氧化铈对堇青石基微晶玻璃介电性能的影响_陈国华
收稿日期:2004-06-24
基金项目:广西自然科学基金资助项目(No.0339066) 作者简介:陈国华(1964-),男,河南滑县人,副教授,博士生,主要从事功能陶瓷和电子封装材料的研究工作。
文章编号:1004
-2474(2006)02-0202-03氧化铈对堇青石基微晶玻璃介电性能的影响
陈国华1,2,刘心宇1,2
(1.桂林电子工业学院信息材料科学与工程系,广西桂林541004; 2.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083)
摘 要:采用X -射线衍射(XR D)、扫描电镜(SEM )等手段研究了CeO 2在堇青石基玻璃烧结中的作用及其添加量对微晶玻璃的烧结和性能的影响。结果表明,CeO 2的加入可有效促进微晶玻璃的烧结致密化;随着CeO 2加入量的增加,烧结样品的介电常数呈现先增加后降低的趋势,且与密度变化曲线相似;当CeO 2添加量达4%(质量分数)时样品的介质损耗因子最低(U 0.2%)。
关键词:氧化铈;堇青石微晶玻璃;烧结;介电性能中图分类号:T Q171 文献标识码:A
Effect of C eria on Dielectric Properties of Cordierite -based Glass -ceramics
CHEN Guo -hua
1,2
,LIU Xin -yu
1,2
(1.Dept.of Inform ation M aterials Science and Engineerin g,Guilin U nivers ity of Electronic T echnology,Guilin 541004,Chin a;
2In stitu te of M aterials Science and Engineering,Central South Un iversity,Changsha 410083,Chin a)
Abstract:T he effects o f CeO 2on the sintering character istics and pro per ties o f co rdierite -based g lass -cer amics wit h non -stoichio metric co mpo sitio n wer e studied by X -ray diffractio n (XRD )and scanning electro n micro sco py (SEM )and so o n.T he r esults show ed that CeO 2addition obviously enhance the densification o f co rdier ite -based glass.T he dielectric const ant of the samples increases firstly and then decr eases with the addition of CeO 2,and their curv es similar to the density curve.W ith the addit ion o f 4%(mass facto r)CeO 2,the dissipation facto r of the sample show s the low est value (abo ut 0.2%).
Key words:cer ia;co rdierite glass -ceram ics;sintering ;dielectr ic propert ies
堇青石(M g 2A l 4Si 5O 18)基微晶玻璃具有低的介电常数和热膨胀系数,在微电子基板封装方面有着潜在的应用前景
[1-2]
。近年来,烧结法是制备该系
统微晶玻璃的常用方法。但研究发现,具有堇青石分子计量比的玻璃粉体很难烧结致密化,原因在于它的烧结温度范围很窄且晶化抑制了烧结。改变玻璃的组成使其富镁或少铝,添加一些易熔氧化物(Li 2O 、PbO 、B 2O 3等)作为烧结助剂均可改善堇青石玻璃粉体烧结性能
[1,3-5]
。有关堇青石基玻璃的烧
结特性和添加剂的作用已有较多报道[5-8]
,但对添加
剂的种类和作用机理仍是该领域研究的热点之一。
研究表明
[9-12]
,稀土氧化物能够促进陶瓷的烧结致
密化、稳定组织和改善性能。目前,有关氧化铈对非化学计量组成的堇青石微晶玻璃的烧结和电学性能影响的文献报道还不多见。
本实验将CeO 2加入到富氧化镁的堇青石玻璃组成中,采用烧结法制备堇青石基微晶玻璃。通过X -射线衍射(XRD)、扫描电镜等测试手段研究了
CeO 2在微晶玻璃粉体烧结中的作用及不同加入量对烧结样品的介电性能的影响。
1 实验
依据M g O -Al 2O 3-SiO 2系三元相图,确定玻璃的组成为:w (Mg O:Al 2O 3:SiO 2:B 2O 3+P 2O 5)=16.0:26.0:53.0: 5.0(质量分数),另外,分别加入0,2%,4%,7%的CeO 2,玻璃组成的代号依次记为A 0,A 2,A 4,A 7;原料为分析纯的化学试剂。将玻璃配合料置于刚玉坩埚内,于1560e 的硅钼棒电炉
中熔化4h,倒入水中淬冷成细小颗粒;烘干后放入玛瑙球磨罐内,采用乙醇作助剂球磨50h,烘干后过100目筛(玻璃粉体标记同玻璃组成代号)。经粒度分析,粉体的平均直径约为ù3L m 。在粉体中加入2%的PVA 作粘结剂,在110M Pa 下干压成型,制成ù18mm @1.5mm 的圆片测电学性能。将制成的素坯置于自动控温的箱式电炉中,在不同的热处理制度下进行烧结热处理。
采用德国Bruker D8-Advance 型X -射线衍射
第28卷第2期压 电 与 声 光
V ol.28N o.22006年4月
P IEZOEL ECT ECT RICS &A CO U ST O OP T ICS
Apr.2006
仪分析各烧结样品的晶相组成。采用Cu K A线,步进扫描方式(6b/min,工作电压40kV,电流35 mA)。采用日本岛津JSM-5600LV型扫描电镜观察样品的微观形貌和烧结情况。样品的体积密度和显气孔率根据Archimedes原理,采用排水法测定。介电性能采用H P-4278A阻抗分析仪测量,测试频率为1M H z,测试温度为25e。
2结果与讨论
2.1氧化铈在微晶玻璃烧结中的作用
