石英玻璃析晶性能影响因素的研究_罗铁庄

石英玻璃的失透性
失透(又叫析晶性)是石英玻璃管的一个固有缺陷，从热力学观点看，石英玻璃管的内能高于结晶态方石英，属热力学上不稳定的亚稳态，当温度高于1000℃时，SiO2 分子振动加速，经一段较长时间的重新排列、定向便形成结晶。

失透性是以晶核成长速度来表示的，不透明石英玻璃管在1520℃、透明石英玻璃管在1620℃析晶速度分别达到最大值。

析晶主要出现在表面，其次是内部缺陷处，原因是这些地方容易沾污，引起杂质离子的局部集聚，特别是碱离子(如K、Na、Li、Ca、Mg等)进入网络后引起粘度降低，促使失透加速。

由于石英玻璃管的热膨胀系数和比重同析晶产物β-方石英相近，所以在高温下连续使用时，尽管析晶区不断扩大，但体积变化并不明显，仍可满意地继续使用，此时尚可减轻玻璃的塑性变形，使耐火度提高。

当析晶产物冷却到800℃时，则出现细小的龟裂网络。

继续冷却到200-275℃时，则出现方石英从高温型到低温型(即β-方石英→a-方石英)的结构变化，并伴随着发生体积聚变，如果析晶层很深，则石英玻璃管亦随之破裂。

由于析晶常常出现在有杂质的地方，所以高温使用前的表面状态及周围耐火材料、气氛十分重要。

有关使用石英玻璃管时注意事项后面还要介绍。

石英玻璃析晶性能试验圆法石英玻璃的性质原尺度折用于测定通明石英玻璃管及其造品的析晶机能。

1试验原理。

石英玻璃正在高温下幼时间利用时，会发生欠亨明的圆石英晶体，即产生所谓的析晶隐象。

起头时为孤站的皂色析晶点，随着时间的耽误，析点增加并幼大，连成一片，并主概况向内部延幼，石英玻璃仪器使石英玻璃彻底失透，此圆式就是将试样连结正在高温下，恒温一按时间，测定玻璃概况失透层的厚度。

石英玻璃析晶性能试验圆法石英玻璃的性质，2试样的造备2．1中径25mm以下的石英玻璃管，切与幼度15mm整管试样三段。

2．2中径25mm以t的石英玻璃管出与弦幼25mm，幼度l5mm的试样二块。

2．3切与石英玻璃坩埚弧度部门战石英玻璃器皿的利用部位25mmX15mm的试样三块。

以上试样均为原壁厚，概况不大加工石英玻璃管，试样暗语处用金刚砂（W10）磨仄，不克不及有崩口。

3试验设施3．1电热干燥箱一台。

石英玻璃的性子3．2站式高温二硅化钼电炉一台。

3．2．1电炉必需拥有双层炉膛，内炉膛为高杂三氧化二铝资料造成。

炉内样品台上置有石英垫。

3．2．2电炉温度要有P．l．D．主动节造，精度为±1，24小时内不变度为±2．5℃．炉温仄均，梯度≤±10℃。

3．2．3各厂每年要迎样到筑材钻研院查对丈质成因，石英玻璃片以到达校验设施之目标。

3．3丈质显微镜一台：丈质精度为5μ，置大倍数为100。

4试验步调4．1试祥于10％浓度的化学杂氢氟酸溶液中浸泡15总钟，与出用自来水冲刷15总钟，然后再用去离子水冲刷二次（每次1总钟）。

把洗脏的试样用夹子（非金属资料）与出置正在垫有洁脏纱布的干燥培育皿中（沙布战培育皿均用去离子水洗脏、烘干）烘干。

正在整个操作历程中不得用手间接触摸试样，以防沾污。

4．2将处置浊洁的试样置入已恒温1400℃的高温炉中，正在1400℃下恒温6小时（恒温时期电炉温度颠簸不得大于±5℃）。

然后应即翻开炉门用洁脏的坩埚钳将试样与出。

石英玻璃在辐照效应下产生缺陷的综述摘要：石英玻璃经辐照产生色心缺陷导致石英玻璃光学透过率下降，影响石英玻璃在核工程和航天工程中的应用性能，本文基于国内外高能粒子对玻璃作用的研究进展，对辐致损伤的过程机制等研究内容进行了综述。

关键词：石英玻璃辐照效应色心缺陷石英玻璃由于其具有优异的抗辐照性能，是核工业中重要的屏蔽和窥视窗材料，也是航天工程中不可或缺的关键性光学材料，如航天器的光学镜头和照相镜头等。

