范文一:CuBr-NaBr-P〈,2〉O〈,5〉CaO玻璃中的混合碱效应的
CuBr-NaBr-P20s-CaO玻璃中的混合碱效应的研
谢海芬洪双连李光远 华东理工大学石油化究
212000 工学院物理教研组邮编:
摘要
本文研究了xo由—加-I州出r-55W混合碱效应??发现当cu,Cu+N踟-5时,电导辜达蓟 最Cu+离于与其它-蔓离子毙形成混合-撤 小值。电导辜的量大值与量小值相差兰个姐级:表明r 应,本文还给出了电寻辜随量度。颢辛(戚份的变{匕这与一般i眙碱效应的规律相类崔l。用离于对 模型对cu的蠢合碱效应进行丁解释。 关键词:程台碱效应(o—^予(Na+离子,离子对模型 一弓I言 在玻璃中,混合碱效应是—个长期被研究的对象,它不仅在研究微观离子之问的 复杂相互作用方面是一个重要手段,同时在实际应用方面'如铡备高绝缘材料也是一 个重要的方法。所谓混合碱效应就是指玻璃中的一种碱离子被另一种碱离子所取代 时,玻璃的许多性质发生了变化,与加和性原理所预期的不一致。其中又以浓度与电 导之间的非线性更为显著。具体地讲,当混合两种不同碱阳离子时,其电导率随着一 种碱金属甜离子被取代而先下降。然后再上升,电导率等温曲线呈抛物线型。混合碱 效应自1925年发现以来(国内外相继都进行r大量的研究(并发现在Lj+一Na+, Li+一K+,Li+一Ag+等都具有强烈的混合碱效应。但对Cu+离子的混合碱效应研究得 很少川。这主要因为铜容易变价,给制备样品带来困难。本文研究了在卤化物中Cu+ -Na+玻璃混合碱效应。即cuB心4出r-叩rcao玻璃系统中的混合碱效应。我们利用 r流动氮气法”1箭备了嘲片状样品。测试了(其电导率糖温度(频率的变化,对此玻璃 系统的其它性能也做了详细的研究。并利用外来离子对模型给予解释。
二(实验
—
W实验用的样品是以NH?H2Pc}4'NaBr,CuBr,CaC03为原料,按公式xCuB一 40-x)NaBr-55 P2(净5Ca0称量。用陶瓷坩埚烧结。具体地。加热分解NH4H2P04以 CaC03的混合物,然后在流动氮气中加人反应物CuBr,NaBr进行煅烧。温度及 从 8006C-950。C,燃后退火(最后将样品倒入圆形模具中成型。所有样品经X光检验均为非晶态。将所得的玻璃两面用细沙纸磨平。测出它们的厚度和直径(或面积)。最 后在样品两面涂以导电银胶作为浏量电极。样品标号为:A。l代表x=0^-2代表 X=iO?”代表X--20,A-4代表X=30,A-5代表X--40(本实验中,用HP4284A型精密 LCR电挢器试电性能,测量频率在20HZ-IMHZ,温度在20"C-140"C之 DWTT02墅精密自动温度控料仪作温度控制。 间(以
三(结果与讨论 1(阻抗谱图 图1描述了xCuBr-(40-x)NaBr一55 P20s-SCaO玻璃系列中,当x-O时崖温下的阻抗 曲线图(从谱图上可以看到,在室温温度下曲线呈半圆状,且高频外推经过坐标原点。
0
图J OCuBr?40NaBr-55P2侥。5CaO玻璃的阻抗谱 闰 2(不同样品的电导率与温度T的关系 图2是xCuBr-(40一x)NaBr-S5P205—5CaO系列玻璃中电导率对数与温度1000,T之 间的关系图。由图可知。在所研究的温度范围内,虽然电导率变化r近三个数量 级, & ?loga与1000[I"满足直线关系,这说明ra与T的实验数据符合Arrhenius公式,o(下)=o(0)exp(?Ea&T) 毒 4343Ea,kT logo(T)=Iogd(O)-O 式中T是绝对温度,k是玻尔兹曼声、 Ea是样品的电导激活能,《o)是指前因 子。o(T)是在不同 温度下的电导率值。 3(激活能随成份X的变化 图3是xCuBr一(40一x)NaBr-55P20s?5CaO系列玻璃在t为100。C下激括能与成份x 的关系图。从图中可以发现Ea先随着x增大而增大,当x=30时Ea达到最大值 0(62ev,当x大于30时,Ba随着x增大而减小。
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图2?贮uBr(40-x)NaBr葫P牡一5ca0表}赶B西岛log。与1000,T幽
豳3蛔避r(蚰—x)?Br弓珀2时5cao的澉活能与成份x的关系髑 4(电导率随频率的变化 图4是logo—Iogf关系图。从图中可知,样品的颓响曲线一般呈现三个区域(即葶 低频的电极极化区,其电导率随频率的增大而稍增大:直流平台区,电导率基本与频率无关;高频色散区,电导率随频率的增大而增大(这是由于高频极化引起的。这些 ? 特性基本符合Jonsched”公式 a(0)wA?(W户a(O卜Aw“ 其中是直流电导率,是角频率,是与温度有关l之间( 在t=-100。C时(图4(a)),随着Cu+逐渐取代Na+,低频的系数,其值在。一 极化先比较明显,随之逐渐减弱?在x=20时,低频极化不显著r,当x>20时,低频极化又逐渐显著,这说明低频极化 与Cu+,Na+比值有关,而高频极化情况与低频极化时则相反,这说明高频极化与不同 离子的复杂作用以及离子与骨架相互作用都有关9?,随着温度的增高低频极化逐渐减 弱,而高频极化则显著,如图4(b)所示,这与一般混合碱玻璃所呈现的特性相似”J。
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【a)logf(HZl Iogf(HZ) 图4不同样品的频响特性曲线图
5(电导率随组份X的关系 网5是xCuBr-(40-x)NaBr-55P205-5CaO系列玻璃在t为60。C,100。C,140。c下 导率与成份x的关系图。从图中可知: (1)在同一温度下,电导率的最大值与最小电值相差近三个数量级。而且随着组分数 X的增大,即随着CuBr逐渐代替NaBr,样品的电导率逐渐降低,在 CuBr,CuBr+NaBr=0(5时,电导率达到极小值。当X>20时(电导率叉随着X增大而 增大。
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一7( ? (3( 暮 (9( X0 30 40 10,,(20 图5 logo与x关系图
?2)温度升高时logo-x曲线向上移动。并且在较高的温度下(电导率等温曲线趋 ?170?