将CeO2不同含量的样品在980e烧结,测定它们的体积密度和显气孔率,结果如图1所示。对A0、A2、A4和A7样品分别做断口扫描电镜观察和XRD分析,结果如图2、3所示。由图1可看出,随着CeO2质量分数的增加,其样品密度呈现先增加后降低的趋势,在w(CeO2)=4%时密度最大。而气孔率的变化与密度的变化正好相反,即随着CeO2质量分数的增加,气孔率迅速下降(从16.4%下降至0.4%),样品基本上达到致密化。当CeO2质量分数超过4%时,气孔率又有所增加。这说明CeO2存在一个合理的加入量。由图3可看出,该系玻璃粉体的烧结基本上是一个液相烧结过程,烧结的主导机制是牛顿型粘滞流动[3,5]。由图2(a)(不含CeO2)可观察到玻璃颗粒间的粘结聚合过程,此时有大量的气孔存在,且大多数为连通的开口气孔,贯穿于样品中。当w(CeO2)=2%时(见图2(b)),气孔数量明显减少,开口气孔逐渐变为闭口气孔,样品致密化程度增加。w(CeO2)=4%时(见图2(c)),样品已很好地致密化。这是因为CeO2的加入降低了玻璃的转变温度和低温粘度,促进了粘滞流动,加速了颗粒间的相互粘结和聚合,迫使气体沿晶界排除或在晶粒间形成闭口气孔,最终使样品致密化。继续增加CeO2的质量分数,由于稀土离子的/积聚0作用,将会阻止烧结样品的高致密化(见图2 (d))。由图3还可看出,样品在980e下烧结,A0样品(未添加CeO2)析出的主晶相为A-堇青石和少量的L-堇青石;A2样品(w(CeO2)=2%)的主晶相为单一的A-堇青石;A4(w(CeO2)=4%)和A7(w (CeO2)=7%)样品中除了主晶相A-堇青石外,还有一定量的CeO2,且A7样品中CeO2的含量比A4样品中多,表现为CeO2的衍射峰强度较高。由图4可看出,随着CeO2的增加,除A4(w(CeO2)=4%)样品外,其他样品的主晶相A-堇青石的含量均降低。仔细观察样品的XRD图谱发现,A4样品的主晶相A-堇青石的含量有所增加,表现为其衍射峰强度有所增加(所有样品的实验条件一样)。这是由于添加适量的CeO2降低了析出A-堇青石晶体的活化能[9,11],因此,添加w(CeO2)=4%有利于主晶相A-堇青石的析出,故A4样品中A-堇青石的含量有一定程度的增加。结合图1、2可说明,样品的表观测
试结果是和其内部显微结构相吻合的。
图1样品的密度和显气孔率随CeO2
质量分数的变化图2烧结样品在980e,2h热处理制度下的SEM
照片
图3980e,2h烧结后样品的XRD图谱
2.2CeO2对烧结样品的介电性能的影响
将A系列样品在980e烧结2h后,测定其介电常数和介质损耗因子(见图4)。由图可知,在相同温度下烧结的样品,随CeO2质量分数的增加,样品的介电常数呈先增加后下降的趋势,这一变化趋势与相同温度下烧结样品的密度变化规律相似(见图1)。这是因为电介质的极化机制,即微晶玻璃的极化机理主要是离子极化和电子极化。高频下电子极化占优势;低频下则是离子极化为主。按照Clausius-M ossotti方程[3],介电常数取决于电介质
第2期陈国华等:氧化铈对堇青石基微晶玻璃介电性能的影响203
单位体积内可极化的原子数目和原子本身的极化率。在堇青石微晶玻璃中,其介电常数主要取决于单位体积内可极化的原子数目,而单位体积内可极化的原子数目又正比于样品的密度。密度越大,说明单位体积内可极化的原子数目越多,而离子极化就越强烈,导致样品的介电常数增加。由图4还可知,随着CeO 2质量分数的增加,样品的介质损耗因子的变化与样品介电常数的变化相反。影响样品的介质损耗因子的因素较多,一般有电导损耗、结构松弛损耗和共振损耗。对于研究的样品,结构松弛损耗和电导损耗是主要的。在w (CeO 2)<4%时,结构松弛损耗占主要地位。随着CeO 2质量分数的增加,烧结样品的密度增加,即空隙率减少,烧结体结构致密。已有研究表明
[13]
,堇青石基陶瓷材料介质
损耗因子随着气孔率的降低而减少,样品的介质损
耗因子随着CeO 2质量分数的增加明显下降,这与样品气孔率的变化相吻合(见图1)。但w (CeO 2)\4%时,一方面由于样品的致密化程度下降而导致结构松弛损耗增加,同时样品中较多的玻璃相(XRD 结果)和较高质量分数的CeO 2共同导致电导损耗增加[14]。因此,
样品的介质损耗因子又增加。
图4 样品的介电常数和介质损耗因子
随CeO 2质量分数的变化
3 结论
a.添加CeO 2能促进堇青石基微晶玻璃的烧结致密化,CeO 2合适的质量分数为4%。
b.随着CeO 2加入量的增加,烧结样品的介电常数呈现先增加后降低的趋势,且与密度变化曲线相似。烧结样品的介质损耗因子随CeO 2的变化规律与气孔率变化曲线相似。参考文献:
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204压 电 与 声 光2006年
氧化铈负载型纳米催化材料的可控合成与“构效关系”研究
氧化铈负载型纳米催化材料的可控合成与“构效关系”研究理解和掌握影响纳米催化剂性能的主要因素(形貌、尺寸、表面结构以及组分等)对设计和开发具有高性能的(选择性、活性、热稳定性等)纳米催化剂具有指导意义,基于结构不同的氧化铈纳米晶催化剂的可控合成,成功克服了传统催化剂“构效关系”研究与真实催化剂体系之间存在的“材料鸿沟”和“压力鸿沟”,另一方面,现今的催化研究很大程度上依赖于各种表征技术,特别是可以打开催化反应“黑盒子”的原位结构测试,在相关表征测试的基础上,研究催化反应机理及影响因素(“形貌效应”,“尺寸效应”和“载体效应”等),揭示其“构效关系”为制备高效、稳定的纳米催化剂提供重要参考。本篇博士论文以氧化铈负载型催化剂为研究体系,基于结构均一的氧化铈纳米晶和Au,Cu纳米晶以及Cu/Pd双金属氧化物分子簇分别构筑Au/CeO2,Cu/CeO2,Cu-Pd/CeO2模型催化剂,系统研究了Au、Cu单金属和Cu/Pd双金属催化体系中金属-载体相互作用和“构效关系”,取得以下创新性研究结果:1.研制与发展X射线吸收精细结构谱(XAFS)-漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)联用装置,从系统的设计、部件的拆分和改造至设备的组装,完成了原位XAFS-DRIFTS联用装置的搭建和调试,并详细地阐述如何在催化反应过程中将所得的XAFS与DRIFTS数据信息相关联。 该联用装置成功实现了透射采集模式下高质量XAFS与DRIFTS实验数据的获取,同时,可以调控催化反应气氛和反应温度区间(室温至350?C)的原位测试,为后续的Au/CeO2催化剂的原位XAFS和原位DRIFTS研究提供了技术和理论支撑,同时为上海光源BL14W1光束线站发展原位XAFS表征方法积累了宝贵的经验。2.以水热法合成的氧化铈纳米棒为载体,利用沉积沉淀法和胶体沉淀法分别制备了金单原子和金纳米颗粒催化剂,同时利用5%H2/He气氛处理制备出金原子簇催化
氧化铈在催化剂中的作用
