Cu2O-Al2O3-SiO2伪三元体系高温相行为分析以及与ZrW2O8化学反应研究

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本文概述了铜铝硅酸盐Cu2O-Al2O3-SiO2三元体系相行为研究的发展历程,以及国内外的研究现状。由于铜铝硅酸盐Cu2O-Al2O3-SiO2玻璃材料具有比较低的膨胀系数,为5~10×10-7K-1,可与负热膨胀系数化合物ZrW2O8制备成绝热(与热无关)的光学精密复合材料。目前对Cu2O-Al2O3-SiO2伪三元体系的相行为的相关研究报道却比较少,因此,对Cu2O-Al2O3-SiO2伪三元系统的热力学和相容性性能展开了研究,并引入Cu2O-Al2O3-SiO2伪三元系统样品与ZrW2O8进行复合材料的合成,利用XRD、SEM等现代分析技术对所合成的材料进行了表征与测试。丰要研究内容如下:  通过溶胶-凝胶法合成Cu2O-Al2O3-SiO2低膨胀氧化物样品,借助XRD、TMA等热分析手段对其热力学和相容性的研究进行表征发现:其低共熔点温度为1070℃,组成为25%mol of Cu2O,13%mol of Al2O3,和62%mol of SiO2。采用SEM从1020~1100℃温度范围内分析烧结12小时淬冷样品的微观形貌。结果表明温度为1080℃时,出现了液相相容性的现象。此时,第二液相松散分布在主液相里,且密度随着湿度的升高而增加。同时,还观测不同组成配比样品的液相相容性区域里具有不同微观形貌。  采用共沉淀混合物高温烧结的方法制各了ZrW2O8,采用SEM等现代测试技术对其进行了分析。结果表明:ZrW2O8稳定存在的温度区间为1100~1200℃;样品的晶胞常数a=0.91612nm,晶胞体积为0.76865nm3;膨胀系数平均值大约为-10.27μm/(m·℃)。运用溶胶-凝胶法合成了Al2O3-ZrW2O8、SiO2-ZrW2O8和CuO-ZrW2O8三种复合材料。通过DTA进行热分析,研究了三种复合材料的热分解及其在升温过程中的化学反应。  借助于XRD、TMA等热分析手段对1150℃制备的Cu2O-Al2O3-SiO2淬冷样品进行表征:观察到不同组成配比样品在1150℃条件下烧结后是完全熔融的;其中一部分淬冷样品处于完全无定型状态,即没有明显的晶相衍射峰存在,为完全的液相熔融。另外一部分淬冷样品在淬冷时有晶体析出;采用溶胶-凝胶法在较低温度下合成Cu2O-Al2O3-SiO2/ZrW2O8复合材料,分析结果表明:最佳烧结温度为600℃;最佳烧结时间为2小时;掺入量为30wt%Cu2O-Al2O3-SiO2低膨胀氧化物合成的复合材料烧结效果最好。在1150℃合成的复合材料,以掺入量A(B)为1 wt%淬冷样品的复合材料烧结性能好、致密、气孔率相对较低,且没有任何的裂缝。
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