于乎坦。图中等温曲线所呈现的抛物线形状与一般的玻璃混合碱效嘘的特征相符 说明cu十离子和Nn呈现出明显的混合碱效应。{昆厶碱效应自1925年发现以合( 来。国( 内外相继都进行r大量的研究,提出r很多的理论模型来解释这种现象。但and 公众所接受的统一理论。Hendrickson B竭一(?提出了很好的徽观理论模还设有为型,这 个模型是建立在碱离子对的偶极矩与诱导偶扳矩相互作用的基础上捉出来的。根据电 动力学计算不同的单价碱离子之问是相互吸引的。这种理论的宏观模型9懈释为弱电 解质模型。弱电解质模型认为这种由不同离子相互吸引形成的离子对。而这种 有较低的势能, 一般不容易迁移,对电导几;”(青贡献。 离子对按照离子对模型(本文研究的cu+一Na+玻璃系列中,cu,与Na+形成Cu+一Na+ 离子对。这种离子对存在玻璃结构间隙中。不能迁移。所以离j:对越多电导率越低。 从图5可以看到在x=20时Cu+一Na+离子对数目最多,所以电导率最低。在 这点左侧,除了(cu+一N时离子对外还有剩余的自由Na+离子。电导率主要由科余的自由 Na+离子贡献。而在这点右侧,电导率主要由剩余的自由的Cu+离子贡献。所以电导 率都比X=20这点高。在图中的两侧是单碱玻璃,所以电导率相对最大。上述电导率 的变化也可以从图3明显地看出:在X=20点激话能最大。离子迁移最困难。在其它 点激活能较小些相应有一些剩余自由离子的迁移。另外,从图5还可以看到电导率最 低值在等温曲线的中问点,即CuBr,NaBr=l时电导率达封极小值。这是由于c叶离 子与Na+离子半径相差不大所造成的。 参考文献:
OF THE e1(al in 1991 DALIAN nrfERNATIOHAL 1(Guangyuan Li PROCEEDINGS Press(199I,305CONFERENCE ONGLASSChinaand"rechnology 2(AhondD(P(DuncanGK。WcstA(,SolidSlatelonics,19程3(8:159 3(?v(兄ChowdariandK(RadJlak硒,瑚,J(Non-oystSoli血Il暖1,9)101一110and 4^(HcnddcksonJ(R Bray(P-J Pbys_Chcm、Glassc!{1309",2)43 5(Ingrain,M(D'J(Am(Ccram(Soc(63l(1990)249 Glasses in Alkali Effect System ofMixedCuBr-NaBr-P20,-CaO
l璐lln“e China Department ofPhysics,Petrochemical ofE世t UH?姆qscl啪健Tedmology,Shi嘻hai 212?china
Ab目删: chemicals fo?amlamwith gl?wmprcparcd CuBr,NaBr,CaC03捌H4H!吼??Id吨tO conductivitym嘲帅哪I帆shown岫dlcmixedalkalixCuBr-(40-x)waBt-55P)啦-SCaO,Electrical cf幅ectis p?nounccdintheglassinvolvingcopperions(1hc[nlBl蝌vcq的蛳ofNa+byCu+ considerabHdecreasedthe conductivilywh洫showsn-cminimomatOaBdOWHNaBr=0(5(11(ccffoaofmixedconductionistodeceasethe0 valueby aboutIIntthantheea如ofmagalmdefromthe copier rich sideat 1000C(Theconcltt时tivi婶dmagcsw,tk缸mpc栩抽l毽翩吗噬喃anda啊甲疆嘲缸燃 model tim studied_The mixed alkali effect啪be吼pJaintd with offomign ion印由x alkalieffecL Cu nmdclKcywords:mixed ion(ion芦h ion,Na
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范文二:铜离子玻璃中的混合碱效应
铜离子玻璃中的混合碱效应
李光远方鹏飞张月兰魏萍薛守江 (华东理工大学 上海 200237)
羹 要 用流动N2气法制各了含一价铜离子的混合碱玻璃,研究了在M20-C啦O-P20s-Bi203(bl=Li,N?K)系统 Mcu? 玻璃中柏混合碱效应(结果表明,当离子逐渐被离子取代时,玻璃的电导率逐渐降低,其电导率等
数翌曲线呈现明显的抛物线型,像其它一价阳离子混合碱效应一样(电导率最小值与晕大值之差约有三个量级,丽电导率最低点的位置随两离子的半径不同而变,总是偏向离子半径较大的一方,相应的澈活能 量大值也是这样(
关t词: cIl+离子,混合碱效应,电导率(激活能,最小值位置
一、引言 1925 混台碱效应是玻璃科学中长期研究而未解决的课题之一,自年发理此种效应以来,国内、外已进行了大量的研究(混合碱效应其主要特征是物理性质与离子的加和性不呈线性关系,倒如玻璃的电导辜 田售寓性,随荣第二种离子不断取代原玻璃中的第一种碱离子,电导率开始运渐藏小,当达到最小值时又 一 逐渐增大,电导率等温曲线呈现抛物线形状,电导率最小值和最大值之差有时达刊5—7个数量缓( 般魄,混合碱鼓应只与单价离子的种类有关,与玻璃的形成体无关(刊目前为止,已发现在玻璃中混合
L山,,Li+-K+,Li+-Ag+?Na+,Na+-Ag+耵,Na+-Rb+等单价阳离子时都呈现出明显的混合碱现象(但对包含单价cII?离子的玻璃中的混合碱效应报道得很少,其主要原因是因为一价铜报容易氧化变成二价铜,这样 会Ql?离子玻璃工艺复杂困难,代价较大(我们发现了用流动N2气法【“,可以很容易地制备大量 的cu?使嗣备离子玻璃样品,给这方面的研究提供了有利的工具(本文主要报道舍Cul离子磷酸盐玻璃中的混合
碱效应,即研究M20—:cunP205lBi20,系统玻璃中Na+一cu+,Li十_cll+tl(+七u+的混合碱效应(并对此结果进行讨论( 二(t 实1(样品的?鲁 用分析纯的化学药品N恕Cq,KaC仉,Li2c0】,mi(I{2P04,B聃以及cl毋为试剂,分别按公 式H?蚺^20-xCu归?55P船(5Bi20l雕-Li,Na,K计算嚣量(先把NH田舶?。?20,或Nt2co,,K墨吗( U弗岛放人冉瓷坩埚中在600?左右加热分解,再倒人Cu20粉末,送人硬热勇HX)?,道人纯氯气藏 蕾式炉中,加热捌850?一900?融熔,保持20分钟,最后倒人不铸钢模其中成型(研究的样品均的X 先衍射藏征为非晶相( 经2(电牲?薯试 嗣片扶样品两面潦上导电银胶(干燥后作为测试电板(电性能测试是在I-IP4294ALCR自动电桥上进 行的,嗣试颏事201-1z—IMhz,温度从室温到150?( 三(培暴与讨论
圉l是系统玻璃的电导率随温度变亿曲线(从豳可以看掏这些曲线是直线,且满足山词隅峭公式?l 91?
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圈2是两系统中玻璃的电导率奠取代成分的变化,即玻璃的电导事作为Mp的摩宋分舶西羹L可 以清楚鼍看捌,当c啪分踟莲渐代替Mzo时,电导事帕等量曲线眷呈理出撼钧线形状,这是典受曲鼍台喊效应曲线掰(对不同离子混合所产生的混合碱效应,其不同点在于电导事的最小盛所在点不是蕃正好 在等温曲线的正中点,即M20,CuiO=i处,而是有不同程度的售离,这主要决定于薏离子的半径之差值, 此差值越太,信离也越大(恻如cu的离子半径是96(丽?的是9",,Li盼是醴,K的是133?显 然cu'K半径之差较大,电导率最低值偏离中问点越远,混台帆瘦应相比之下也较叠摆?扶之是ki-,t
璃(而对Nm玻璃,由于两者半径相差不大,所以电导事投小值在近于等蕾线的中点-?,?井,最小值 位置总是信向离子半径较大的一方(对本文所研究的玻璃面言,?臻?勘。混台玻璃最怔点位置精向Q旺'
一侧,而K+o混台剐偏向蝎lo一方,这与其恤作者对幕它混台蛾璃所得的结莱完全相j铲”(面对Na+(cI,混合。列处于中点左右(这是由于两种离子的半径根差不大之敞(总之?从l乜导辜蝣变化皋看,
舍c,离子的混合碱效应是很明显,说明。离子和其它暇离于一样,均可呈囊秣台碱效应(应为鼍台匍 离子效应)( 圉3是所研究的各系统弦辅玻璃的嘲舌触童虞分的变化(一{科于电导牵聃?t翻雠l大?l冶
碱效应表强烈的,激活能相应也较大,离子传输麓不容易(酉t螽瞻最大值曲位置也和电导事t小龋 位置相对应,售向离子半径较大的离子—饲( 图4是样品的电导辜随频事变化的颇响曲线(这种响应曲线和一般其它溉台献直曲颤响特性一样,可分为三个区域:低频扳化区,高频氍化区以及与额事无关的中目平台区(鼍囊啊m涪!要是由电?影 响引起的,而高薮板化主要是由离于与玻璃绩构骨槊以及鼻子嗣复杂的相互作用弓l起曲唧-可强看捌?鼻 子半径不同,这种作用引起的高菝时电导宰睫壤辜的增大霹增加t印高额极化理纂也有所差异?
