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玻璃析晶的测定方法

发布时间:2016/7/15

玻璃析晶主要的测定方法如下。

(1) x射线衍射技术众所周知,结晶物质具有明显的x射线衍射谱,而玻璃则是相当弥散的X射线衍射谱,完全没有清晰的线条,因此,X射线衍射技术是分析玻璃析晶的最好手段。X 射线衍射技术最好的用途是鉴定完全析晶的物质,大部分硅酸盐都有其典型的X射线衍射谱。但也常会遇到至今还不知其晶体类型的图谱,需要进行冗长的操作以合成这种未知晶体。还有一种 情况是所观察到的图谱图形十分接近某一已知晶体的图形,但又不是完全相同。一方面,这可能 是由于玻璃析晶产生的晶体并不是完全纯的,因为晶体结构中有的离子可能部分被其他尺寸及电 荷相近的离子所置换;另一方面,可能是有的晶体很容易形成固溶体,从而改变X射线衍射谱。

采用X射线衍射技术可以分析热处理过 程中各种晶体出现的次序以及各种晶相形成 的温度和时间,也可以通过软件计算粗略获 取各种晶相的晶粒尺寸、数量。图23-13是 Li20-Al203-巧02玻璃不同温度晶化后的XRD 图谱。在710°C晶化时,玻璃仍然为无定形,没有晶体析出。在 760〜870°C晶化后,玻璃有(3-石英固溶体产 生,随着晶化温度继续增加,ß-石英固溶体转 化为ß-锂辉石晶体

(2)光学及电子显微技术由于光学及 电子显微技术能直观形象地表征晶体相的尺 寸及形貌,提供更为有用的信息,因而得到科研工作者的广泛采用。析晶玻璃试样的制备是电子显微测试技术的主要环节。一种简便的方法是将玻璃材料磨到足够细,放入透射电镜下观察,直到发现一个薄到足够透过电子束的楔形颗粒,从而发现析出晶体的形状,并通过电子衍射照片获取其部分晶体结构参数。另一种方法是将析晶玻璃清洗后在稀的氢氟酸中腐蚀,由于结晶相和玻璃相的腐蚀速率不同,从而可以在玻璃表面留下层次分明的形貌。经镀金后,进行扫描电镜观察,可以获得结晶相的特征。利用扫描电镜自带的能谱元素分析,可以获得玻璃表面元素的分布及比例,间接获得结晶相的组成和数量。第三种方法是采用机械方法将玻璃切成薄片,精磨至几十微米厚,再利用离子轰击进行最后的减薄,将薄片放入透射电镜下观测,获取析晶玻璃的详尽特征。

(3)差热分析在结晶物质或玻璃物质中的化学变化或结构变化会伴随着以热的形式放出能量或吸收热量。例如,当一种物质结晶时,会产生放热效应,因为规则的晶体点阵的自由能比无规则的液态的要小。反之,晶体熔化会产生吸热效应。从而可以分析玻璃的析晶特征。

(4) 光散射技术如果一束光线进入具有液态结构的介质(如玻璃),则将出现光的散射, 其方向由于介质的折射率逐点变化而离开入射光的方向。如果介质中的粒子具有稍大的直径,则 散射光的强度将大大地增加。散射光的强度与颗粒的数目和大小有关,从而可以利用光散射分析 玻璃成核及晶化过程。

(5) 物理性质测试技术随着析晶的产生,玻璃的物理性质将发生明显变化。因此,在整个 析晶过程中,各温度的急冷试样进行合适的性质测试能提供一个灵敏而方便的结构测试方法。玻 璃析晶后尺寸发生变化虽然很小,但通过热膨胀仪可以测量出来。电学性质的变化可以表征析晶 过程。对有些玻璃来说,析晶后,其介电损耗正切值、电阻率、电导率均发生变化,利用这些变 化来分析玻璃的析晶特征。

(6) 红外分析红外分析是一种物质表面特性的光谱分析方法。釆用红外分析研究析晶玻璃 表面层结构时可以发现,与未析晶玻璃相比,晶化后玻璃的特征吸收带不仅尖锐化,而且还可能 发现新带。不同析晶温度下,吸收带的变化不同,而且还可以分析玻璃的析晶特征。

其他分析测试技术还包括差动热量分析(DSC)、常规岩相显微镜、高温显微镜等。利用这 些技术可以分析测试出析晶的温度范围及晶体差别。



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