稀土催化材料在汽车尾气净化中的作用 目前国外广泛开发应用于汽车尾气净化的催化剂基本上是由铂(Pt)，铑(Rh)等贵金属组成的,目前, 普遍使用的铂铑基贵金属三元催化剂主要通过Pt 的氧化作用净化HC , CO , 通过Rh 的还原作用净化NO x 。该催化剂虽具有活性高、净化效果好、寿命长等优点，但是造价也较高，尤其是Pt、Rh等受到资源限制。为了缓解Pt特别是Rh的供应与需求之间的矛盾，广泛使用价格相对便宜的钯(Pd)， 开发了Pt，Rh和Pd组成的催化剂以及钯催化剂。 人们发现用稀土代替部分贵重金属制成的催化剂成本低，而且能获得满意 的净化效果。 稀土汽车尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主，其中氧化铈是关键成份。由于氧化铈的氧化还原特性，有效地控制排放尾气的组分，能在还原气氛中供氧，或在氧化气氛中耗氧。二氧化铈还在贵 金属气氛中起稳定作用，以保持催化剂较高的催化活性。所以开发稀土少贵金属的汽车尾气净化剂，是取稀土之长补贵金属贵属之短，生产出具有实用性的汽车尾气净化剂。其特点是价格低、热稳定性好、活性较高、使用寿命长，因此在汽车尾气净化领域备受青睐。 稀土元素外层电子结构相似，稀土元素间的催化性能差别比较小，总的催化活性比不上外层电子结构的过渡元素及贵金属元素。在现行的实用工业催化剂中，稀土一般只用作助催化剂或催化剂中的一种活性组分，很少作为主体催化剂。 作为贵金属催化剂的助剂，稀土能够提高和改变催化剂的性能，其助剂的作用远远大于传统意义上的碱金属或碱土金属元素。我国的机动车排放污染严重，然而我国贵金属贫乏而稀土资源丰富，因此稀土应用于机动车尾气处理在我困得到广泛的应用。 稀上在机动车尾气净化催化剂中主要是具有储氧和催化作用，将其加入催化剂活性成组中，能提高催化剂的抗铅、硫中毒性能和耐高温稳定性，并能改善催化剂的空燃比工作特性。 稀土在TWC中的应用 稀土氧化物特有的性质早已引起了国内外催化剂研究工作者的广泛关注，然而到目前为止稀上氧化物多用作催化剂载体和助剂。稀土在催化剂中的作用主要有以下几方面。 1.汽车尾气净化催化剂活性成分 汽车尾气中的主要有害成分为碳氧化合物(Hc)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO)，在净化器中的化学反应包括氧化和还原反应。因此，需要找出一种能使氧化和还原两类反应同时进行的三元催化剂，使催化剂在汽车排气管内借助于排气温度和空气中氧的浓度，对尾气中的CO、HC和NO同时起氧化还原作用，使其转化成无害物质C02、H20和N2。Ce、La稀土催化活性的研究结果表明：Ce02的引入明显提高了CO和NO的催化转化活性。因此，可用稀土氧化物完全或部分代替贵 金属来担当催化剂的活性组分，催化还原Co、HC和No。 2提高催化剂的抗中毒能力
晶体结构习题与解答
第三章晶体结构习题与解答 3-1 名词解释 （a）萤石型和反萤石型 （b）类质同晶和同质多晶 （c）二八面体型与三八面体型 （d）同晶取代与阳离子交换 （e）尖晶石与反尖晶石 答：（a）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中， 若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空 隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分 布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为 B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出 适合氧离子位置的间隙类型及位置，八面体间隙位 置数与氧离子数之比为若干四面体间隙位置数与氧 离子数之比又为若干 （b）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳 定结构各需何种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a）参见2-5题解答。 （b）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构 所需电价离子及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO。
微晶玻璃的制备方法与应用
X X X X 大学 材料制备原理课程论文 题目微晶玻璃的制备方法与应用 学院材料科学与工程学院 专业班级无机072 学生姓名 2010 年 6 月11 日
微晶玻璃的制备方法与应用 摘要：微晶玻璃是一种由基础玻璃严格控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分布的材料。由于其机械强度高、热膨胀性可调、抗热震性好、耐化学腐蚀、介电损耗低、电绝缘性好等优越的综合性能，已在许多领域得到广泛的应用。本文来主要介绍微晶玻璃的制备方法及其应用。 关键词：微晶玻璃；制备；应用 1.引言 微晶玻璃是将加有晶核剂的特定组合的玻璃，在有控条件（一定温度）下进行晶化热处理，成为具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。微晶玻璃由玻璃相与结晶相组成。两者的分布状况随其比例而变化：当玻璃相占的比例大时，玻璃相为连续的基体，晶相孤立地均匀地分布在其中；当玻璃相较少时，玻璃相分散在晶体网架之间，呈连续网状；当玻璃相数量很低，则玻璃相以薄膜状态分布在晶体之间。这种结构也决定了其机械强度高，绝缘性能优良，介电损耗少，介电常数稳定，热膨胀系数可在很大范围调节，耐化学腐蚀，耐磨，热稳定性好，使用温度高的良好性能。 微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优于天石材和陶瓷，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等。是具有发展前途的21世纪的新型材料。 2.制备方法 微晶玻璃的制备方法根据其所用原材料的种类、特性、对材料的性能要求而变化，主要的有熔融法、烧结法、溶胶—凝胶法、二次成型工艺、强韧化技术等。 2.1 熔融法 熔融后急冷，退火后在经一定的热处理制度进行成核和晶化以获得晶粒细小、含量多、结构均匀的微晶玻璃制品。热处理制度的确定是微晶玻璃生产的关键技术。作为初步的近似估计，最佳成核温度介于Tg 和比它高50℃的温度之间。晶化温度上限应低于主晶相在一个适当的时间内重熔的温度。通常是25℃～50℃。微晶玻璃的理想热处理制度见图1。 图1 微晶玻璃的理想热处理制度 常用的晶核剂有TiO2，P2O5，ZrO2，CaO，CaF2，Cr2O3、硫化物、氟化物。晶核剂的选择与基础玻璃化学组成有关，也与期望析出的晶相种类有关。Stooky指出，良好的晶核剂应具备如下性能：(1)在玻璃熔融成形温度下，应具有良好的溶解性，在热处理时应具有较小的溶解性，并能降低成核的活化能。(2) 晶核剂质点扩散的活化能要尽量小，使之在玻
晶体结构