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?考文献 【I】李光远,蔡坚毅,华东化工学院学报 14(1)(1987) 脚D,E(Day,J,Non-C,yst(Solids 21(1976)343 Chowdari and l 13]B(V(k Solids K(Radhakzishman,J(Non-Cryst 10(1989)lOl 【41 RKehnt,j(N?JCry髓(Solids 203(1996)225
Mixed Cation Effect in MzO-Cu20-P205-Bi203 glasscss 告
LiGuangyaan,FangPengfei(ZhangYuelan。Weit"fngandXueShoufiang 喜 China ofScience and (East Shanghai 200237)University Technology Abttract The ions were effect mono-copper by method mixed cation glasses involvingprepared using offlowingN2(The was in studied(It was found that M+ions Werc when byM:O-Cu20—P20s—Bi20,glass system replaeeA conductivitieswerlshapesas :decreased,andthe conductivityisothcxro_s those Cu?ions,theglass appearedparabolic mixed alkali effect(The value between the and the minimum have maximum ofaxually typical conductivity shiRedtothatofsideof aboutthreeordersinmagnitude,andtheminimumpositionisnotjustintermediate,but greaterion en口gys:arneishappedinmaximumacti-latio'a radious,the
Keywords: Cu+io?(mixed cation effect,conductivity(activation energy,minimum position
壹
?194?
范文三:混合碱效应对CBN磨具用玻璃结合剂性能的影响
混合碱效应对 CBN磨具用玻璃结合剂性能的影响
黄敬敬 ,薛群虎 ,张慧梅
(西安建筑科技大学材料科学与工程学院 ,西安 710055 )
摘要 :调节结合剂配 方 , 改 善 结 合 剂 性 能 是 提 高 CBN 磨 具 使 用 性 能 的 一 个 重 要 途 径 。本 文 研 究 了 N aO 2L iO、 2 2 N aO 2KO、N aO 2L iO 2KO 不同混合碱对 CBN 磨具用硼铝硅酸盐玻璃结合剂熔融温度 、抗折强度 、矿物组成 、热膨 2 2 2 2 2
胀系数及热膨胀软化温度的影响 。结果表明 ,在 RO 总量为 20%不变的情况下 , 调节碱金属氧化物的组成及比例 2
可使玻璃结合剂的某些性能出现明显的“混合碱效应 ”:抗折强度从 40. 37 M Pa增至 51. 89 M Pa,热膨胀系数从 10. 32 26 26 ×10/ ?降至 8. 40 ×10/ ?, 添加三元混合碱系列的玻璃结合剂性能比添加二元混合碱系列的性能更好 。 关键词 : CBN 磨具 ; 混合碱效应 ; 硼铝硅酸盐玻璃结合剂
( ) 中图分类号 : TG74 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 21625 2010 0621389 205
In f luen ce of M ixed A l ka l i Effec t on Proper t ie s of
G la ss Bon d s for C BN Gr in d in g Too ls
HUAN G J ing 2jing, XU E Q un 2hu, ZHAN G H u i2m ei
( )Schoo l of M ate ria ls Sc ience and Enginee ring, X i’an U n ive rsity of A rch itec tu re and Techno logy, X i’an 710055 , Ch ina A b stra c t: O ne of the impo rtan t way to enhance the p e rfo rm ance s of CBN grind ing too ls is imp roving the p rop e rtie s of the bond by ad ju sting its p ropo rtion. The m e lting temp e ra tu re, bend ing strength, m ine ra l compo sition, the rm a l exp an sion coeffic ien t and exp an sion soften ing po in t of bo ro silica te gla ss bond fo r
() CBN grind ing too ls we re stud ied by the m ixed a lka li N aO 2L iO , N aO 2KO , N aO 2L iO 2KO . The 2 2 2 2 2 2 2 re su lts ind ica ted tha t m ixed a lka li effec t on the p rop e rtie s of the bond is em e rged when changing the ra tio among RO bu t keep ing its to ta l a lka li con ten t a s 20 % . The effec t inc lude s tha t the bend ing strength 2
inc rea sed from 40. 37 M Pa to 51. 89 M Pa, the the rm a l exp an sion coeffic ien t dec rea sed from 10. 32 × 26 26 10/ ? to 8. 40 ×10/ ?, the p e rfo rm ance of te rna ry m ixed a lka line2oxide is be tte r than tha t of b ina ry one s.
Key word s: CBN ab ra sive too ls; m ixed a lka li effec t; bo ro silica te gla ss bond s
1 引言
()随着工业技术的进步 ,高速 、高效 、高精度磨削已成为当今磨削加工技术发展的主流 。玻璃 陶瓷 结合
)(CBN 立方氮化硼 磨削工具具有磨削温度低 、磨削能力强 、容易修整 、磨削效率高 、使用寿命长 、磨削质量好
[ 1 ] 等一系列优越性能 ,因而受到世界广泛关注 ,成为世界上磨削工具产品研究开发的热点 。其微观上被认
( ) ()为是一种由晶体相 CBN 磨料 、辅助磨料 、结合剂中的微晶粒 、玻璃相 陶瓷结合剂 和气孔组成的磨具 。在
实际应用中 , CBN 和结合剂不可能达到同步磨损 ,往往是结合剂桥首先破坏到一定程度时 , CBN 在磨削力的
基金项目 :陕西省国家重点学科培育学科项目资助
作者简介 :黄敬敬 ( 1984 2) ,女 ,硕士研究生. 主要从事高温陶瓷方面的研究. E2m a il: h jj515 @ 126. com
29卷硅 酸 盐 通 报第 1390 研究快报
[ 2 ] 作用下从磨具上脱落 。因此 ,结合剂的本征强度基本决定了磨具的强度 ,与磨具的耐用度有着直接的关 系 。
硼铝硅酸盐玻璃结合剂具有与 CBN 的优异性能相匹配的热稳定性 、化学稳定性 ,而且其热膨胀转变温 [ 3 ] 度较低 ,已成为用作 CBN 磨具用玻璃结合剂的首选目标 。目前国内的 CBN 磨具与国外相比 ,在使用性能 上尚存在较大差距 ,其中一个主要的原因在于结合剂的选择与制备工艺 。因此 ,如何正确选择结合剂体系和
[ 4 , 5 ] 配方显得尤为重要 。混合碱效应的研究已有报道 ,而有关硼铝硅酸盐玻璃结合剂中混合碱的研究比较 少见 ,本实验选择通过调节碱金属氧化物之间的比例使结合剂的相关性能有进一步的改善和提高 。 2 实验
2. 1 实验原料 3 + 3 + 4 + 实验以硼铝硅酸盐玻璃结合剂为研究体系 。B、A l和 Si在玻璃结构中与氧键合构成了伸展的网 络 ,成为玻璃网络的主体骨架结构 , 是网络强度的重要来源 , 在整个结构中起联网的作用 。碱金属氧化物 ()N aO、L iO 和 KO 做为玻璃网络调整体 ,有一定的断网作用 ,使玻璃结合剂达到合适的性能 。与相同条件 2 2 2
下的硅酸盐玻璃相比 ,硼铝硅酸盐玻璃的性能随碱金属加入量的变化规律相反 ,即常见到的“硼铝反常 ”现 [ 6 ] ()象 。当玻璃结合剂中 R O / B O + A l O 的物质的量比为 1 时 ,强度最高 ,此时绝大部分 B O 和 A l O 2 2 3 2 3 2 3 2 3 都转变为四面体参与网络构成 ,因此 ,强度最高 。当 RO 含量进一步提高时 ,多余的自由氧将会破坏结合剂 2
) (中的网络结构 , 使结合剂力学性能下降 。表 1 为所设计的玻璃结合剂原料配比 ,满足 RO / BO+ A lO2 2 3 2 3 的物质的量比为 1。保持 BO、SiO、A lO、RO 的含量不变 ,可分为三种系列 : 一元碱 G系列 ; 二元碱 L、K 2 3 2 2 3 2
系列 ,即分别用 2 % 、4 % 、6 %的 L iO、KO 替换基础配方 G中的 N aO;三元碱 L K系列 。 2 2 2