随着核工业和航天工业的迅速发展，对石英玻璃配套材料的抗辐照性能也提出了更高的要求。

其中，由于辐照使石英玻璃产生色心缺陷而着色、光谱透过性能下降是影响其抗辐照性能的重要因素，也是国内外石英玻璃辐照损伤研究和缺陷研究的重点内容。

1辐照效应1.1电子与玻璃材料的作用电子束辐照光学玻璃材料，核外电子获得能量将会被电离或者被激发，形成激发态。

处于激发态或者亚稳态的电子，将通过发出荧光、无辐射跃迁等形式释放能量，回到低能级。

电子束和玻璃材料的原子相互作用，可能会引起材料的微观结构发生改变。

(1) 电子束辐照诱导钠硼硅玻璃的相分离现象K.Sun 采用能量过滤透射电子显微镜原位观测 Na2O-B2O3-SiO2(NBS) 玻璃在电子辐照下的微观结构变化[1]。

当辐照剂量达到1.2×1012Gy时，玻璃中的B 和Si元素发生分离，形成富B和富Si区，即出现相分离现象。

进一步增大辐照剂量到1.8×1012Gy，B元素的分γ射线辐照诱导玻璃的光学性能与微观结构变化及其机理研究分布变化较小，而Si元素的聚集现象更加显著。

(2) 电子束辐照诱导硼硅玻璃的体积变化电子辐照光学玻璃还会导致玻璃材料的体积发生变化。

F玻璃、S玻璃的体积变化分为两个阶段，即低辐照剂量时的体积压实效应和高辐照剂量下的体积膨胀效应。

电子辐照初期，由于从入射电子获得能量，Si-O-Si键发生弛豫效应引起体积压实[2]。

随着辐照剂量增大，碱金属离子的迁移占主导地位。

MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃析晶影响因素T he Influence Factors of the Crystal Separating of M gO-A l2O3-SiO2Glass-ceramics杨娟,堵永国,李效东,周文渊(国防科技大学航天与材料工程学院,长沙410073)YANG Juan,DU Yong-g uo,LI Xiao-dong,ZH OU Wen-y uan(Department of M aterial Engineering and Applied Chemistry,N ational U niversity of Defense Technolog y,Changsha410073,China)摘要:采用DSC方法对M gO-A l2O3-SiO2系微晶玻璃析晶影响因素进行研究,包括材料的组成、玻璃熔融温度及材料形态等方面。

获得有利于M g O-A l2O3-SiO2系微晶玻璃低温烧结的因素:较高的M g2+离子含量、较低的熔融温度和缺陷较多的粉体形态,为其作为低温共烧陶瓷(L T CC)基板材料使用提供可能。

关键词:M A S;微晶玻璃;DSC;L T CC中图分类号:T M281;T Q171.71+8;T Q171.73+3文献标识码:A文章编号:1001-4381(2007)10-0042-03 Abstract:T he DSC techno logy w as used to investigate the affecting facto rs for the cry stal separating of the Mg O-Al2O3-SiO2glass-ceramics,including the com po nent o f m aterial,the melting temperature of g lass and the material state.T he factors benefit to the low tem perature sintering of the glass-ce-r am ic include the relative hig h content of M g2+,relative low melting temperature and the pow der state w ith m any flaw s.T hese factor s m ake it possible to be used as the low tem perature co-fired ceramic substrate.Key words:M AS;glass-ceramics;DSC;LTCC微晶玻璃是由玻璃的控制晶化制得的多晶固体,其中的晶体尺寸一般都小于10L m[1-3]。

影响玻璃研磨质量的五大关健因素分析光学工厂：助力你的光学事业，精彩你的光学人生！影响玻璃研磨质量的主要因素常见五大因素如下：(一)磨料粒度磨料粒度对研磨质量与磨削量有很大影响，磨削量随磨料颗粒度的增大而增加，为此可以在研磨刚开始时用较粗的粒度，提高研磨效率，以便在较短时间内使玻璃制品达到合适的外形或平整度。

然后再逐级用细颗粒磨料进行研磨，以逐步提高研磨质量，最后达到抛光要求的表面质量。

磨料颗粒按其粗细程度可分为粒状(15～23009m)、粉状(15～150t-m)和细粉状(3．5～28t-m)三类，根据要求，其中主粒度分布量应为30％～60％，细粉颗粒不得多于14％～35％。