第二章晶体结构及常见晶体结构类型 1、名词解释 （a）晶体与晶体常数（b）类质同晶和同质多晶（c）二八面体型与三八面体型（d）同晶取代与阳离子交换（e）尖晶石与反尖晶石（f）晶胞与晶胞参数（g）配位数与配位体（h）同质多晶与多晶转变（i）位移性转变与重建性转变（j）晶体场理论与配位场理论 解：（a）晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。或晶体是具格子构造的固体。晶体常数：晶轴轴率或轴单位，轴角。 （b）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。（c）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构。 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体 结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 （f）任何晶体都对应一种布拉菲格子，因此任何晶体都可划分出与此种布拉菲格子平行六面体相对应的部分，这一部分晶体就称为晶胞。晶胞是能够反映晶体
二氧化铈催化氧化
不同形貌的二氧化铈催化氧化CO 摘要:本文主要介绍了不同形貌的CeO2在去除CO方面的影响和机理，不同形貌的纳米 晶体表面暴露的晶面不同，使其表面活性有着显著的差异，表面主要暴露高活性晶面的CeO2纳米材料将对CO显示出更优的催化性能，CeO2形貌不同也会导致与负载金属的相互作用不同，继而导致金属/氧化铈催化剂体系具有不同的CO催化氧化性能。最后，对CeO2纳米材料形貌效应的研究和应用进行了展望。 关键字: 二氧化铈形貌效应催化氧化机理CO 1.引言 CO是一种主要的空气污染物，它所引起的一系列环境问题已成为全世界各国的工作重点之一，如何实现低温下消除CO已成为研究的热点[1]，用催化氧化法来消除CO是研究的主要方面。目前CO 催化剂大致可分为贵金属和非贵金属两大类，非贵金属催化剂价格低廉，热稳定性好，但是低温活性较差，随着研究的不断深入，非贵金属催化剂的低温活性不断得到提高，已接近贵金属催化剂。Ce02是一种廉价而用途极广的材料，由于Ce有+3和+4两个化合价，不但能表现出比较高的储、放氧能力，并且能增强过渡金属氧化物的分散，并提高过渡金属的稳定性，其作为催化剂活性组分、催化助剂或催化剂载体表现出了良好的效果[2]。 2.氧化铈形貌对CO催化氧化的影响 2.1 二氧化铈催化氧化机理 由于Ce3+和Ce4+间具有较低的电极电动势，而Ce02材料具有半开放的萤石晶体结构，所以Ce02可以在保持其晶体结构稳定的前提下，在外界环境贫氧时，释放02；而当环境富氧时，吸收02，这种储放氧的能力使用储氧量来描述能力的强弱，由于Ce02材料具有这样的能力，因此CeO2可以使得多相催化过程中气相中的氧物种。通过CeO2的呼吸作用使02转移至固体表面，从而促进了催化过程的进行，其表面及体相的晶格氧原子能够直接参与反应并被消耗，同时形成氧空位，因此，表面氧空位是氧化铈催化材料的重要参数和活性物种。虽然已有报道CeO2在CO氧化反应中可直接用作催化剂[3,4]，但是，与单独作为催化剂相比，CeO2 更多的是用作催化剂的载体，与其他氧化物相比，CeO2用作催化剂载体时，不仅可以对负载的金属起到分散、塑型及稳定作用[5]，还能够在反应过程中提供活性氧直接参与体系的氧化还原过程。 2.2 二氧化铈催化氧化CO的形貌效应 对CeO2 的催化性能的研究主要集中在尺寸和形貌上，纳米CeO2的活性会显著提高，其原因是CeO2的比表面积和缺陷浓度(如氧空位)显著增加，从而提高了对CO氧化反应的催化活性，但是CeO2表面的氧空位形成能受其尺寸效应外，也与形貌密切相关[6,7]。 CeO2纳米晶体通常会暴露出{111}、{110}和{100}三个低指数的晶面，不同形貌的CeO2纳米晶体表面暴露的晶面不同，如{ 111} 、{ 110} 和{ 100} 晶面，各晶面的表面稳定性、氧空位构造能及与表面分子的交换能均不同，使其表面活性有着显著的差异。理论计算研究表明[8]，CeO2的{ 100}晶面具有最高的表面活性，{ 110} 次之，{ 111} 最低，{111}晶面上产生氧空穴所需要的能量要远高于{110}和{100}晶面，表面主要暴露高活性晶面的CeO2纳
微晶玻璃简述
微晶玻璃简要概述 刘帅聪 （无机非金属材料工程1301班,湖南工学院材料与化学工程学院 湖南衡阳 421002） 摘要 微晶玻璃是通过基础玻璃或其它材料在加热过程中进行控制晶化而得到的一种中含有大量微晶体和玻璃体的复合固体材料。由于其机械强度高、热膨胀性可调、抗热震性好、耐化学腐蚀、介电损耗低、电绝缘性好等优越的综合性能，已在许多领域得到广泛的应用。 关键词微晶玻璃特点制备工艺应用发展 Brief Introduction of Glass - Ceramics Shuai Cong Liu （Inorganic Nonmetallic Materials Engineering1301class，Hunan Institute of TechnologyDepartment of Material and Chemical Engineering Hunan Hengyang 421002） Abstract： Crystalline glass is a composite solid material containing a large amount of microcrystals and vitreous bodies obtained by controlling crystallization during the heating process by the base glass or other materials. Because of its high mechanical strength, adjustable thermal expansion, good thermal shock resistance, chemical resistance, low dielectric loss, good electrical insulation properties such as superior performance, has been widely used in many fields. Key words： glass - ceramics, characteristics, preparation technology, application development
纳米金催化剂及其应用