表 1 玻璃结合剂的原料配比
/m o l% Ta b. 1 C hem ica l com po s it ion of the g la ss bon d s OSiOA lON aO L iO KO B M a te ria ls 2 3 2 2 3 2 2 2
G 13 60 7 20 0 0
L2 13 60 7 18 2 0
13 60 7 16 4 0 L4
13 60 7 14 6 0 L6
13 60 7 18 0 2 K2
13 60 7 16 0 4 K4
13 60 7 14 0 6 K6 KL 13 60 7 14 4 2 2. 2 试样的制备及其性能检测
按表 1的配方 ,在影像式烧结点试验仪中进行熔融温度测试 。将原料在三头研磨机中进行研磨 ,使其均
Φ 匀混合 ,粒度达到 2200目 ,压制成 6 ×8 mm 的圆柱体 ,测试所选 8 组配方的熔融温度 。然后熔制玻璃结合 剂 ,将原料混匀 、磨细 ,置于石墨坩埚中 ,在高温熔炼炉中加热至 1200 ?,保温 2 h,充分熔融后快速倒入水中 淬冷 。将淬冷后的玻璃干燥 、磨细 、过筛 ,制成粒度达 2200 目的细粉 ,备用 。采用干压法成型 , 试条尺寸为 [ 7 ] ()100 mm ×15 mm ×15 mm ,在一定的温度下 低于熔融温度 30 ?保温 2 h 烧结 ,随炉冷却制得较致密的
Φ 玻璃结合剂试条 ;在 NO3074 型材料万能实验机上进行三点弯曲强度测试 ; 将烧结试条加工成 50 mm ×10 mm 的圆柱 ,用 R PZ203 P型全自动高温热膨胀仪测定样品的热膨胀系数 ;用玛瑙研磨钵将烧结后的试条碎磨 成 2200目的细粉 ,在 B ruke rD8 2A dvance型 X射线衍射仪上进行 X射线衍射分析 ,检验试条有无析晶 。 3 实验结果与分析
3. 1 熔融温度与润湿性
[ 8 ] 根据作者之前的研究 ,结合剂在水淬前后熔融温度相差在 5 ,80 ?之间 。为了配制出具有合适熔融
第 6期黄敬敬等 :混合碱效应对 CBN 磨具用玻璃结合剂性能的影响1391
温度的玻璃结合剂 ,在玻璃料熔融水淬之前测试出结合剂熔融温度 ,以便筛选出合适的配方 。在影像式烧结
Φ 点试验仪中测试其熔融变化过程 ,首先是将制作的 6 ×8 mm 圆柱体试样置于 CBN 垫片上 ,目的是观察玻 璃结合剂在熔融状态下对立方氮化硼的润湿性 。一般认为高温显微镜下图像收缩至最小时的温度为完全烧 [ 9 ] θ结温度 ,半球点温度即为熔融温度 ,润湿角 ?30 ?或熔化至原高度的 1 /6 时为流动温度 。图 1 所示为 KL
θ试样烧至不同温度点时对应的状态图 。从图 1中可以看出 ,在流动温度下 ,结合剂与 CBN 磨粒间的润湿角 ?30 ?,即结合剂对 CBN 磨粒有很好的润湿性能 。
图 1 KL 试样处于不同温度时的状态
( ) F ig. 1 Im age of the bond on d iffe ren t sin te ring temp e ra tu re, afu ll sin te ring temp e ra tu re
( ) ( ) bm e lting temp e ra tu re cflu id ity temp e ra tu re
图 2所示为原料水淬前结合剂的完全烧结温度 、熔融温度 、流动温度和原料水淬后制得结合剂试条的最
()佳烧结温度 试条综合性能达最佳时对应的烧结温度 变化图 。从图 2 中可以看出 , 8 组配方的熔融温度都
(低于 900 ?,满足磨具的低温烧结要求 ; 比较发现 , 4 种温度的变化趋势是相同的 ,二元碱 L 系列 L2、L4、
( ))L6 和三元碱 KL 均可降低一元碱 G的 4种温度值 ,而二元碱 K系列 K2、K4、K6 对此影响不是很明显 。
图 2 试样的完全烧结温度 、熔融温度 、
流动温度及最佳烧结温度变化情况 图 3 不同结合剂试条抗折强度的变化 F ig. 2 Temp e ra tu re change s of samp le’s fu ll sin te ring F ig. 3 B end ing strength of d iffe ren t samp le s temp e ra tu re, m e lting temp e ra tu re, flu id ity temp e ra tu re
and the be st sin te ring temp e ra tu re
3. 2 抗折强度
磨具中的磨料是靠结合剂固定和把持的 ,这就要求玻璃结合剂本身的强度要高 。图 3 为 8 组配方制得 的结合剂试条的抗折强度变化图 。可以看出 , L 系列中 L2的抗折强度最高 ,达 51. 89 M Pa,即 L iO 的最佳加 2 入量为 2 % ; K系列中 K6的抗折强度最高 ,为 46. 56 M Pa,所以 KO 的最佳加入量为 6 % ;三元混合碱 L K2
系 列的抗折强度达 50. 51 M Pa。总体来说 ,混合碱可以提高玻璃结合剂的抗折强度 。
3. 3 XRD 分析
图 4为 G、L2、K6、L K四种配方结合剂烧结后的 XRD 图 。从图 4中可以看出 , 4种结合剂都有少量
SiO 2
晶体析出 ,但主体均为玻璃相 。陶瓷结合剂中越多的玻璃相含量越容易使其在磨粒周围均匀分布 ,从而对磨 粒具有较强的结合能力 。比较来看 , KL 样峰值最低 ,其 SiO晶体析出量明显低于 K、L 和 G系列结合剂 。 2
29卷硅 酸 盐 通 报第 1392 研究快报
因此 ,混合碱可以减少 SiO晶体的析出量 。 2
图 4 不同配方结合剂烧后的 XRD 图图 5 不同温度下结合剂的伸长率变化
F ig. 4 XRD ana lysis of F ig. 5 E longa tion ra te of the samp le s a t
d iffe ren t samp le s d iffe ren t temp e ra tu re s 3. 4 热膨胀系数
图 5为 G、L2、K6、L K四个试样由室温升至 600 ?的伸长率曲线 。由图 5 可以看出 ,四种结合剂的伸
()长 率在 500 ?之前呈线性变化 ,整个升温过程中试样的膨胀系数无突变点 。另外 ,三元碱系列 L K试样的伸
长率在 550 ?出现极大值 ,说明试样变形超过热膨胀 , 550 ?为 L K试样的膨胀软化温度 ,而其他系列的膨胀 软化温度均高于 600 ?。
玻璃结合剂中的高碱金属含量扩大了结合剂的“成玻区 ”,抑制了晶体的析出 ,经高温熔融水淬后为玻 璃料 。根据玻璃化学理论 ,玻璃的热膨胀系数符合加和法则 ,但对于硼铝硅酸盐玻璃 ,由于存在“硼铝反常
3 + [ 9、10 ] 现象 ”,因此在计算时必须考虑到 B的配位数变化 ,因此本实验采用干福熹的计算方法 ,理论计算结果 如表 2 所示 。可以看出 ,含 L iO 的结合剂其热膨胀系数最低 ; L2、K6、L K混合碱系列的热膨胀系数都低于其 2 - 6 ( ) 理论计算值 ,且远低于基础结合剂 G的热膨胀系数 10. 32 ×10 ,其中三元混合碱 L K的热膨胀系数最- 6 ( ) 小 8. 40 ×10 。说明混合碱可明显降低结合剂的热膨胀系数 ,对热膨胀系数的降低作用三元混合碱大于二 元混合碱 。
- 6 表 2 不同试样 25,500 ?的平均热膨胀系数 ( ×10 )
A vera ge therm a l expan s ion coeff ic ien t of the sam p le s a t 252500 ? Ta b. 2
No. G L2 K6 L K
Ca lcu lated va lue s 9. 45 8. 96 10. 34 8. 67 M ea su red va lue s 10. 32 8. 84 9. 47 8. 40
3 + 3 + 在硼铝硅玻璃结合剂中存在的 RO ,首先给 A lO中的 A 提供“自由氧 ”,使 A l 变为 4 配位 ,而处于 2 2 3
3 + [ A lO]四面体中 ,并进入玻璃网络 ,可以提高玻璃网络的强度 。足够的 RO 再提供“自由氧 ”,使 B 离子由 4 2
[ 11 ] )(三角体 [ BO]变为四面体 [ BO]的网络结构 。在本玻璃体系中 , RO / BO+ A lO的物质的量比为 1 , 3 4 2 2 3 2 3
此时绝大部分 BO和 A lO都转变为四面体参与网络构成 。可以说玻璃结合剂中的网络结构和配位关系 2 3 2 3
没有太大的变化 ,不会影响结合剂的强度 。但随着碱金属氧化物成分的调整 ,玻璃结合剂的抗折强度和热膨 胀系数可以明显改善 ,原因是不同半径的碱金属离子堆积 ,起到填充离子空隙的作用 ,使结构紧密 ,强度提 高 。而玻璃的膨胀系数与离子的“堆积 ”和“迁移 ”性质相关 ,可一定程度说明混合碱对离子的迁移性能产生 影响 ,从而改善了硼铝硅酸盐玻璃结合剂的性能 。
4 结论
在 RO 2A lO2BO2SiO玻璃系统中 , RO 总量 20 %不变的情况下 , 调节碱金属氧化物的组成及比例得 2 2 3 2 3 2 2
第 6期黄敬敬等 :混合碱效应对 CBN 磨具用玻璃结合剂性能的影响1393
到以下结论 :
( )1 混合碱可以提高结合剂的抗折强度 ,由 40. 37 M Pa增至 51. 89 M Pa。L iO 2N aO 系列中 L iO 最佳加 2 2 2 入量为 2 % , KO 2N aO 系列中 KO 的最佳加入量为 6 % ; 2 2 2
( )2 混合碱对结合剂的热膨胀系数和热膨胀软化温度有明显的降低趋势 ,其中以三元混合碱系列最低 ,
26 热膨胀系数可降至 8. 40 ×10/ ?,热膨胀软化温度降至 550 ?;
( )3 综合考虑 ,三元混合碱 L K系列明显优于二元混合碱系列 ,在选择结合剂配方时可以优先选择三元 混合碱 ,通过调整 N aO、L iO 和 KO 的比例 ,寻找最适合者做为 CBN 磨具用的结合剂配方 。 2 2 2
参 考 文 献
[ 1 ] 李伯民. 磨料 、磨具与磨削技术 [M ]. 北京 : 化学工业出版社 , 2010 , 48 250.