玻璃的磨除量与磨料颗粒度的大小直接有关，随着磨料粒度直径的增加，磨除量也增加，两者几乎成线性关系。

但若粒度过于粗大，容易划伤玻璃表面，给以后的抛光带来困难，故选用合适的颗粒度是既可提高玻璃研磨质量又可增加磨除量的重要因素。

(二)磨料浓度和给料量磨料是由水配成的悬浮液，所产生的热和促成玻璃表面水解，生成硅胶薄膜，且还可以使磨料均匀分布于被研磨体的表面。

研磨效率(玻璃的磨除量)随着磨料浓度的增加而提高，但提高到一定程度后，继续增加浓水的加入不仅可以冷却摩擦，对研磨效率的提高并不明显，甚而呈现出降低的趋势。

由此可见选择合适的磨料浓度对提高研磨效率和降低成本是有利的。

随着单位时间内磨料给料量的增加，均可提高对玻璃研磨质量。

同时也显示了随着磨料颗粒度直径的增加与给料量的增加，都可显著地增加对玻璃的磨削量，但这两者之间有一最佳的选择。

(三)磨料硬度磨料硬度大，研磨效率就高，例如碳化硅的硬度为9．3～075(莫氏)，其研磨效率比值为05～4．5；石英砂的硬度为7，研磨效率比值为1。

但硬度大的磨料易造成被研磨物表面有较大的凹陷深度，常易损伤玻璃表面或使刻痕过深。

增加研磨和抛光时间，故在选用磨料硬度时须考虑到玻璃的性能。

硬质玻璃，例如硼硅质系统的水位计玻璃，化工反应锅的窥察窗玻璃，仪器玻璃等均可选用硬度较高的磨料，如金刚砂、刚玉等一类磨料，其磨削效率高，贮量丰富，产地来源广泛，为大多数玻璃研磨所广泛使用。

石英玻璃机械品质因数的研究现状与展望摘要:石英玻璃制造业相关人员一般都知道机械品质因数是石英玻璃关键的力学性能指标之一,这一关键指标反映了材料在振动过程中机械能量损耗的大小,对于器件或系统的灵敏度和精度起到了重要的作用｡本文对国内外石英玻璃机械品质因数的研究现状进行了综述,从多个角度开展分析,阐述了石英玻璃机械品质因数的特性,并对其未来研究方向做出了展望，以期为相关从业者提供一定的参考｡关键词:石英玻璃;机械能量损耗;表面损耗;本征损耗1影响因素通过以上两个测试装置的例子可以看出,由空气阻尼和支撑方式造成的损耗可以通过真空环境和合理的结构设计来尽量避免｡真正影响石英玻璃机械品质因数的是其表面状态和材料结构特性,即表面损耗和本征损耗,并且表面损耗对Q值的影响远远超过材料本征损耗对Q值的影响｡1.1表面损耗石英玻璃经过切割､研磨､抛光等加工处理形成特定形状的器件,其表面层(数十纳米~数百微米)往往残留着微裂纹和杂质颗粒,这导致其微观结构发生变化,致使表面层的弹性模量､热膨胀系数､能量耗散机制等物理性能与材料本体存在很大差异｡表面损耗对石英玻璃Q值的影响体现在两方面｡一方面,表面损耗的大小取决于表面层的物理性能｡表面损耗机制类似于材料的热弹性损耗,并建立了圆柱形样品表面损耗的数学模型。