纳米金催化剂及其应用 摘要：长期以来，黄金一直被视为具有永久价值的“高贵”金属，在人类社会 象征高贵和权力，决定黄金具有这种地位的科学基础是它的化学非活泼性和优良的可加工性。但1989年 Haruta等发现负载在Fe2O3 和 TiO2 等氧化物上的金纳米粒子具有很高低温 CO 催化氧化活性。金催化剂具有其它贵金属不具有的湿度增强效应，在环境污染、燃料电池、电化学生物传感器等方面都有巨大的应用前景，开辟了金作为催化剂的新领域。本文主要纳米金催化剂制备的研究现状及其部分应用。 关键词：纳米金催化剂选择性氧化加氢环境保护 纳米金催化剂的制备： 一、沉积-沉淀法 沉积-沉淀法是将载体浸渍在 HAuCl4 的碱性（pH值为8～10）溶液中，利用带负电荷的金与载体表面间的静电相互作用实现金的沉积。制备的纳米金粒子较好地分散于载体面，但要求载体具有尽可能大的表面积，对制备低负载量 Au 催化剂非常有效。为了获得最大量金沉积，提高金的负载量，整个制备过程对溶液 pH 值有较大的依赖性，溶液的 pH 值决定了金的前体在水中的水解程度，能够直接影响到金在载体上的吸附，当pH值为8～9时，[AuCl(OH)3]－是 HAuCl4 水解产物中吸附能力最强的形式、，但不同的金属氧化物载体其最佳 pH 值有所不同，目前一般将pH值控制在7～10。在沉积-沉淀法中，尿素对控制均匀沉淀非常有效，还可实现金的最大沉积，金负载量可达到12%，但该法仅适用于等电点较高（IEP>6）的 TiO2、Al2O3、CeO2 等载体纳米金的沉积。后来有科学家研究发现，若用浸渍法对表面浸渍吸附了HAuCl4 的催化剂在高温焙烧前用氨水等碱液多次洗涤，同样也可获得与沉积-沉淀法制备的活性相当的金纳米催化剂，这种方法避免了金的流失，克服了沉积-沉淀法受载体等电点限制的缺点。 二、浸渍法 浸渍法被广泛应用于工业制备贵金属催化剂，研究表明，金和载体表面间亲和力比较弱，在制备和反应过程中容易造成金纳米粒子的聚合，使得催化活性降低，通常认为不适合高度分散纳米金催化剂的制备。后来研究发现金催化剂低温催化 CO 氧化中，沉积-沉淀法比浸渍法获得更高活性是因为该法制备过程中
微晶玻璃花岗岩石材装饰板介绍
微晶玻璃花岗岩石材装饰板介绍 微晶玻璃花岗岩装饰板是目前际上开始流行的高级建筑装饰材料，较天然花岗岩石材更能进行灵活设计，而且装饰效果更佳。是21世纪的绿色建材，是内、外墙及地面的理想装饰材料。 微晶玻璃花岗岩是应用受控晶化新技术生产的新型装饰材料，其结构致密、高强、耐磨、耐蚀，在外观上纹理清晰、色彩鲜艳、无色差、不褪色。是天然花岗岩石材最理想的替代产品，与天然花岗岩比，具有以下优点。 （1）色泽可根据要求生产各种色彩、色调和混合色的各种装饰材料，颜色有白、绿、灰、黄、红、蓝、黑等，而且装饰效果更佳。 （2）材质微晶玻璃花岗岩装饰板的成分与天然花岗岩相同，均属硅酸盐质，在材料内部结构中，生长有硅灰石的主晶相，所以耐磨、耐蚀、强度上均优于天然花岗岩石材。 （3）环保微晶玻璃花岗岩板材无任何类型的放射性物质，符合环保要求，有益人体。 （4）规格可生产各种厚度、尺寸的平板，，弧形板。另外还可生产30多种混合色和多种规格异型微晶玻璃花岗岩装饰板。是机场、银行、地铁、宾馆、酒楼、别墅及居室的首选理想装饰材料。 一、绪言
优质花岗岩饰面材料具有优异的硬度和耐磨性、并具优美的外观花纹，一直是人们首选的建筑饰面材料。然而，天然花岗岩因：（1）含有一定量地放射性元素---氡，长期接触会对人身体造成一定伤害，国外一些发达国家及国内很多大城市都已明令禁止有放射性地天然石材用于室内装饰。(2)内部组成与结构的原因，机械强度和化学稳定性较差，造成抗风化能力和耐久性较差。(3)一些优质石材蕴藏量有限，价格昂贵。（4）天然石材的颜色花纹变化较大，整体装饰效果较差等本身固有的原因。市场迫切需要开发天然石材代用品。特别是近几年人们环境保护意识的增强，人们更加迫切地需要不含放射性物质的天然石材替代品。近二十年来，各科研单位及生产企业纷纷研制开发了许多种仿大理石、花岗岩产品，如：无机胶凝和有机胶结的“仿大理石”，陶瓷仿大理石釉面砖和渗花砖，等等。所有这些虽然有一些具有大理石或花岗岩的花纹，但质感和性能却远远不及天然石材。 本世纪六十年代后期，微晶玻璃的研究取得突破性进展，各种具优异性能的微晶玻璃制品开始工业化生产，一些国家的科学家开始研究开发微晶玻璃饰面材料，如前苏联开发成功地“矿渣微晶玻璃”、捷克斯洛伐克以玄武岩作原料生产地“人造玄武岩”和美国开发成功地“人造蛋白石”等等。所有这些制品其理化性能都远优于天然石材，但没有天然石材那漂亮的外观花纹。很难作为天然石材的理想替代品。 到了七十年代，日本电器硝子株式会社的科学家率先突破技术难关，研制出了具天然大理石外观、且性能远优于天然石材的“结晶化玻璃大理石”，并于 1974年开始工业化生产，商品名为“新型玻璃大理石（Neoparies）”。 我们于1982年开始研究“结晶化玻璃大理石”，次年就研究成功了具花岗岩外观的“微晶玻璃花岗岩”，但在进行工业化试生产过程中，因气泡和变形缺陷无法解决，成品率极低，技术推广和产品商品化就此搁浅了。 直到1994年南方某厂投资近亿元人民币建成了年产40万平米的生产线，他们经过近半年试生产，也同样遇到了气泡问题无法解决而造成成品率极低，委托我们帮助解决；为此我们对过去的技术资料进行了认真分析讨论，认为气泡的来源主要有以下三点： 1.玻璃融化不完全，残存有未排除之气泡，在二次烧结过程中膨胀形成。 2.玻璃料水淬及淬碎料处理过程中混入的吸附水及杂质所为。 3.由于热传递温度梯度的存在，烧结过程中板材表面先受热熔融，将气体封 接在板材中，随着温度地升高，玻璃料黏度的降低，气泡浮向表面造成 缺陷。 在后来我们借助高温显微镜证实气泡也确实是由上述第二、三点原因造成地，遂产生了这样一个设想：如果我们研究这样一种添加剂即或者具有吸收气体的作用或者具较小黏度和表面张力能在烧结过程中使气泡顺利排出。问题不就解决了吗？ 1994年我们成立专门地技术开发课题小组，集中对以下技术课题深入地研究开发并取得了突破性进展： 1.研制出了微晶玻璃花岗岩消泡剂，基本彻底地解决了气泡问题。
二氧化铈基催化剂制备及其在汽车尾气净化中的处理效果研究
二氧化铈基催化剂制备及其在汽车尾气净化中的处理 效果研究 【摘要】本研究主要讨论用十八胺热解金属硝酸盐得到金属氧化物颗粒的方法，制备二氧化铈基催化剂，并尝试掺杂了金属铜和锆，通过控制掺杂物的比例、浓度、反应时间、反应温度等因素对产物粒径及催化剂催化速率的影响，得到了催化速率更好的催化剂，改良了汽车尾气处理工艺。 【Abstract】This research mainly is a discussion about using the method of metal oxide nanoparticles pyrolysised with Octadecylamine metal nitrate to prepare the Cerium oxide based catalyst.And try to doping metal Copper and Zirconium.By controlling the dopant ratio, concentration, reaction time, reaction temperature and other factors have effact on the particle size and the catalytic rate.The catalytic rate achieved a better level and automotive exhaust treatment process has been improved. 