黄秉麟. 陶瓷磨具制造 (上 ) [M ]. 北京 :机械工业委员会机床工具工业局 , 1988 , 30 246. [ 2 ]
P rocyk B , Stainew iez B B , M a jew ska A K, e t a l. A lum ino2bo ro silica te gla sses as vitrified b inde rs fo r sup er hard grind ing too ls2selec ted p hysic2 [ 3 ]
( ) chem ica l p rop e rtie s[ J ]. In terceram , 2000 , 49 5 : 308 2313.
O llie r N , Cha rp en tie r T, Bo izo t B , e t a l. A R am an and MA S NMR study of m ixed a lka li N a2K and N a2L i a lum inobo ro silicate glasse s[ J ]. J ou rna l of [ 4 ]
( ) N on 2crysta lline S olids, 2004 , 341 1 23 : 26 234.
Rode rick J M , Ho lland D , Howe s A P, e t a l. D en sity2struc tu re re la tion s in m ixed2a lka li bo ro silica te gla sse s by Si and B MA S2NMR [ J ]. J ou rna l of [ 5 ]
( ) N on 2crysta lline S olids, 2001 , 293 2 : 746 2751. ( ) 陈敢新 ,吕 智 ,章兼植 ,等. CBN 砂轮陶瓷结合剂的研究进展 [ J ]. 金刚石与磨料磨具工程 , 2003 , 5 : 35 239. [ 6 ]
李志宏 ,朱玉梅 ,袁启明. 陶瓷结合剂磨具强度的影响因素研究 [ J ]. 硅酸盐通报 , 2002 , ( 5 ) : 46 247. [ 7 ]
宋鹏涛 ,薛群虎 ,陈延伟. 添加剂对 CBN 高速磨削工具用陶瓷结合剂熔融温度的影响 [ J ]. 硅酸盐通报 , 2009 , 28 ( 6 ) : 1134 21138. [ 8 ]
西北轻工业学院编. 玻璃工艺学 [M ]. 北京 :中国轻工业出版社 , 1982 , 106 2107. [ 9 ]
张习敏. 陶瓷立方氮化硼磨具组织及性能的研究 [ D ]. 秦皇岛 :燕山大学工学硕士论文 , 2000 , 4 26. [ 10 ]
() ( ) 程继键 ,张关林. RO N aO , KO 2A lO2SiO系统玻璃的结构与性质 [ J ]. 硅酸盐学报 , 1979 , 7 3 : 244 2258. 2 2 2 2 3 2 [ 11 ]
?信息 ?
三洋电机将上市转换效率 1 9 . 0 %的太阳能电池模块
三洋电机将于 2011 年 2 月在欧洲上市转换效率为 19. 0 %的太阳能电池模块 。外形尺寸为 1580 mm × 798 mm ×35 mm 的模块“H IT2N240 SE10 ”的最大输出功率为 240W。该公司外形尺寸相同原产品的模块转 换效率为 18. 2 % ,最大输出功率为 230W。
( ) 转换效率提高是通过采用单元转换效率为 21. 6 %的“H IT H e te ro junc tion w ith In trin sic Th in - laye r”太 阳能电池单元及 AR 镀膜玻璃等实现的 。三洋电机强调称 ,单元转换效率 21. 6 %这一数值 ,是量产水平的结 晶硅型太阳能电池的全球最高值 。这是通过努力削减因载流子再结合导致的损失 、布线等造成的电阻损耗 及入射光的光学损失等实现的 。
今后 ,三洋电机将通过改进现有技术 ,尽快确立单元转换效率为 22 %的太阳能电池单元的量产技术 。 另外 ,该公司力争 2012年度底之前 ,在不大幅改变基本构造及材料的情况下 ,通过改进制造方法等 ,实现单 元转换效率 23 %且成本大幅削减的太阳能电池单元 。
范文四:混合碱效应对玻璃化学稳定性的影响
混合碱效应对玻璃化学稳定性的影响
赵秀梅
摘 要: 无论作为建筑材料, 还是包装材料, 都要求玻璃制品具有较高的化学稳
定性。 用单碱成分生产的玻璃制品, 化学稳定性都较低, 而在碱含量不变的情况
下, 以一种碱部分取代另一种碱, 会使玻璃制品的化学稳定性有较大的提高。 关
键词: 玻璃制品; 化学稳定性; 混合碱效应
中图分类号: TQ 171 文献标识码: A
玻璃制品在使用过程中经常受到水、酸、碱、盐类、气体及其它化学试 1. 2 K 2O N a2O 比 ?剂溶液的侵蚀。玻璃抵抗这些侵蚀的能力越高, 玻璃的化学稳定性就越好。 在 14N aO —12C aO —74S iO 系 统 玻 璃 中, 以 2% 的 K O 逐 步 取 代 22 2玻璃的化学稳定性本身是一个极其复杂的问题, 对化学稳定性的研究, 常 N a2O。 按上述实验方法测定其耐水性、耐酸性、耐碱性, 结果见表 2。 常 受 到 实 验 条 件 和 实 验 方 法 的 制 约。 本 文 在 研 究 N aO —C aO —S iO 、 22——系统玻璃混合碱效应的基础上, 着重研究了应用混合 N a2O T iO 2S iO 2 表 2 K 2O N a2O 比与玻璃侵蚀结果 ?碱效应改进玻璃的化学稳定性问题。
()本实验室所用、、、、等原料均为试剂级。所有组 ( )侵蚀量 ?玻璃N a2OC aOS iO 2T iO 2K 2O 玻璃组成 重量% m gg 成的玻璃均在铂坩埚中熔融, 熔化温度为 1 400?, 澄清时间为 6, 8, 退 hh ? K 2O N a2O 水 酸 碱 火后加工成直径为 0. 45, 0. 55的粉末。S iO 2 C aO N a2O K 2O mmmm 76 12 12 2 0. 18 4. 1 4. 8 29. 8 76 12 10 4 0. 40 3. 9 4. 2 28. 5 76 12 8 6 0. 75 3. 6 3. 8 27. 8 1 实验一: N a2O —C aO —S iO 2 系统玻璃 76 12 6 8 1. 33 3. 5 3. 6 26. 8 这一系统的玻璃, 原料便宜, 成型容易, 是当今产量最多的玻璃。因此, 76 12 4 10 2. 5 3. 3 3. 5 25. 9 研究该系统玻璃的化学稳定性具有重要的意义。 76 12 2 12 6. 0 3. 8 4. 1 28. 3 1. 1 C aO S iO 2 比 ?