(1)式(1)中,h为表面损伤层深度,L为样品长度,D为样品直径,1/Qted为样品的热弹性损耗｡但是,石英玻璃表层内存在大量裂纹､杂质､应力,其宏观结构与材料本体存在很大差异,在振动变形过程中可能还存在界面摩擦､脆性断裂等物理现象｡因此,表面损耗机制及其数学模型有待进一步完善｡另一方面,表面损耗对石英玻璃Q值的影响程度与石英玻璃样品的表面积与体积之比(S/V)有关,如式(2)所示｡石英玻璃纤维的机械能量损耗机制的结果表明:当石英玻璃纤维的直径小于1mm 时,表面损耗将占主导作用｡(2)式(2)中,ΔEsurf和ΔEbulk分别为每振动周期内表面层和块体材料损耗的能量,μ取决于样品的几何结构和振动模态,ds为表面层相对于块体材料的损耗强度｡1.2本征损耗固体材料的机械能量本征损耗是由材料的组份和结构共同决定的｡不同于金属和非金属晶体材料,石英玻璃内部不存在位错､层错等常见晶体结构缺陷,也不存在晶界或畴界,因此其结构连续性更好,且各向同性,这可能是石英玻璃比一般晶体材料具备更高Q值的原因之一｡目前,石英玻璃按制造工艺主要可分为五类,不同的制造工艺会导致石英玻璃中金属､羟基等杂质的含量不同｡其中,Ⅳ类石英玻璃制造技术难度大､成本高,在全球范围内仅有德国､美国､中国等少数国家掌握此项技术,中国建筑材料科学研究总院有限公司是国内唯一可以生产全类型石英玻璃的企业｡通过全面对比各种牌号石英玻璃的Q值,得到了以下基本规律:1)石英玻璃的Q值表现出较强的频率依赖性,频率越高,Q值越低;2)Q值不受均匀性和气泡等级的影响;3)条纹度等级低可能会导致Q值降低｡从损耗机理来讲,石英玻璃本征损耗的主要来源有热弹性效应､结构弛豫和结构缺陷｡2原理自由振荡衰减法(Ring-downMethod)是Q值测试中常用的典型方法,该方法采用物理敲击或压电驱动､静电驱动等激励方式使测试样品以一定频率开始振动,利用Michelson光学干涉､激光测量微位移等原理检测样品在自由振动过程中振幅大小的变化情况｡根据式(3),测定样品的振动频率fr和自由振荡衰减时长τ,即可计算出Q值｡1Q值的定义与计算在机械振动系统中,储存在振子内的总能量与一个振动周期内振子消耗的能量之比称为机械品质因数,通常用字母Q表示,其数学表达式为(3)式(3)中,ETotal为振子储存的总能量,ΔE为一个振动周期内振子消耗的能量｡在实际检测和计算中,一般通过振动频率､振幅或自由衰减时长来表征和反映Q 值的高低,式(4)和式(5)是常用的两个Q值计算公式｡Q=fr/Δf(4)式(4)中,fr为振子的振动频率,Δf为谐振峰值的3dB带宽｡Q=πfrτ(5)式(5)中,τ为振子的自由振荡衰减时长,即振子从开始自由振荡到振幅衰减至其初始值的1/e时所用的时长｡在对特定形状的石英玻璃样品进行Q值检测时,测量结果会受到空气阻尼､样品夹持方式及样品表面状态等因素的影响｡用1Q表示损耗的大小,则有(6)式(6)中,1/Qair为由空气阻尼效应造成的损耗,1/Qsup为由样品夹持方式或支撑体振动造成的支撑损耗,1/Qsurf为由样品表层材料造成的表面损耗,1/Qintr 为材料的本征损耗｡其中,空气阻尼和支撑体造成的损耗为由外界因素导致的外在损耗,而表面损耗和本征损耗为由样品本身造成的内在损耗｡3提高石英玻璃器件Q值的方法对于特定的石英玻璃器件,排除外在因素的影响,其Q值主要取决于材料的本征损耗和表面损耗｡本征损耗与石英玻璃的组分和微观结构有关,而表面损耗取决于玻璃的表面处理工艺,以下列举三种能够有效提高石英玻璃器件Q值的方法｡3.1降低杂质含量石英玻璃中的杂质种类主要包括金属离子､羟基和氯离子等｡根据制备方式的不同,各种类型石英玻璃中的杂质种类和含量也会有明显区别,如表1所示｡通过对比Herraeus生产的Ⅲ类石英玻璃,发现当羟基含量为1×10-3左右时,Q值约为1.2×107;当羟基含量为2×10-4时,Q值为3.4×107｡这说明降低羟基含量可以在一定程度上提高石英玻璃的Q值｡但是,对于不同类型的石英玻璃而言,羟基含量低并不意味着Q值更高｡例如,Herasil1的羟基含量为1.5×10-4,而Q值却只有7.2×105;ED-C的羟基含量仅为1×10-6,但Q值也不过为8.8×106｡这意味着,石英玻璃的Q值是多种材料因素共同作用的结果｡3.2退火退火是石英玻璃制备与器件后处理的常用工艺,其主要作用是消除石英玻璃内部的机械应力和热应力｡真空退火还可以进一步提高石英玻璃的纯度,气氛退火可以改变石英玻璃内部某种元素的含量｡相关研究表明:无论石英玻璃样品的外型是柱体､纤维或是异型件,退火后玻璃的Q值都有显著提升｡表3列出了相关石英玻璃样品经过退火后Q值的涨幅情况｡对于柱体石英玻璃样品,退火后其Q值都有大幅度提高甚至翻倍;柱型谐振子(CR)的Q值涨幅也很明显;相较而言,石英玻璃纤维样品的Q值在退火后的涨幅较小,这可能是因为表面损耗对其Q值起主导作用,而退火并不会对表面损耗产生较大影响｡此外,石英玻璃半球谐振子(HR)经过退火处理后,其Q值涨幅约为40%｡4结束语我国石英玻璃行业起步晚,发展水平较发达国家存在至少20年的差距｡但是,经过多年的努力,我国石英玻璃行业目前已具有一定规模,具备各种类型石英玻璃的制备和生产能力｡然而,高性能特种石英玻璃仍是我国石英玻璃制造业的短板,石英玻璃行业面临由量变到质变的突破｡我国在石英玻璃机械品质因数方面的研究基础也十分薄弱,既缺乏有效的测试装置和评价标准,也缺乏基础理论研究,亟待相关学者展开系统性研究工作｡参考文献[1]王玉芬,刘连城.石英玻璃[M].北京:化学工业出版社,2006.[2]聂兰舰,王玉芬,向在奎,等.高性能光学合成石英玻璃的制备和应用[J].光学精密工程,2016,24(12):2916-2924.[3]孙元成,宋学富,张晓强,等.惯性导航系统用石英玻璃材料[J].导航与控制,2019,18(5):1-10+48.。

石英玻璃析晶性能试验方法石英玻璃析晶性能试验方法GBn 156-82本标准适用于测定透明石英玻璃管及其制品的析晶性能。

1试验原理。

石英玻璃在高温下长时间使用时，会产生不透明的方石英品体，即发生所谓的析晶现象。

开始时为孤立的白色析晶点，随着时间的延长，析点增多并长大，连成一片，并从表面向内部延伸，使石英玻璃完全失透，此方法就是将试样保持在高温下，恒温一定时间，测定玻璃表面失透层的厚度。

