TiO2对CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃结构与力学性能的影响研究

"钙铝硅系微晶玻璃微观结构与力学性能研究 (2013年)，深圳大学学报理工版，第30卷第3期，2013年5月，作者：任祥忠，易先文，幸勇，刘艳，张培新，刘剑洪" 该研究论文主要探讨了钙铝硅系(CAS)微晶玻璃的微观结构与力学性能之间的关系。通过熔融法制备了一种以钙长石为主晶相的微晶玻璃，并在其中添加不同比例的TiO2。利用多种测试方法，包括差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)，来表征其结构和形态。此外，研究还运用了顺磁共振和正电子湮没寿命谱技术，深入探究TiO2添加量对微晶玻璃微观结构和力学特性的影响。 研究发现，尽管TiO2的加入并未改变CAS微晶玻璃的主要晶相，但它确实降低了析晶峰温度，从而促进了系统的析晶过程。在微晶玻璃的高温熔融和热处理过程中，Ti4+被还原为Ti3+，同时产生氧空位。Ti3+与氧空位缺陷间的自旋角关联作用的强弱，直接影响到材料的抗弯强度。Ti4+的间隙存在会形成缺陷和Al、Si空位，改变材料的物理化学性能。然而，Ti4+与O2之间的静电作用能增强氧离子间的键强，从而提高抗弯强度。但是，当TiO2的质量分数超过6%时，部分Ti4+取代Si4+，由于Ti-O键的键强小于Si-O键，这会导致抗弯强度下降。 实验条件如核化温度750°C，核化时间2小时，晶化温度950°C，晶化时间2小时，以及TiO2质量分数6%时，CAS微晶玻璃表现出最佳的力学性能，其抗弯强度达到314MPa，显微硬度为830MPa。这些发现对于优化微晶玻璃的制备工艺和提升其在工程应用中的性能具有重要意义。 关键词涉及微晶玻璃、顺磁共振、正电子湮没、力学性能、微观结构和显微硬度。这篇论文属于工程技术领域，发表在2013年的《深圳大学学报理工版》上，具有一定的学术价值和实践指导意义。