只有适当的 C aO ?S iO 比才能得到较高化学稳定性的玻璃, 在 N aO — 2 2
从表 2 可以看出, 当 K 2O ?N a2O 比值为 1. 33 时, 玻璃的耐水性、耐酸 —玻璃系统中, 的含量一般控制在 14% , 当 的含量分C aO S iO 2 N a2O C aO
性达到最高, 且是单碱玻璃的 4. 8 倍; 当 ?比值为 2. 5 时, 玻璃的 K 2O N a2O 别为 5% 、10% 、15% 、20% 、25% 、30% 、35% 时, 测试玻璃的化学稳定性。测
耐碱性最高, 且是单碱玻璃的 2. 7 倍。 定方法如下: 一是将粉末试样与煮沸的软化水反应 2, 测定其耐水性 1; 二h
是将粉末试样与 0. 01N 的 H C l 反应 2h , 测定其耐酸性; 三是将粉末试样与
2的 反应 2, 测定其耐碱性。 测定结果见表 1。 N N aO H h 2 实验二: N a2O —T iO 2 —S iO 2 系统玻璃
表 1 C aO S iO 2 比与玻璃侵蚀结果 ?这一系统玻璃与 ——系统玻璃相比, 也参与了玻N a2O C aO S iO 2 T iO 2 ()( )玻璃侵蚀结果 玻璃?玻璃组成 重量% m gg 璃骨架的形成, 在单碱玻璃中, 化学稳定性也较高。
? C aO S iO 2 2. 1 T iO ?S iO 比 2 2 水 酸 碱 S iO 2 C aO N a2O 81 5 14 0. 06 16. 5 16. 0 83. 2 表 3 T iO 2?S iO 2 比与玻璃侵蚀结果 ()( )侵蚀量 玻璃?玻璃组成 重量% 76 10 14 0. 13 14. 3 15. 1 80. 8 m gg ? T iO 2S iO 2 水 酸 碱 71 15 14 0. 21 14. 5 14. 6 70. 6 S iO 2 T iO 2 N a2O 66 20 14 0. 30 15. 0 14. 8 69. 5 75 5 20 0. 07 4. 8 5. 1 32. 1 61 25 14 0. 41 15. 8 15. 0 83. 5 70 10 20 0. 14 4. 5 4. 8 30. 7 56 30 14 0. 54 16. 1 15. 6 87. 2 65 15 20 0. 23 4. 0 4. 3 29. 6 51 35 14 0. 69 16. 3 15. 8 88. 1 60 20 20 0. 33 5. 2 4. 0 28. 5 55 25 20 0. 45 5. 8 5. 3 27. 6 从表 1 可以看出, 当 ?比值为 0. 132 时, 玻璃的耐水性最高;C aO S iO 2 50 30 20 0. 60 6. 2 5. 8 33. 5 当 比值为 0. 211 时, 玻璃的耐酸性最高; 当 比值为 0. ??C aO S iO 2 C aO S iO 2 45 35 20 0. 78 6. 5 6. 0 35. 1 303 时, 玻璃的耐碱性最高。 由此选择了 14—12—74系统玻 N a2O C aO S iO 2
璃研究其 问题。?K 2O N a2O
第一作者简介: 赵秀梅, 女, 1963 年 12 月生, 河南省柘城县人, 1987 年毕业于西北轻工业学院, 讲师, 山西省轻工业学校轻工科, 山西省太原市马道坡 3
号, 030013.
75
赵秀梅 混合碱效应对玻璃化学稳定性的影响 科技研讨
只有适当的 ?比才能得到较高化学稳定性的玻璃, 且 的T iO 2 S iO 2 T iO 2
存 在 可 以 扩 大 玻 璃 的 形 成 区 域, 所 以, 该 系 统 玻 璃 中 N aO 的 含 量 定 为 2讨论和结论3 20% 。 测定方法如下: 一是将粉末试样与软化水反应 2, 测定其耐水性; 二 h
是将粉末试样与 0. 01的 反应 2, 测定其耐酸性; 三是将粉末试样与N H C l h 3. 1 混合碱效应对玻璃化学稳定性的影响 2N 的 N aO H 反应 2h , 测定其耐碱性。 测定结果见表 3。 ( ) 1 玻 璃 的 耐 水 性。 N aO —T iO —S iO 系 统 玻 璃 的 耐 水 性 大 于222 从表 3 可以看出, 当 ?比值为 0. 23 时, 玻璃的耐水性最高; 当 T iO 2S iO 2 ——系统玻璃的耐水性, 用 部分取代 后, 玻璃的 比值为 0. 33 时, 玻璃的耐酸性最高; 当 比值为 0. 45 ??N a2O C aO S iO 2 K 2O N a2O T iO 2S iO 2 T iO 2S iO 2 时, 玻璃的耐碱性最高。由此选择 20—23—57系统玻璃研究 N a2O T iO 2S iO 2 耐水性提高至 5 倍和 4. 8 倍。 其 ?问题。K 2O N a2O ( 2 ) 玻 璃 的 耐 酸 性。 N aO —T iO —S iO 系 统 玻 璃 的 耐 酸 性 大 于 222 2. 2 K O ?N aO 比 22——系统玻璃的耐酸性, 用 部分取代 后, 玻璃的 N a2O C aO S iO 2 K 2O N a2O 在 20—23—57系统玻璃中, 以 3% 的 逐步取代其 N a2O T iO 2S iO 2 K 2O 耐酸性提高至 5. 8 倍和 5 倍。 中的 。 按上述方法测定其耐水性、耐酸性、耐碱性。 测定结果见表 4。N a2O ( 3 ) 玻 璃 的 耐 碱 性。 ——系 统 玻 璃 的 耐 碱 性 大 于 N a2O T iO 2S iO 2
——系统玻璃的耐碱性, 用 部分取代 后, 玻璃的 N a2O C aO S iO 2 K 2O N a2O
耐碱性提高至 5 倍和 2. 7 倍。 表 4 K 2O ?N a2O 比与玻璃侵蚀结果 3. 2 碱离子迁移问题 ()( )侵蚀量 ?玻璃玻璃组成 重量% m gg 在玻璃总碱含量不变的前提下, 用一种碱取代另一种碱后, 玻璃的化 ? K 2O N a2O 水 酸 碱 学稳定性得到了大幅度提高, 其原因就是碱离子迁移受到了限制。 单碱玻 S iO 2 T iO 2 N a2O K 2O + + + 璃中的 离子之间的排斥力大于 和 离子之间排斥力, 混合碱中 N aN aK 57 23 17 3 0. 18 2. 1 2. 5 15. 3 碱离子与网络的结合力大于单碱玻璃, 使混合碱玻璃中碱离子的扩散活化 57 23 14 6 0. 43 1. 8 2. 0 14. 7 + + + 能增大。 同时, 大离子 取代小离子 后, 离子流下的小空穴, 使 K N aN a + 57 23 11 9 0. 82 1. 1 1. 3 12. 6 离子的迁移受阻。 K 玻璃的化学稳定性则取决于碱离子的迁移。 由此可 知, 混合碱效应可 57 23 8 12 1. 5 0. 8 1. 0 10. 8 以大幅度提高玻璃的化学稳定性。 57 23 5 15 3 1. 2 0. 7 14. 8 3. 3 应用问题 57 23 2 18 9 1. 8 1. 9 16. 2 由于玻璃化学稳定性本身的复杂性, 应用混合碱效应提高其化学稳定
性 受 到 一 定 限 制。 由 本 次 实 验 结 果 可 知, 耐 碱 性 较 好 的 玻 璃 组 成 是
5—15—23—57系统; 耐水性、耐酸性较高的玻璃组成是 N a2O K 2O T iO 2 S iO 2 从表 4 可以看出, 当 ?比值为 1. 5 时, 玻璃的耐水性、耐碱性K 2O N a2O 4—10—12—74系统。N a2O K 2O C aO S iO 2 最高, 且是单碱玻璃的 5 倍; 当 K O ?N aO 比值为 3 时, 玻璃的耐酸性达到 22
最高, 且是单碱玻璃的 5. 8 倍。
In f luen ce of M ixed A lka l i Ef f ec t on M echan ica l Sta b il ity of Gla ss
-ZHAO X ium e i
A BSTRACT: N o m a t te r b e in g a s co n st ru c t io n m a te r ia l o r a s p ack in g m a te r ia l, th e g la ss m u st po sse sse s h igh e r