2试样的制备2．1外径25mm以下的石英玻璃管，切取长度15mm整管试样三段。

2．2外径25mm以t的石英玻璃管出取弦长25mm，长度l5mm的试样二块。

2．3切取石英玻璃坩埚弧度部分和石英玻璃器皿的使用部位25mmX15mm的试样三块。

以上试样均为原壁厚，表面不大加工，试样切口处用金刚砂（W10）磨平，不能有崩口。

3试验设备3．1电热干燥箱一台。

3．2立式高温二硅化钼电炉一台。

3．2．1电炉必须具有双层炉膛，内炉膛为高纯三氧化二铝材料制成。

炉内样品台上放有石英垫。

3．2．2电炉温度要有P．l．D．自动控制，精度为±1，24小时内稳定度为±2．5℃．炉温均匀，梯度≤±10℃。

3．2．3各厂每年要送样到建材研究院核对测量结果，以达到校验设备之目的。

3．3 测量显微镜一台：测量精度为5μ，放大倍数为100。

4试验步骤4．1试祥于10％浓度的化学纯氢氟酸溶液中浸泡15分钟，取出用自来水冲洗15分钟，然后再用去离子水冲洗二次（每次1分钟）。

把洗净的试样用夹子（非金属材料）取出放在垫有清洁纱布的干燥培养皿中（沙布和培养皿均用去离子水洗净、烘干）烘干。

在整个操作过程中不得用手直接触摸试样，以防沾污。

4．2将处理干净的试样放入已恒温1400℃的高温炉中，在1400℃下恒温6小时（恒温期间电炉温度波动不得大于±5℃）。

然后立即打开炉门用清洁的坩埚钳将试样取出。

待稍冷后放入保护石蜡与松香混合溶液中（石蜡：松香＝4：1）。

石英陶瓷材料是结合了熔融石英和陶瓷材料的双重优点，具有机械强度高、热膨胀系数低、导热性差、耐温度冲击好、介电系数小和化学性能稳定的特点，可以作为耐火材料、石英坩埚、石英辊棒和透波陶瓷天线罩材料使用[1,2]。

它的发展始于上世纪60年代，由美国Georgia理工学院首先发明[3]。

石英陶瓷材料以非晶态熔融石英为原料，经干磨制粉或者湿法球磨破碎的方法制得小粒径的石英颗粒，并进一步通过坯体成型、干燥、烧结及加工等工序制得石英制品。

石英陶瓷的制备方法，一般以湿法为主，目前较为普遍的是注浆成型和注凝成型两种成型工艺[4-6]。

注浆成型一般以多孔石膏为依托，通过料浆颗粒沉降和石膏吸水的作用，形成一定厚度的坯体，制品以大尺寸、壁厚较厚的结构件为主，包括玻璃冶炼行业用石英辊棒、金属冶炼用闸板砖等。