【关键词】二氧化铈；合成催化剂；汽车尾气处理 0 引言 铈作为稀土金属之一，因其氧化物二氧化铈具有优越的氧化还原性质和高储氧能力，成为催化剂领域里研究最广范的金属氧化物之一。二氧化铈基材料，特别是掺杂了其他金属（如Cu，Zr等）的改良催化剂，具有很多优良的性质。若能充分地将其性能应用于汽车尾气处理的过程中，必然能对环境保护工作起到很积极的作用[1]。 本研究利用十八胺既可以做分散剂，又可以做表面活性剂的特性，热解金属硝酸盐制备金属氧化物催化剂。通过以二氧化铈为主的催化剂的催化特性的研究，改良二氧化铈基催化剂的制备方法，并将所得催化剂进行汽车尾气处理催化效率的模拟研究，探索了十八胺热解金属硝酸盐制备催化剂材料的最佳反应条件[2]。 1 实验材料和方法 1.1实验材料和设备 本实验用到的实验设备主要有武汉永盛科技有限公司生产的BSA224S型实验台秤，J02070离心机和T300玻璃管温度计，FEI公司生产的Quanta 200热场发射扫描电镜，中国射线仪器公司生产的Y500型X 射线衍射仪以及上海同广科教仪器有限公司生产的MFC-08型汽车尾气净化实验装置。 本实验所用药剂均为分析纯，直接使用。其中十八胺、硝酸铜、硝酸锆、硝酸铈生产于天津市光复精细化工研究所，无水乙醇生产于天津市天力化学试剂有限公司。 1.2纳米材料的制备方法 本实验用十八胺热解金属硝酸盐的方法，其中十八胺既是大分子分散剂，也是表面活性剂[3]。该方法工艺操作简单，工业化价值较大。有很好的研究价值。 2 实验过程 2.1制备 称取35.0g十八胺加入到250ml三颈烧瓶中，加热至完全熔化，加入2.5g Ce(NO3)3·6H2O，低速搅拌至完全溶解，停止搅拌，快速加热至230℃，开启搅拌，反应18min，停止加热。待温度降至80℃左右，加入适量无水乙醇摇匀后倒入250ml烧杯中静置，待沉淀完全后倾倒上层清液，用无水乙醇洗涤沉积物，至上层洗涤液无色透明，收集产物，60℃于烘箱中烘干后，马弗炉400℃煅烧30min，研细，装袋，贴上标签。 2.2产物分析 利用Y500型X射线衍射仪和扫描电镜对产物进行了粒径和晶型变化的分析[4]。 2.2.1成份与晶型分析
微晶玻璃的制备
微晶玻璃的制备 一、文献综述 1、微晶玻璃的概念 微晶玻璃又叫微晶玉石或瓷玻璃，是综合玻璃，学名叫做玻璃水晶。 微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同。它具有玻璃和瓷的双重特性，普通玻璃部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。 所以，微晶玻璃比瓷的亮度高，比玻璃韧性强。但微晶玻璃不同于瓷和玻璃。 微晶玻璃与瓷的不同之处是：玻璃微晶化过程中的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料； 而瓷材料中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以外，大部分是在制备瓷时通过组分直接引入的。微晶玻璃与玻璃的不同之处在于微晶玻璃是微晶体（尺寸为0.1～0.5μm）和残余玻璃组成的复相材料；而玻璃则是非晶态或无定形体。 另外微晶玻璃可以是透明的或呈各种花纹和颜色的非透明体，而玻璃一般是各种颜色、透光率各异的透明体。 2、微晶玻璃的分类 （1）通常按微晶化原理分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃； （2）按基础玻璃的组成分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐和磷酸盐系统； （3）按所用原料分为技术微晶玻璃（用一般的玻璃原料）和矿渣微晶玻璃（用工矿业废渣等为原料）； （4）按外观分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃； （5）按性能又可分为耐高温、耐腐蚀、耐热冲击、高强度、低膨胀、零膨胀、低介电损耗、易机械加工以及易化学蚀刻等微晶玻璃以及压电微晶玻璃、生物微晶玻璃等 （6）晶玻璃的组成在很大程度上决定其结构和性能。按照化学组成微晶玻璃主要分为四类：硅酸盐微晶玻璃，铝硅酸盐微晶玻璃，氟硅酸盐微晶玻璃，磷酸盐微晶玻璃。 3、微晶玻璃的制备方法 微晶玻璃的制备方法根据其所用原材料的种类、特性、对材料的性能要求而变化，主要的有熔融法、烧结法、溶胶—凝胶法、二次成型工艺、强韧化技术等。 3.1、熔融法（整体析晶法） 熔融后急冷，退火后在经一定的热处理制度进行成核和晶化以获得晶粒细小、含量多、结构均匀的微晶玻璃制品。热处理制度的确定是微晶玻璃生产的关
微晶玻璃的制备与应用
微晶玻璃的制备与应用 【摘要】玻璃陶瓷（glass-ceramics）又称微晶玻璃。是综合玻璃，玻璃陶瓷和我们常见的玻璃看起来大不相同。它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而玻璃陶瓷像陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，玻璃陶瓷比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。 【关键字】玻璃陶瓷；可切削玻璃陶瓷；分相；结晶化；晶核剂 微晶玻璃是将加有晶核剂的特定组合的玻璃，在有控条件（一定温度）下进行晶化热处理，成为具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。微晶玻璃由玻璃相与结晶相组成。两者的分布状况随其比例而变化：当玻璃相占的比例大时，玻璃相为连续的基体，晶相孤立地均匀地分布在其中；当玻璃相较少时，玻璃相分散在晶体网架之间，呈连续网状；当玻璃相数量很低，则玻璃相以薄膜状态分布在晶体之间。这种结构也决定了其机械强度高，绝缘性能优良，介电损耗少，介电常数稳定，热膨胀系数可在很大范围调节，耐化学腐蚀，耐磨，热稳定性好，使用温度高的良好性能。 微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优于天石材和陶瓷，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等。是具有发展前途的21世纪的新型材料。 1制备方法 微晶玻璃的制备方法根据其所用原材料的种类、特性、对材料的性能要求而变化，主要的有熔融法、烧结法、溶胶—凝胶法、二次成型工艺、强韧化技术等。 1.1熔融法 熔融后急冷，退火后在经一定的热处理制度进行成核和晶化以获得晶粒细小、含量多、结构均匀的微晶玻璃制品。热处理制度的确定是微晶玻璃生产的关键技术。作为初步的近似估计，最佳成核温度介于Tg 和比它高50℃的温度之间。晶化温度上限应低于主晶相
