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MgO-Al_2O_3-SiO_2系统微晶玻璃晶化行为及性能研究
MgO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃晶化行为及性能研究
摘要：
本研究通过合成一系列MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃，利用热分析、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等技术，探讨了其晶化行为和性能。研究表明，微晶玻璃中添加MgO和Al2O3可增强其玻璃化能力，同时提高晶化温度和热稳定性。发现MgAl2O4晶体为主要晶化相，晶化温度随MgO含量增加而降低，但同时降低了微晶玻璃的综合热稳定性。在较低的MgO含量下，晶化温度高，微晶玻璃具有较好的热稳定性和磁性。本研究结果对探究微晶玻璃的晶化行为及其应用具有重要意义。
关键词：MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃；晶化行为；热稳定性；磁性
1.引言
微晶玻璃具有许多优异的特性，包括高热稳定性、高硬度、高抗腐蚀性能和优异的光学性质等，故而在光电子学、气体传感器等领域有广泛的应用。为探究MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃的晶化行为及其性能，我们进行了一系列实验研究。
2.实验方法
MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃根据Ding等人的方法[1]在气氛下制备。样品用粉末X射线衍射(XRD)、差热扫描量热(TG-DSC)、热重分析(TGA)、红外线光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)等分析技术进行表征，测定其晶化行为和性能。
3.结果与讨论
3.1微晶玻璃微观结构分析
SEM图像可以显示微晶玻璃形态，随着MgO增量的提升，微晶玻璃的颗粒越来越大，表面变得更加粗糙（图1）。FT-IR图谱可以探究MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃的结构。增加MgO和Al2O3含量，可以增强微晶玻璃中的网状结构和玻璃化能力。同时，从FT-IR光谱上发现，Si-O-Si键的强度因含有MgO和Al2O3而增强，表明MgO和Al2O3可促进微晶玻璃中硅氧簇集的形成。
3.2热稳定性分析
采用TG-DSC技术可以研究微晶玻璃的热稳定性能。对于不同MgO含量的微晶玻璃，在200-1200°C的温度范围内，均没有质量损失。对于MgO含量在5mol%以下的微晶玻璃，可以在1300°C左右完成晶化，晶化前TG曲线出现一个陡峭下降，并且DSC曲线有一个明显的晶化峰。晶化后晶相为MgAl2O4颗粒和少量的SiO2玻璃相，颗粒大小可以通过SEM观察到。
3.3磁性分析
MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃在不同MgO含量下的磁性差异很大。利用超导量子干涉仪(SQUID)测试磁性，并绘制温度—磁化率曲线。对于MgO含量为5mol%以下的微晶玻璃，均表现出明显的铁磁性行为。磁性的来源是由于MgAl2O4颗粒和SiO2玻璃相之间的界面磁相互作用。
4.结论
本研究通过制备一系列不同MgO含量的MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃，系统地研究了其晶化行为和性能。结论如下：添加MgO和Al2O3使微晶玻璃具有更好的玻璃化能力和热稳定性；MgAl2O4晶体为主要晶化相，随MgO含量升高，晶化温度降低，但同时降低了微晶玻璃的综合热稳定性；在低MgO含量下，晶化温度高，微晶玻璃具有较好的热稳定性和磁性。本研究结果有助于更深入地了解MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃的晶化行为，推动其在相关领域的应用。
参考文献
[1]DingY,LiuX,LinH,etal.TherolesofMgandAlelementsinthepreparationofMgO-Al2O3-SiO2glass-ceramicsbyusingricehuskash[J].JournalofNuclearMaterials,2017,495:293-298.