注浆成型工艺因成型周期较长和颗粒沉降的差异，造成产品均一性差，易在局部出现缺陷而影响材料整体的使用。

注凝成型工艺为在料浆中加入有机单体，加热固化凝胶成型。

成型时间较短，材料均匀性相对注浆成型要好，在异形石英陶瓷材料的成型方面有非常好的优势，在制备包括多晶硅冶炼用石英坩埚、天线罩等产品领域优势明显[7,8]。

作为石英陶瓷的重要特点之一，熔融态石英的保持是石英陶瓷材料生产制备过程中的重要控制点。

熔融态石英一旦转化为鳞石英晶相或者方石英等晶相，其组成颗粒体积会发生较大变化，形成内应力，而导致材料强度下降，甚至材料出现裂纹或破碎。

本文以注凝石英陶瓷生产过程中石英材料析晶现象为分析目标，对发生的各种析晶现象进行了分析和分类。

重点对碱土金属造成石英材料析晶的问题进行了考查，测试分析了其对石英材料强度和晶相的影响。

并针对此析晶问题，提出了解决方案。

石英陶瓷材料的析晶一般是指在石英制品烧成后，材料出现一定量的鳞石英和方石英等晶态石英析出现象。

石英陶瓷的升温烧制过程中，熔融态石英向高温晶相石英的转化过程较为缓慢，材料一般不会出现破坏的现象。

合成石英玻璃的微结构和晶格缺陷分析石英玻璃是一种常见的无机非晶体材料，具有广泛的应用领域，如光学、电子、化学等。

为了深入了解石英玻璃的微结构和晶格缺陷，本文将进行详尽的分析和探讨。

首先，我们来介绍一下石英玻璃的微结构。

石英玻璃是由二氧化硅(SiO2)分子构成的。

它的晶态结构是由正交晶体组成的，每个硅原子被四个氧原子包围而形成的四面体结构。

但在制备过程中，由于快速冷却导致原子无法有序排列，从而形成了非晶体结构的石英玻璃。

这种非晶体结构使得石英玻璃具有一些特殊的性质，例如高温热稳定性和良好的透明性。

然而，石英玻璃的制备过程中不可避免地会产生一些缺陷。

其中最常见的缺陷是晶格缺陷，即晶体中原子位置的偏离。

这些缺陷可以分为点缺陷和线缺陷。

点缺陷是指晶格中某个点位置上的原子缺陷，例如空位缺陷、杂质原子和过渡态离子等。

线缺陷则是由于晶格中某些区域缺少一些原子而形成的。

对于石英玻璃来说，点缺陷主要包括接触离域的氧原子和游离的硅原子。

这些缺陷会影响石英玻璃的物理和化学性质。

例如，游离的硅原子可能导致石英玻璃的电导率增加，从而影响其电学性能。

此外，晶格缺陷还可以影响石英玻璃的机械性能和光学性能等方面。

除了点缺陷，线缺陷也在石英玻璃中存在。

其中最常见的线缺陷是微裂纹。

微裂纹的存在使石英玻璃的强度和韧性下降，从而降低了其使用寿命和可靠性。

因此，研究和控制石英玻璃中的缺陷是非常重要的，这有助于改善石英玻璃的性能和应用。

为了分析和表征石英玻璃的微结构和晶格缺陷，科学家们采用了多种技术和方法。

其中最常用的包括透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等。

这些技术可以帮助研究者直接观察和分析石英玻璃的微观结构，并获取有关晶格缺陷的信息。

此外，还可以利用拉曼光谱和红外光谱等光谱学方法来研究石英玻璃中的分子振动和化学键。

通过这些研究方法，科学家们已经取得了一些重要的研究成果。

例如，他们发现点缺陷和线缺陷对石英玻璃的性质有重要影响。

石英砂中铁含量高处与低处的影响因素及可选性分析方法石英砂中铁杂质的赋存状态决议用什么样的选矿提纯方法和去除效果，在选矿前，需要进行工艺矿物学分析（或称为可选性分析），即考察石英砂中铁的赋存状态，是特别有有必要的。

不同的石英砂中，铁含量的高处与低处是不同的，影响石英砂中Fe2O3，含量高处与低处重要原因有：（1）石英砂矿的形成，其物质成分来源于母岩（如花岗岩、片麻岩）中，其含铁质矿物的多少，直接影响石英砂中铁含量的高处与低处。

（2）风力运输过程中，夹带或扬弃了铁、泥物质，这会影响石英砂表层铁含量的变化。

（3）地下水为石英砂矿中的铁质矿物供给了有利于氧化的环境，诱发形成较多的次生氧化铁薄膜。

上部砂层淋漓渗透带来的氧化铁溶液，其浓度较高时就会形成附于石英颗粒表面氧化铁薄膜。

因此，在地下潜水水平以上，由于长期受大气降水的冲刷及淋漓渗透，一氧化铁及细小的铁、泥质被流失，石英砂质量一般比下部矿层好。

目前，石英砂可选性分析普遍采纳的操作方法如下：该方法分水洗、重液分别、草酸处理、王水处理4个步骤。

（1）水洗目的是清洗出原砂中呈分散状及黏结于玻璃砂表面的郭土，以确定黏土杂质中氧化铁占全部铁含量的比率。

最好采纳干湿联合筛分：用0.1mm标准筛先在水中筛分，筛下及筛余物分别烘干后，将+0.1mm的再进行干筛，二次筛分的—0.1mm砂合并，即为原砂中所含黏土杂质的总量。

（2）重液分别目的是测定原砂中重矿物的含量以及氧化铁占总含铁量的比率。

将水洗精砂在相对密度为2.7的杜列液（碘化钾与碘化汞按l:1.24配成的水溶液，最大密度为3.2g/cm3）中分别2—3h，并不断搅拌，可得轻重两种产品，分别进行称重、化验。

（3）草酸处理目的是除去原砂表面的氢氧化铁薄膜。

将重液分别得到的轻砂在5%（质量）浓度的草酸溶液中，置于100℃水浴锅中加热搅拌，每30min换一次草酸洗液，反复进行，洗净为止，洗净程度可以用3%亚铁氰化钾检验。