微晶玻璃
. 1 绪论 1.1 微晶玻璃的定义 1.1.1 定义及特性 微晶玻璃（glass-ceramic）又称玻璃陶瓷，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。 玻璃是一种非晶态固体，从热力学观点看，它是一种亚稳态，较之晶态具有较高的内能，在一定的条件下，可转变为结晶态。从动力学观点看，玻璃熔体在冷却过程中，黏度的快速增加抑制了晶核的形成和长大，使其难以转变为晶态。微晶玻璃就是人们充分利用玻璃在热力学上的有利条件而获得的新材料。 微晶玻璃既不同于陶瓷，也不同于玻璃。微晶玻璃与陶瓷的不同之处是：玻璃微晶化过程中的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而陶瓷材料中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以外，大部分是在制备陶瓷时通过组分直接引入的。微晶玻璃与玻璃的不同之处在于微晶玻璃是微晶体（尺寸为0.1～0.5μm）和残余玻璃组成的复相材料；而玻璃则是非晶态或无定形体。另外微晶玻璃可以是透明的或呈各种花纹和颜色的非透明体，而玻璃一般是各种颜色、透光率各异的透明体。 尽管微晶玻璃的结构、性能及生产方法与玻璃和陶瓷都有一定的区别，但是微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的多相特征，集中了玻璃和陶瓷的特点，成为一类独特的新型材料。 微晶玻璃具有很多优异的性能，其性能指标往往优于同类玻璃和陶瓷。如热膨胀系数可在很大范围内调整（甚至可以制得零膨胀甚至是负膨胀的微晶玻璃）；机械强度高；硬度大，耐磨性能好；具有良好的化学稳定性和热稳定性，能适应恶劣的使用环境；软化温度高，即使在高温环境下也能保持较高的机械强度；电绝缘性能优良，介电损耗小、介电常数稳定；与相同力学性能的金属材料相比，其密度小但质地致密，不透水、不透气等。并且微晶玻璃还可以通过组成的设计来获取特殊的光学、电学、磁学、热学和生物等功能，从而可作为各种技术材料、结构材料或其他特殊材料而获得广泛的应用。 微晶玻璃的性能主要决定于微晶相的种类、晶粒尺寸和数量、残余玻璃相的性质和数量。以上诸因素，又取决于原始玻璃的组成及热处理制度。热处理制度不但决定微晶体的尺寸和数量，而且在某些系统中导致主晶相的变化，从而使材料性能发生显著变化。另外，晶核剂的使用是否适当，对玻璃的微晶化也起着关键作用。微晶玻璃的原始组成不同，其主晶相的种类不同，如硅灰石、β-石英、β-锂辉石、氟金云母、尖晶石等。因此通过调整基础玻璃成分和工艺制度，就可以制得各种符合性能要求的微晶玻璃。 1.1.2 微晶玻璃的种类 目前，问世的微晶玻璃种类繁多，分类方法也有所不同。通常按微晶化原理分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；按基础玻璃的组成分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐和磷酸盐系统；按所用原料分为技术微晶玻璃（用一般的玻璃原料）和矿渣微晶玻璃（用工矿业废渣等为原料）；按外观分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；按性能又可分为耐高温、耐腐蚀、耐热冲击、高强度、低膨胀、零膨胀、低介电损耗、易机械加工以及易化学蚀刻等微晶玻璃以及压电微晶玻璃、生物微晶玻璃等。表1-1列出了常用微晶玻璃的基础组成、主晶相及其主要特性。表1-1常用微晶玻璃的组成、主晶相及主要特性
晶体
晶体结构部分晶体结构部分：： 基本概念 （a ）萤石型和反萤石型 （b ）类质同晶和同质多晶 （c ）二八面体型与三八面体型 （d ）尖晶石与反尖晶石 （e ）配位数与配位体 （f ）同质多晶与多晶转变 （g ）位移性转变与重建性转变 （h ）晶体场理论与配位场理论 （I ）阳离子交换 计算 1. MgO 晶体结构，Mg 2+半径为0.072nm ，O 2-半径为0.140nm ，计算MgO 晶体 中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO 的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%？ 提示：在MgO 晶体中，正负离子直接相邻；MgO 体积分数小于74.05%，原因在于r+/r-=0.072/0.14=0.424>0.414，正负离子紧密接触，而负离子之间不直接接触，即正离子将负离子形成的八面体空隙撑开了，负离子不再是紧密堆积。 2. 解释解释：： （a ）在AX 型晶体结构中，NaCl 型结构最多； （b ）MgAl 2O 4晶体结构中，按r+/r-与CN 关系，Mg 2+、Al 3+都填充八面体空隙，但在该结构中Mg 2+进入四面体空隙，Al 3+填充八面体空隙；而在MgFe 2O 4结构中，Mg 2+填充八面体空隙，而一半Fe 3+填充四面体空隙。 （c ）绿宝石和透辉石中Si:O 都为1:3，前者为环状结构，后者为链状结构。 （d ）硅酸盐晶体结构分类原则及各种类型的特点 （e ）堇青石与绿宝石有相同结构，分析其有显著的离子电导，较小的热膨胀系数的原因 （f ）从结构上说明高岭石、蒙脱石阳离子交换容量差异的原因。 晶体缺陷部分晶体缺陷部分：： 1．晶体结构中点缺陷的类型。 晶体中各种点缺陷的表示符号。
微晶玻璃
微晶玻璃的生产制备 1．微晶玻璃概述 新型微晶材料的开发研制最先起于美国，亚洲的日本紧随其后，成为目前世界上新型微晶材料的生产大国，此后西欧和亚太地区的经济发达国家不甘落后，也加紧开发研制。而我国则起步于上世纪的八十年代初，经过二十年的开发，微晶材料的生产工艺基本上已趋于成熟，进入了实用阶段。它主要用做建筑装饰材料、飞机、火箭、卫星等结构材料，医疗、化工等防腐材料以及军事上，如激光制导材料等。 微晶玻璃是新型微晶材料的一种，它是通过基础玻璃或其它材料在加热过程中进行控制晶化而得到的一种中含有大量微晶体和玻璃体的复合固体材料。更具体说，它是在高达1500℃高温条件下，从含特殊成份的玻璃液中析出的特殊晶相及硅灰石晶体和玻璃相结合致密整体结晶材料。其颜色多种多样。生产方法可分为烧结法、压延法、浇铸法。产品按配方可分为两大类，一类是矿渣类。所用原料为矿渣、石英砂、长石、石灰石、萤石、白云石、滑石等；第二类为泥沙类。所用原料为泥沙、石英砂、长石、纯碱、石灰石、白云石、重晶石、萤石等。 