO)和钠长石(NaAlSiO)，微晶相阻止了裂纹的扩展，提高了磨具试条的强度。砂结比为100:16，烧成温度为900℃时磨具试条强度较高。当结合剂内RO/BO>1，BO硼玻璃和微晶玻璃的加入使耗能减少最高达37%，但由于微晶玻璃的制备采用化学纯，使其价格为传统结合剂价格的20倍以上，磨具制备总成本降低较少。进一步研究了采用工业微晶玻璃代替化学纯制备的微晶玻璃来降低原料成本。选择低膨胀、高强度的LiO-AlO-SiO系列微晶玻璃作为基础料，通过硼酸和硼玻璃改性后，微晶玻璃结合剂流动性达到170%，结合剂试条硬度达到90MPa以上，膨胀系数与刚玉磨料较匹配，制备的磨具试条强度达到150MPa。成本分析发现相比于前期试验的微晶玻璃，采用工业微晶玻璃价格降低约11倍，制备总成本降低了30.88%。添加硼玻璃的效果要好于硼酸。采用硼玻璃和微晶玻璃可以实现普通刚玉磨具的低温烧结和节能减排。

关键词：低温烧结硼玻璃微晶玻璃 [SiO4]四面体 R2O B2O

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金刚石颗粒复合封装材料的研究

金刚石颗粒复合封装材料的研究

作者：薛永胜燕山大学

学位级别：硕士

集成电路的快速发展对电子封装材料的导热及热膨胀系数等性能提出了更高的要求。然而，传统电子封装材料存在一些缺点，如陶瓷基封装材料热导率较低、金属基封装材料的热膨胀系数较大、石墨基封装材料在垂直于石墨层方向的热导率很低等... 详细信息

集成电路的快速发展对电子封装材料的导热及热膨胀系数等性能提出了更高的要求。然而，传统电子封装材料存在一些缺点，如陶瓷基封装材料热导率较低、金属基封装材料的热膨胀系数较大、石墨基封装材料在垂直于石墨层方向的热导率很低等。众所周知，金刚石具有高热导率、低热膨胀系数的优点。在传统封装材料的基体中加入金刚石以期改善其热学性质。但金刚石与陶瓷、金属等结合性差，会存在很高的界面热阻。本文利用真空微蒸发镀技术，提高了金刚石与基体的结合性，并利用纳米金刚石提高了石墨基复合材料在垂直于石墨层方向的热导率。本文利用真空微蒸发镀覆技术，制备了镀钛金刚石和镀铬金刚石，镀层厚度分别为200nm和2μm。使用热压烧结制备了金刚石/硼玻璃复合材料和镀钛金刚石/硼玻璃复合材料，结果表明，镀钛金刚石/硼玻璃复合材料具有更高的抗折强度、致密度和热导率，并且其与半导体元件的热膨胀系数更加匹配。当镀钛金刚石体积含量为30%时，抗折强度达到92MPa，致密度为0.89，热导率达到2.89W/(m·K)，热膨胀系数为6.16×10-6/K。本文使用电解法制备了石墨烯，并使用石墨烯及纳米金刚石制备了石墨基复合材料。结果表明，加入纳米金刚石后，石墨基复合材料在垂直于石墨层方向上的热导率得到提高，当纳米金刚石的体积含量为2%时，该方向上的热导率增加了30%。本文利用放电等离子烧结制备了金刚石/铜复合材料和镀铬金刚石/铜复合材料。结果表明，镀铬金刚石/铜复合材料具有更高的抗折强度、致密度和热导率。当加入镀铬金刚石的体积含量为40%时，镀铬金刚石/铜复合材料抗折强度达到189MPa，热膨胀系数为11.9×10-6/K，热导率达到287W/(m·K)，并且热导率高于相同条件下烧结制备的纯铜试样。

关键词：金刚石封装材料镀覆硼玻璃石墨铜

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利用废旧镁碳砖制备包沿料的研究

中国资源综合利用 2015年第8期33卷 40-43页

作者：巩秀民莱芜钢铁集团泰东实业有限公司山东莱芜271126

以焦宝石、废旧镁碳砖为主要原料，采用纯铝酸钙水泥为结合剂，硼玻璃、锂辉石为复合烧结剂制备钢包包沿料，研究了镁碳砖再生料和硼玻璃加入量对材料性能的影响。工业应用试验表明：加入15%的镁碳砖再生料及0.5%-1%的硼玻璃时，材料性... 详细信息

以焦宝石、废旧镁碳砖为主要原料，采用纯铝酸钙水泥为结合剂，硼玻璃、锂辉石为复合烧结剂制备钢包包沿料，研究了镁碳砖再生料和硼玻璃加入量对材料性能的影响。工业应用试验表明：加入15%的镁碳砖再生料及0.5%-1%的硼玻璃时，材料性能最好，可以显著提升钢包包沿料的使用质量，研究开发使用后耐火材料再利用技术，不仅可节约矿产资源和能源，大大降低耐火材料的生产成本，还可减少环境污染。

关键词：镁碳砖再生料纯铝酸钙水泥硼玻璃锂辉石复合烧结剂