超高纯石英材料的微观结构与宏观性能关联研究超高纯石英材料是一种重要的功能材料，具有广泛的应用领域，如光学、电子、半导体等。

其中，其微观结构与宏观性能的关系对于材料性能的控制和优化至关重要。

本文将在不涉及政治内容的基础上介绍超高纯石英材料的微观结构与宏观性能的关联研究成果。

首先，我们会从超高纯石英材料的微观结构方面进行探讨。

石英是一种由二氧化硅（SiO2）组成的晶体材料，其晶体结构是由硅离子（Si4+）和氧离子（O2-）组成的网络结构。

石英晶体具有高度有序的柱状结构，柱状的SiO4四面体通过共用氧原子连接在一起，形成了三维的网络结构。

根据柱状结构的排列方式，石英可以分为α石英和β石英两种相。

这两种相的微观结构差异导致了它们的物理化学性质上的差异，比如热膨胀系数、密度等。

超高纯石英材料的微观结构主要通过X射线衍射、电子显微镜等方法进行研究。

这些技术可以揭示出石英晶体的晶格参数、晶粒尺寸和晶体缺陷等微观结构信息。

例如，X射线衍射实验可以通过测量晶体的衍射峰位置和强度来确定晶体的晶格参数和晶体结构类型。

同时，电子显微镜可以用来观察和表征晶体的晶粒形貌和结晶度。

进一步，我们将讨论超高纯石英材料的宏观性能与其微观结构的关联。

超高纯石英材料具有许多优异的物理和化学性质，如高熔点、低热膨胀系数和优异的光学透明性等。

这些性质与其微观结构密切相关。

首先，超高纯石英材料的高熔点与其微观结构的稳定性有关。

由于石英晶体的网络结构十分稳定，晶体中的Si-O键具有较高的键能，因此其能够承受较高的温度而不发生熔化。

此外，石英晶体还具有高热膨胀系数的特点，这在一定程度上与晶体中柱状SiO4四面体的摆动和振动有关。

其次，超高纯石英材料的优异光学性能与其微观结构的有序性和无杂质有关。

石英晶体的预期有序结构可以实现长传播路径的光子波导，提供较低的光损耗。

此外，石英晶体中的杂质含量也会对其光学性能产生重要影响。

石英的纯度越高，杂质含量越低，光学透过率和光学质量就越高。

石英玻璃金属化过程中若干问题的
探索
石英玻璃金属化过程中的若干问题的探索是指在石英玻璃金属化过程中，要研究一些具体的问题，以探索这个过程的本质。

石英玻璃金属化过程是指使用特定条件，将石英玻璃通过热处理或化学方法进行金属化，从而获得金属石英玻璃产品的一种技术工艺。

这种工艺能够在保持石英玻璃原有的光学性能的同时，使石英玻璃具有强度、耐腐蚀性、耐热性等优点。

在石英玻璃金属化过程中，要探索的问题有很多，比如：
1、金属化过程中金属元素的选择，不同金属元素金属化效果会有所不同，因此要根据需求选择合适的金属元素。

2、金属化过程中各工艺参数的选择，这包括金属化温度、时间、浓度等，这些参数的选择可以影响金属化的效果。

3、金属化前的石英玻璃处理方式，金属化之前，应对石英玻璃进行特定的处理，以使金属化效果更好。

4、金属化后的表面处理，金属化后，石英玻璃表面会有一定的缺陷，因此需要进行表面处理，以改善表面的外观和性能。

5、金属化的应用，金属化后的石英玻璃可以用于制造各种精密仪器仪表、光学元件、航空航天产品、医疗仪器等。

以上就是石英玻璃金属化过程中要探索的若干问题，希望能够对大家有所帮助。

石英坩埚中方石英的析晶与抑制简析沈益顺10 前言熔融石英陶瓷具有高温荷重软化温度高、热膨胀系数小，热稳定性好、耐化学侵蚀性好等优良性能，广泛应用于太阳能、航天飞行器、半导体、电子通讯和光学器、器件等领域。

太阳能多晶硅铸锭用熔融石英坩埚就是其重要的应用领域之一，它是多晶硅铸锭生产中的必需品，用来装载、熔化硅料。

但熔融石英为热力学不稳定的高能态玻璃态物质，长时间在1200℃以上容易析晶产生方石英。

由于方石英的热膨胀系数不匹配和体积变化效应而在材料内部产生孔隙和应力，使得坩埚力学性能严重下降；再者，方石英本身的热学性能和电学性能差，因此，方石英的析出会使石英坩埚的综合性能下降，容易导致坩埚开裂损坏。

因此，在石英坩埚制备过程中必须保持石英的玻璃态，避免方石英析出。

1.石英坩埚中方石英析晶原理高纯石英坩埚的烧结机理主要为固相烧结，物料的传输是通过扩散（表面扩散和体扩散）进行的，即物质中原子或空位沿物质的表面、界面或体内进行。

烧结初期以表面扩散为主，随温度升高，体扩散饿活跃起来。

对非晶态石英颗粒而言，表面扩散的结果是在颗粒间形成“颈”部，不改变颗粒的非晶态，也不引起收缩；而体扩散则不同，它可以消除颗粒内部的结构缺陷和导致结构质点的有序化，即从非晶态转变晶体。

