Bi-,2-O-,3--SiO-,2-系統(tǒng)熔體性質(zhì)的研究.pdf

1、近年來發(fā)現(xiàn)熔融Bi2O3-SiO2系統(tǒng)具有各向異性結(jié)構(gòu)。各向異性的熔融態(tài)，是一種各向異性的流體，這不難想到液晶。液晶，是一種取向有序位置無序的流體，它既有液體的流動(dòng)性，又有晶體的各向異性特征。如果對(duì)Bi2O3-SiO2系統(tǒng)熔體各向異性進(jìn)行進(jìn)一步的探索，一旦其被確定具有無機(jī)熱致性液晶性質(zhì)，那么，在無機(jī)液晶，乃至整個(gè)液晶發(fā)展史上將是重大發(fā)現(xiàn)。 本論文利用XRD、DSC研究了Bi2O3和SiO2粉末在加熱完全熔融之前固相反應(yīng)生成的各種

2、晶相，并重點(diǎn)研究了Bi2O3-SiO2系統(tǒng)完全熔融后高溫熔體的粘度、電導(dǎo)率等性質(zhì)。 按摩爾比1:1將Bi2O3與SiO2混合物在一定溫度下處理一定時(shí)間獲得生成產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：750℃保溫不同時(shí)間所獲試樣的XRD譜表明隨著固相反應(yīng)時(shí)間的延長，反應(yīng)物Bi2O3的衍射峰減弱，生成物亞穩(wěn)相Bi2SiO5衍射峰減弱，穩(wěn)定相Bi12SiO20衍射峰增強(qiáng)，反應(yīng)越完全。固相反應(yīng)溫度由700℃升高至900℃過程中，Bi2SiO5、Bi12SiO2

3、0逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锽i4Si3O12。結(jié)果表明：(1)亞穩(wěn)相Bi2SiO5在固相反應(yīng)初期即已產(chǎn)生，并受固相反應(yīng)的溫度與時(shí)間影響，750℃保溫6h時(shí)含量較高。(2)900℃固相反應(yīng)生成穩(wěn)定態(tài)Bi4Si3O12，保溫6h時(shí)，熔融并有晶體形式存在于熔體中。 為研究Bi2O3-SiO2系統(tǒng)在高溫時(shí)的熔體特征，設(shè)計(jì)研發(fā)了一種專門研究高溫熔體的儀器—高溫?zé)崤_(tái)。重點(diǎn)考慮了高溫?zé)崤_(tái)加熱裝置、冷卻裝置、隔熱保溫材料以及坩堝的選擇等幾個(gè)方面。該熱臺(tái)加熱溫

4、度最高可至1200℃，獨(dú)到之處在于其操作方便、混合均勻，利于探索熔體的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等各向異性相關(guān)特征。 通過研究熔體冷卻時(shí)起始溫度所在的不同區(qū)域?qū)θ垠w結(jié)晶溫度和形成相結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度在區(qū)域A內(nèi)升高時(shí)，四面體的氧化鉍氛圍被破壞，為分離創(chuàng)造了條件。生長該系統(tǒng)穩(wěn)定化合物晶體時(shí)熔體最好保持在A溫度區(qū)域。生長亞穩(wěn)定化合物Bi2SiO5晶體時(shí)熔體一般保持在B溫度區(qū)域。區(qū)域B內(nèi)，SiO4四面體和Bi2O2基元層聚合，導(dǎo)致產(chǎn)生的各向異

5、性熔融結(jié)構(gòu)與液晶態(tài)相似。在區(qū)域C內(nèi)，熔體可能是微小不均一的。 本實(shí)驗(yàn)于B區(qū)域溫度冷卻熔體，中途將盛有樣品的坩堝拿出爐子攪拌晃動(dòng)，發(fā)生過冷，引起B(yǎng)i2SiO5析晶，再放回爐子繼續(xù)加熱，最終生成了穩(wěn)定相Bi12SiO20晶體。經(jīng)分析原因在于Bi2SiO5發(fā)生了亞穩(wěn)相向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變的熱解聚。由此可見，在實(shí)驗(yàn)操作中需特別注意B溫區(qū)熔體極大的過冷度問題。 在熔體在加熱和冷卻的過程中，發(fā)現(xiàn)溫度的規(guī)則變化會(huì)引起粘度的異常變化。熔體溫度降