Bi2O3-SiO2系統(tǒng)熔融及冷卻過程中熔體結(jié)構(gòu)與形貌的研究.pdf

1、硅酸鉍(BSO)及含鉍(Bi)氧化物系統(tǒng)具有一系列獨(dú)特的聲光、光電、介電等性能，可以用來制備發(fā)光材料、閃爍材料、電介質(zhì)材料等高新材料，在材料、化工、國防、工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。同時，近年來的研究發(fā)現(xiàn)熔融Bi2O3-SiO2系統(tǒng)在一定溫度范圍內(nèi)其粘度、表面張力、密度等性質(zhì)會發(fā)生突變，且一些研究表明在其突變區(qū)間內(nèi)熔體結(jié)構(gòu)可能具有各向異性。
　　 本論文以Bi2O3、SiO2為原料，采用高溫固相法和熔鹽法分別制備了純相的Bi12S

2、iO20、Bi4Si3O12多晶粉體和Bi2SiO5多晶粉體，討論了合成工藝（溫度、保溫時間、熔鹽等）對粉體結(jié)晶度、形貌的影響;采用LinkamTS1500型高溫?zé)崤_配合偏光顯微鏡對Bi12SiO20多晶粉體在升、降溫過程中熔體表面形貌和結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了原位實(shí)時觀察，并對Bi4Si3O12多晶粉體和Bi2SiO5多晶粉體的升溫熔化過程進(jìn)行了原位實(shí)時觀察，具體工作主要包含以下六個方面:
　　 第一，優(yōu)化了Bi2O3-SiO2系統(tǒng)粉

3、體的合成制備工藝。采用高溫固相法合成了Bi12SiO20、Bi4Si3O12多晶粉體，確定出最佳合成溫度和最佳保溫時間分別為745℃保溫2小時和880℃保溫3小時，提高合成溫度或延長保溫時間都會使多晶粉體發(fā)生相變;采用熔鹽法合成了亞穩(wěn)相Bi2SiO5多晶粉體，其中熔鹽種類為KCl和NaCl混合鹽，鹽含量占反應(yīng)物的比為30％，煅燒溫度為667℃，保溫0.5h;
　　 第二，尋找并研究了Bi12SiO20多晶粉體的各向異性熔融區(qū)間。

4、通過對Bi12SiO20多晶粉體的熔融過程進(jìn)行實(shí)時觀察，我們發(fā)現(xiàn)其升溫熔融過程大致可分為以下三個階段:多晶粉體熔化階段、亞穩(wěn)分相階段、不穩(wěn)定分相階段，1080℃后熔體又成為均一體。由于該組分熔體粘度突變的溫度區(qū)間恰好位于本實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的熔體分相區(qū)間內(nèi)，因此可以斷定導(dǎo)致熔體性質(zhì)（粘度、表面張力、密度）突變的原因正是由于熔體分相造成的，最后結(jié)合該組分極冷樣品的紅外光譜對熔體分相的原因進(jìn)行了分析探討;
　　 第三，探討了熔體冷卻過程中β

5、-石英單晶顆粒析出的原因及其在晶體生長領(lǐng)域的意義。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Bi12SiO20多晶粉體熔融后形成的6Bi2O3·SiO2熔體在冷卻過程中，熔體局部區(qū)域會析出結(jié)晶形態(tài)良好的六方雙錐形β-石英單晶顆粒，通過對石英顆粒的析出及長大過程進(jìn)行實(shí)時觀察，分析了熔體中石英顆粒的成核—長大機(jī)制，同時研究了后期石英顆粒對Bi4Si3O12枝晶生長發(fā)育的影響;
　　 第四，分析及總結(jié)了Bi4Si3O12枝晶的結(jié)構(gòu)特征和生長機(jī)制。通過對Bi4Si3O1

6、2枝晶的生長過程進(jìn)行實(shí)時觀察，我們發(fā)現(xiàn)Bi4Si3O12枝晶在生長過程中主軸的生長是優(yōu)于分枝的，且枝晶在生長過程中存在著間距選擇機(jī)制和競爭機(jī)制;結(jié)合Bi4Si3O12枝晶的SEM照片對枝晶的生長過程、生長機(jī)制和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析，同時采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對Bi4Si3O12枝晶的形貌特征（夾角，生長規(guī)律）進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)Bi4Si3O12枝晶的生長過程具有明顯的分形學(xué)特征;
　　 第五，解釋了二次升溫過程中表層熔體對Bi4Si3O1

7、2枝晶形貌記錄的原因。通過對Bi4Si3O12枝晶的熔化過程進(jìn)行觀察，我們發(fā)現(xiàn)Bi4Si3O12枝晶在熔化時其分枝部分的熔化速度會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主軸的熔化速度，而主軸在分枝完全熔化后會發(fā)生分節(jié)斷裂，在一定程度上加速了主軸的熔化速度;且當(dāng)熔體表面的Bi4Si3O12枝晶完全熔化后，熔體表面還會長時間保留枝晶未熔化時的形貌，直到1100℃時熔體表面的殘余印記才會消失，最后從熔體結(jié)構(gòu)的角度對其進(jìn)行了解釋。
　　 第六，總結(jié)了不同配比及溫度下