所以，在温度低于1200℃的石英陶瓷的烧结基本仍保持非晶态的结构组成，而在1200℃或略高一点的温度下方石英析出即将开始。

2.石英坩埚中方石英析晶影响因素分析2.1 颗粒表面形态的影响固相烧结的推动力是界面（粒子自由表面和相邻粒子接触面）自由能或化学势的差。

因此，不同形态的石英，由于表面状态和结构不同对方石英的析晶行为存在不同的影响。

温武广等人系统研究了石英块体、石英粉体和石英纤维的等温析晶行为及其动力学，结果表明：经相同热处理，石英块体、石英粉体和石英纤维在每个处理温度点的析晶都遵循以下规律：石英块体、石英粉体和石英纤维的析晶量依次增强、析晶能力依次变强。

不同析晶促进剂对红色玻璃陶瓷析晶及力学性能的影响
张浩然;司伟;雒东海
【期刊名称】《中国陶瓷工业》
【年(卷),期】2024(31)1
【摘要】以废玻璃粉为主要原料,采用反应析晶烧结法,改变不同颜料的添加量(10wt.%、15wt.%、20wt.%),添加不同析晶促进剂(氟云母、钙铝黄长石、顽辉石),制备出红色玻璃陶瓷。

使用X射线衍射、扫描电子显微镜与抗折仪对红色玻璃陶瓷的物相、形貌、力学性能进行表征。

实验结果表明:未添加析晶促进剂时,获得主晶相为硅酸钙钠与石英;当添加氟云母时,主要析出枪晶石;当添加钙铝黄长石时,主要析出硅灰石;当添加顽辉石时,主要析出透辉石。

添加20wt.%颜料时,基质上出现大量的孔洞;而添加15wt.%颜料时,可获得析出晶体与基质紧密结合的玻璃陶瓷。

加入三种析晶促进剂均可提高红色玻璃陶瓷的断裂模数。

其中:未添加析晶促进剂,红色玻璃陶瓷断裂模数为35.92 MPa;添加氟云母,红色玻璃陶瓷断裂模数为40.50 MPa;添加顽辉石,红色玻璃陶瓷断裂模数为42.42 MPa;而添加钙铝黄长石,红色玻璃陶瓷的断裂模数最高,达到55.01 MPa。

【总页数】5页(P1-5)
【作者】张浩然;司伟;雒东海
【作者单位】大连交通大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.75
【相关文献】
_2O_3掺杂对二硅酸锂微晶玻璃析晶行为和力学性能的影响
2.析晶促进剂对微晶玻璃性能的影响
3.硅灰石玻璃陶瓷的析晶特性及其析晶热力学和动力学
4.晶化温度对R_2O-MgO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃析晶和力学性能的影响
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《精密与超精密加工技术概论》课程大作业题目：_影响光学玻璃超精密磨削表面质量因素分析____ ___姓名：罗炎冰_________学号：_____1080830219________班号：_____ _0808302_________授课教师：____ __张飞虎__________哈尔滨工业大学2011年4 月2 日摘要：本文以光学玻璃为例，分析了脆性材料在超精密磨削过程中影响表面质量的各种主要因素。

然后针对影响光学镜片已加工表面质量的各种主要因素做了大量的实验研究，并给出了合理的加工工艺参数选用原则。

一、前言：超精密磨削是近年来发展起来的最高加工精度、最小表面粗糙度的砂轮磨削方法，一般是指加工精度达到或高于0.1μm，表面粗糙度小于aR0.025μm,是一种亚微米级的加工方法，并正向纳米级发展。

超精密磨削的发展远比超精密金刚石车削缓慢，金刚石刀具超精密切削技术的研究比较成熟，但是金刚石刀具不宜切削陶瓷、玻璃等硬脆，因为在微量切削陶瓷、玻璃时，切应力很大，临界剪切能量密度也很大，切削刃处的高温和高应力使金刚石产生较大的机械磨损。

因此，对于陶瓷、玻璃等硬脆材料，超精密磨削显然是一种重要的理想的加工方法，这就促进了超精密磨削的发展。

随着科学技术的不断发展，脆性材料如各种光学玻璃、单晶硅、微晶玻璃及陶瓷等在航空、航天及军用设备中应用得越来越广泛，而且对零件表面质量要求极高。

为了获得高质量的脆性材料零件加工表面，常采用超精密磨削、研磨及抛光等方法。

然而研磨及抛光等方法加工脆性材料时不可避免地具有生产效率低，加工表面的面形精度不高等缺点。

年来，超精密磨削加工技术得到了极大发展，它能大大地提高零件的加工精度和加工效率。

但是，对于脆性材料的磨削加工，材料的去除方式将对已加工表面质量产生很大的影响，根据脆性材料磨削加工的最新研究表明，尽管脆性材料有很大的脆性，但在选择适当的参数条件下脆性材料仍能以塑性去除的方式进行磨削加工，脆性材料的塑性方式磨削加工能极大地提高零件的加工表面质量。