. . m ech an ica l stab ilityT h e g la ss p ro du c t s m ade o f sin g le a lk a li com po n en t s po sse ss low e r m ech an ica l stab ilityH ow eve r th e m ech an ica l stab ility o f th e g la ss p ro du c t s can b e in c rea sed g rea t ly th ro u gh p a r t ia lly rep lac in g o n e a lk a li
.b y ano th e r a lk a li u n de r th e co n d it io n o f k eep in g th e a lk a li co n ten t u n ch an ged
KEY W O RD S: p ro du c t o f g la ss; m ech an ica l stab ility; m ix ed a lk a li effec t
( ) 上接第 74 页微量位移后对补偿的选择有何影响呢? 若支架 1 向左位移 ?L —— 固定支架的位移量;
—— 管道因土壤摩擦而减少的热伸长量。 3, 其推力衰减 16. 8% , 而补偿器 1 同时被压缩 3, 因此在计算补偿器 ?L 1 cm cm
的补偿量时应考虑管道的伸长量和支架的位移量, 即: 供热管道的直埋敷设, 在国内兴起的时间不长, 而影响管道的伸缩及
( )?L j = ?L x 十 ?L 一 ?L 1 3 固定支架设置的因素又很多, 目前的一些技术和经验还有待进一步消化、
式中: ?L —— 补偿器的补偿量;吸收。而允许固定支架微量位移的实际工作又做得很少, 考虑得也不成熟, 1
还不能做为实际工程设计的依据, 还有待进一步的探讨和实践。 —— 管道受热的自由伸长量; ?L x
-Probe in to A llowa ble M icro d isp la cem en t of F ixed Suppor ts
of D irec tly Bur ied Hea t D istr ibut ion P ipe l in e
- L E I Xuebo
A BSTRACT: T h ro u gh d iscu ssin g o n a llow ab le m ic ro - d isp lacem en t o f f ix ed suppo r t s, th is p ap e r p ro b e s in to th e po ssib ility o f low e r in g co n st ru c t io n co st an d redu c in g co n st ru c t io n d iff icu lty b y m ean s o f dow n sizin g f ix ed suppo r t s
.an d acco rd in g to th e co n c re te co n d it io n s o f th e en g in ee r in g in ac tu a l en g in ee r in g de sign
KEY W O RD S: d irec t ly b u r ied h ea t d ist r ib u t io n p ip e lin e; f ix ed suppo r t; a llow ab le m ic ro - d isp lacem en t 76
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范文五:【doc】熔融态玻璃电阻率的测定与钠,钾硅酸盐玻璃熔体的混合碱效应
熔融态玻璃电阻率的测定与钠,钾硅酸盐玻
璃熔体的混合碱效应
.
.
西南工学院'田外t树译丛)
.
电繁钾一
九九五第四期(总第二十七期).
熔融态玻璃电阻率的测定与钠,钾
硅酸盐玻璃熔体的混合碱效应
[糟]K.D.Kim着.
h'K
胡明/译佃,7/7/
(中瞄建置材料科学研览盹玻璃所)
pl一蔓l介绍了疲璃路电阻丰的洲定方法,即在1000~1300?的高温下,对几 种藏璃亲列的电阻池(涮定电阻丰的容器)直接进行校准并用此电阻池对熔融态 (25一x)Na20?xKzO?75si02(摩尔)玻璃系统的混合碱效应进行研究.电阻率 与矗度的关亲量示出非阿摹尼鸟斯行为.对于离子导体其等温电阻率和活化能表 现出啊量的混备碱效应.其重大值在摩尔比为K2O/(Na20+K?o)=0.65处.甩校 准法(thecalibrationmetho~)与用姥对法(theabsolutemethod)对混合碱硅酸盐玻 璃髂体洲诚的蛄果量示西者具有雄好的一致性.特这些结论与固态时的研究结果 抽比较得出田态疲璃的混合碱效应作用机理对熔融态同样适用. 0前言
了解熔融态玻璃电阻率或电导率,不仅对优化电加热熔窑的操作特性至关重要,而且对
研究熔融态玻璃结构(若结构与温度:组成间的相关性已知)亦必不可少.
曾采用几种方法来涮定熔融玻璃的电阻率.Tickle和Boulos是在室温下用KC1标准溶
藏来校准电阻濉的.Baucke等以及VtaKabayashi提出一种方法称为"绝对法",此方法无需
对电阻池进行校准.然而,用这两种方法测定时仍有不少困难.由于电板投化的倾向性高
因此在校准法中用KC1溶藏作校准介质时,要求(与电阻有关的)测量频率应处在高额范围
(1—1O功Hz).因电阻泡热膨胀,在室温下校准的电阻池臂敬(容器常数),在高温时必须进
行较正.尽管绝对法的准确性比校准法好,但绝对法的电阻池构造非常复杂而且测试时间长
O0~30小时).
相应于电阻率与组成的关系,混合碱玻璃显出非常有趣的性质.特别是其性质非线性取
决于两个网络惨饰体碱氯化物的相对含量.含碱玻璃的性质,例如电阻率取决于碱离子的迁
移,当一种碱被另一种取代时,在混合碱含量距中处显出最大值但粘度有时在碱取代时显
出极小值.这就是众所眉知的混台碱效应,而且已在许多玻璃形成系统中发现混合碱效应
大小取决于溢度,并随碱离子对的半径差(或电场强度差)增加而增大.含碱最低时(<
收稿日期t96—09—02
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10too1)无混合碱效应.
混合碱效应的测试工作大多数是在低于转变温度Tg(<Tg)下进行.由于玻璃析品而
且高温下电阻率测量较困难,因此仅对少数混合碱硅酸盐玻璃熔体,其中包括用校准法对
Li,O+Na2o,NazO+K:O,Li20+K2O系统以及用绝对法对(NazO-t-K~O?CaO系统进行了
测试.在含碱量15~30mo1的范围内,发现有混合碱效应但在这些研究结果中,在电阻
率峰值时的摩尔比处存在着偏差,而且对低于Tg温度下涉及相同碱离子对的混合碱效应
难以作出具体解释.从玻璃结构的观点看,由于电阻率与组成的关系在低于Tg的固态与高
于Tg的熔融态下有时会显出不同的性质(例如在碱铝硅酸盐玻璃中),这样将两种状态下
电阻率的性能进行比较则非常重要.目前采用了一种改进的校准法对玻璃熔体等温电阻率
进行测试用此方法在熔融态对Na2o?K:o?SiO:系统选定组成的电阻率进行测试,对此
系统在低于转变温度下的电阻率早已进行了系统的研究测定.在观测结果的基础上,对转变
温度下与熔融状态问混合碱效应的相关性进行探讨
1实验过程
1.1电阻池及其校堆.
本实验电阻池的整体设计类似先前Boulos的插入电椴构造.图1显示了电阻池的结
构.它包括一个盛玻璃熔体的刚玉坩埚,两个铂一一铑(Pt/30Rh)电椴(外径lmm),其平端
接触熔体表面.两个电极间隔18ram.用Pt/n一一l0Rh热电偶测量熔体的温度.对
于测量
电桥采用带有频率振荡器的阻抗桥(Knick牌,数字一一电导计600型)其范围在40Hz到
4KHz玻璃熔体电阻率测定通过电椴与熔体的接触来进行,而不象测固态电阻率那样,甩类
似的方法但必须通过深插入熔体来测定.电椴以0.026mr~I/s的速率下落到刚好接触玻璃熔
体的表面.当以阻抗电桥反应来表示表面接触时,电椴下落自动停止.用这种表面接触法在
不同的测量温度下进行测试,而且可用于熔体粘度接近10'.dpas的情况.据观测与玻璃熔
体(极化)性能相关的频率不超过IKHz,因此宜在4KHz下进行电阻率测定.完成玻璃熔体
'测定后.应将电椴从熔炉中拔出,并在HF稀释液中放置l天,最后用软刷清理电椴上可能
残留的玻璃物..