由于微晶玻璃是硅灰石相和玻璃相相结合的致密整体结晶材料，颜色上是以金属氧化物为着色剂，因而其表面特征既有陶瓷的特征，又与天然石材极其相似，加之材料形状多为板材，因而许多人又将其称作为微晶板材、微晶石材、微晶玉石、玻璃陶瓷、结晶化玻璃或人造石材等等。由于其结构极为致密并用作表面装饰材料。因此，又有人将其归为实体面材。与建筑陶瓷及天然石材制品相比，由于微晶玻璃具有特定性能的晶相析出。因而，在机械强度、表面硬度、热膨胀性能、耐酸碱及抗腐蚀等方面具有一些独特的优点。 1.1微晶玻璃的分类 微晶玻璃可按不同的标准分类，从外观看，有透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；按微晶化原理可分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；按照性能分为耐高温、耐热冲击、高强度、耐磨、易机械加工、易化学蚀刻、耐腐蚀、低膨胀、零膨胀、低介电损失、强介电性、强磁性和生物相容等种类；按基础玻璃组成可分为硅酸盐、铝硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐及磷酸盐等五大类；按所用材料则分为技术微晶玻璃和矿渣微晶玻璃两类。 2．微晶玻璃的性质及应用 2.1力学性质 （1）机械强度，微晶玻璃的机械强度比一般玻璃、陶瓷材料以及某些金属材料高很多。抗压强度为0.59~1.02GPa，弯曲强度为88.2~220.5GPa，拉伸强度为49~137.2MPa；特殊的或增强的微晶玻璃，弯曲强度高达411.6~548.5MPa。微
微晶玻璃
1.1微晶玻璃简介 1.1.1微晶玻璃 微晶玻璃（glass-ceramics）又称玻璃陶瓷或结晶化玻璃[1]，微晶玻璃是把加有晶核剂(或不加晶核剂)的特定组成的玻璃在一定条件下进行热处理，使原有单一的玻璃相形成了由微晶相和玻璃相均匀分布的复合材料[2]。微晶玻璃的结构与性能，和陶瓷、玻璃均不同，微晶玻璃的性能由晶相和玻璃相的化学组分及他们的数量决定，所以它集中了两者的特点，成为一类特殊的材料，因其可用矿石、工业尾矿、冶金矿渣、粉煤灰等作为主要生产原料，且生产过程可以实现固体废弃物的整体利用和零排放，产品本身无放射性污染，故又被称为环保材料或绿色材料。 微晶玻璃具有原料来源广、制备工艺简单、可与金属焊接等诸多优点，可作为结构材料、光学材料、电学材料、建筑装饰材料等，广泛应用于建筑、医疗、航空、国防以及生活等各个领域。尽管微晶玻璃发展己有50多年的历史，但有关各类微晶玻璃的研究开发和应用依然十分活跃，已成为新型陶瓷材料开发应用的研究重点之一。[3] 1.1.2微晶玻璃成分 对微晶玻璃来说，它的结构由材料的组成和热处理工艺共同决定。其中组成对玻璃析晶性能和主晶相的形成有着很大的影响，对微晶玻璃的内部结构起到决定性的作用。 随着成分的变化，微晶玻璃结构及性能发生改变。实际上,玻璃成分是通过结构决定了性质,即成分、结构、性能间存在的总规律是:微晶玻璃成分通过对结构的影响而决定了其性能。微晶玻璃不同于一般系统的玻璃,其结构中既存在玻璃相，亦存在有一定晶相，玻璃相结构和晶相性质共同作用决定了微晶玻璃的性能。 从玻璃形成条件看，其组分中必须含有可以形成玻璃的氧化物，如SiO2、B2O3和P2O5，同时还必须含有一定量的中间氧化物，如CaO和MgO等。 在研究中对料方调整按下列依据进行： (1)SiO2 SiO2是构成微晶玻璃骨架网络的主要氧化物，它的含量不仅决定玻璃的主要化学性质和性能指标，而且对玻璃的粘度影响很大，是熔化、澄清及成形的关键性因素。适当增加SiO2有利于减缓高温析晶倾向，但其含量太高，则玻璃粘度太大，制品析晶困难；而SiO2含量太低，如小于40%，则玻璃易失透，制品无法成型。 (2)A12O3 配合料中A12O3含量不能太高，否则形成的A12O3会引起补网作用，使得粘度增加，成型困难，抑制玻璃的分相与析晶；但A12O3含量太少，会造成制品结晶不均匀，晶粒较粗，也会降低玻璃的稳定性。 (3)CaO CaO是矿渣微晶玻璃中不可缺少的组分，它能够调节玻璃的粘度，对玻璃的成型起着决定作用。CaO在高温时降低玻璃的粘度，但在低温时增大玻璃的粘度，
第三章晶体结构习题与解答
第三章 晶体结构习题与解答 3-1 名词解释 （a ）萤石型和反萤石型 （b ）类质同晶和同质多晶 （c ）二八面体型与三八面体型 （d ）同晶取代与阳离子交换 （e ）尖晶石与反尖晶石 答：（a ）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c ）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d ）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e ）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四 面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空 隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a ）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离子位置 的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四 面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？ （b ）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何 种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a ）参见2-5题解答。 （b ）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价离子 及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO ； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O ； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO 。 3-3 MgO 晶体结构，Mg2+半径为0.072nm ，O2-半径为0.140nm ，计算MgO 晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO 的密度。 解：参见2-9题。 3-4 Li2O 晶体，Li+的半径为0.074nm ，O2-的半径为0.140nm ，其密度为1.646g/cm3，求晶胞常数a0；晶