表1玻璃熔体的电阻率佳
Tickle夏Wa1【abashi对电阻卓的测试结果
熔体电阻率与其电阻的相关方程为
p=R/K
图1电阻率测定池布置图
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这时P是体积电阻率(欧姆厘米),R是测量电阻(欧姆),K是容器常数(厘米).在 电阻池中装入电阻率已知的液体,通过测定其电阻来确定K的值.目前的工作是在1300~
1000?温度范围内,用几种玻璃熔体系列直接对电阻池进行校准.采用二元碱硅酸盐系统
20Na20?80sio2与20KzO?80SiO2玻璃焙体进行测试.Tickle测试了这些系统的高温体积
电阻率(p)值,这与Wakayashi,Terai的结论能较好地吻合.将这些值列于表1中.图2显示
了实验测定的玻璃熔体体积电阻率(p)与电阻(R)之间的线性关系.作为比例常数,容器常
数定为10.6cm_..同样对玻璃熔体电阻率进行了重复性试验,其电阻率的重现性在小于5
的范围内
1.2混合碱玻璃熔体电阻率的测定
对组分(25--x)NazO?xK:o?75SIO2的混合碱玻璃系统进行了实验研究,其中x的摩 尔含量分别等于O,6.25,12,5,18.75,25,对应K:~O/(Na20+K2O0的摩尔比值为0,O.25,
0?5,0?75,1.所研究的玻璃系列都处在亚稳分相的组成范围外,而且液相温度(最高析晶温
度)都低于900~C.原料采年高纯石英砂与工业试剂Na2CO,Ko按上述组成充分混合放
入铂一一金cZPt--5Au)台金坩埚中,并将铂一一金坩埚置于高温炉中进行熔化,熔化温度控
翩在?50,1550?间,熔体澄清呈明显无气也状需4,6小时.然后将玻璃熔体注入石器模
具(约17cm.)以得到电阻池坩埚形状的试样,并在转变温度附近进行退火.测试时,将这些
玻璃在电阻池中重新熔化.在1400~]000?温度范围内,每间隔100K测定熔体的电阻率
值.每个玻璃系列的完整测量时间约为5小时.
在熔化测量阶段,采用湿化学分析法检测玻璃组分的变化.表2列出了配合料组分及其
化学分析结果
它表明配合料组分中碱氧比物含量偏差小于lmo!..
采用SEM在线扫描与成像进行元素分布分析得出与电极接触的玻璃表面具有很好的
均匀性.
表2混合碱玻璃配合料组分(moJ)及其化学分析
2结果与讨论
混合碱玻璃熔体电阻率与温度的关系是通过体积电阻率对数(L.gp)与绝对温度倒数
(1/T)的关系曲线来表述,见图3所示.众所周知,在转变温度Tg上的较宽温度范围内,许
多无机玻璃形成液呈现出非阿累尼乌斯行为.在所研究的玻璃系列中反映电阻率与1/T间
一
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关系的非阿累尼乌斯行为可用下式很好地表述:Logp=A+B/T-I-C/T,这里A,B,c是常
数;此二次多项式是用计算机拟合的最小二次曲线.通过对方程一所镦分,可计算出离子导
体的活化能.表3列出了1000~1400?温度范围内的平均活化能.根据图3中的玻璃序列
在不同温度下的电阻率值以及表3中的活化能数据,可推测电阻率与相对碗含量(m=
KO/R)问的非线性关系.此属性将在图4,图5中详细解释.(图2,3略) 图4,图5中下半部曲线分别表示玻璃表3在1000~1400?温度范围内混 焙体等温电阻率与活化能依次是KO/RO合碱玻璃熔体的离子导体平均活化能 摩尔比的函数.两类曲线展现的极值,即最大
值具有混台碱效应性质.最大值在摩尔比为
0.65处,且混合碱效应的大小随温度升高而
减小.熔融态的这些结论表现出典型的棍合
碱效应,而且类似那些报道过的采用绝对法
K2O/R2O00.250.50.751
活化能26
.
8:33.138.039.235.4(
KJ/mot)
测定的玻璃熔体,尤其是在电阻率最大时的摩尔比这点上.按照Tickle采用校准法测试的结
果,电阻率最大值出现在摩尔比为0.5处.Tickle使用了不同的容器常数.这些常数都是在
室温下用KC1标准溶液来确定而且考虑到高温下坩埚和玻璃熔体的体积膨胀,又对这些常
数进行校正.但对于玻璃熔体不易计算出其每点温度处准确的校正因子,而且此校准过程会
导致其它的误差.现在假定是校准法及校准过程导致这种摩尔比的差异.然而本实验中不
要求校准,而是在测量温度范围内直接对玻璃熔体的容器常数进行测定. ~e0/Itz0
'
50?,+100"0t口150~C,A200~,V25oc口1000~
o1100?,1200?.1300?,口1400?
圈(25--x)Na?xK2O?75s_02玻璃蝽体
隶3F,J(T半曲墁)与固态玻璃(上丰曲墁)在不回温度
下等温电担阜与K20/P.~O摩永比的生亲
图5(25--x)Na2O?xK2O?7fiSio2
玻璃熔体系列在熔融态(1O00,1d00?)与
固态(50~250"C)下离子导体的活化能曲线
在图4,图5上半部曲线中,Moynihan等给出了上述玻璃系列固态时的等温电阻率和
活化能曲线其极值在摩尔比为0.65处,且混合碱效应随温度升高而降低.上(低于Tg),下
(高于Tg)半部的研究结果清楚地表明它们的混合碱效应相似,即固态与熔融态具有相同的
.
组成结构关系.然而,只有在推测出玻璃与熔体间进一步的结构关系后,才能得出导致固态
混合碱效应的作用机理(两种不同碱离子间相互作用)也可用于熔融态的结论.最近,Wak—
abayashi通过热与时间的关系对碱离子迁移作用研究得出,混合碱玻璃系列转变温度Tg的
不同可能对固态混合碱效应负一部分责任.但是对于不同配对的碱氧化物系列,固态时混合
碱效应对Tg作用的大/b(叠加偏差)与对导电率(或电阻率)作用不同混合碱效应对电导
率作用随两种不同碱离子半径差(或场强差)的增加而加大,但混合碱效应对转变温度Tg
的作用与两种碱离子半径差无关.由于碱离子迁移基本取决于离子半径毗及它在玻璃阿络
中的约束力,因此不同的热与时间关系或转变温度Tg的差异无助于固态时混合碱效应的
生产.
为跌理论上对混合碱效应进行解释,曾提出几种理论和模型,但都投有得到普遍的认
可.似乎用一种理论去解释导电率和粘度的混合碱效应还行不通.接照最近的理论,提出非
桥氧在混合碱效应中扮演了一个重要的角色.Jain等人对含碱量26moi的硼酸盐
玻璃(假
定所有氧与硼毗四面体相连接)研究中发现其电导率出现明显的极小值这表明至少在硼酸
盐玻璃中混合碱效应与非桥氧的出现无关.丽对碱铝硅酸盐玻璃中非桥氧对混合碱效应作
用的试验研究,是通过在转变温度范围或低于Tg温度下,用AhO.取代SiO(其量占整个碱
含量的12~20)来进行.然而研究表明,混合碱效应与非桥氧含量的相关性并不一致.一
般认为,碱含量低时(约l0)无混合碱效应的出现.而且也应考虑分相对转变温度范围或
低于Tg温度下玻璃性质的影响.特别是有人提议在碱铝硅酸盐玻璃中,仅在Tg温度上观
测到AhOs对导电率真正产生作用.因而,为了弄清混合碱效应对非桥氧含量的依赖关系以
及它与粘度的电导率的相关性,最好在高碱含量及熔融态下对混合碱效应进行研究.
3总结
在高温区测量频率4KHz时,对不同玻璃熔体(20Na:,O?80sio2与20K2O?80SiO2)电
阻池的校准结果显示出体积电阻率(p)与电阻(R)间很好的线性关系在l000,l400?温度
范围内t(25--x)Na~O?xKO?75SIO2混合碱玻璃熔体系列表现出典型的混合碱效应,而
且在电阻率与活化能曲线趋势上与用绝对法对混合碱硅酸盐玻璃熔体的测定结果有很好的
一
致性,尤其是最大值出现在摩尔比为0.65处.此方法同样适用于技术玻璃测定. 通过比较低于Tg与高于Tg温度玻璃的性质,得出熔融态的混合碱效应与固态时
相
似.以此结论以及玻璃与熔体间进一步的结构关系为基础,提出固态下导致混合碱效应的作
用机理(两种不同碱离子相互作用)对熔融态同样有效. 译自(GlassTechnologyVo1.36,No.1,PP.27—31.1995
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