Structure-Properties-Relationships in Lithiumaluminosilicate Glass Ceramics Containing High Concentrations of Nucleation Agents
含有高浓度成核剂的锂铝硅酸盐玻璃陶瓷的结构-性能-关系
基本信息
- 批准号:265468261
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:2014
- 资助国家:德国
- 起止时间:2013-12-31 至 2017-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Tailored crystallization of glasses allows synthesis of a specific class of inorganic functional materials - glass-ceramics. As an example, ceramming of parent glasses based on Li2O/Al2O3/SiO2 (LAS) may lead to glass-ceramics with zero thermal expansion, the latter material is widely used in cooktop panels. A crystallization of MgO/Al2O3/SiO2 (MAS)-based glasses, on the other hand, may lead to glass-ceramics with high hardness and/or bending strength. The proposed research project is aimed to combine the useful macroscopic properties of the commercially most relevant LAS- and MAS-silicate glass-ceramics by precise control of their micro- and nanostructure. In particular, it shall be tried to gain excellent mechanical properties in LAS glass-ceramics that remain unrealized thitherto. Robust LAS glass-ceramics are very desirable, especially in combination with zero thermal expansion. To design glass-ceramics with nanoscaled crystalline phases for applications as desired, a profound understanding of the underlying nucleation and crystallization mechanisms is imperative. As such, especially a combination of contradictory properties - high hardness and zero thermal expansion - will only be realized based on a fundamental understanding of the associated processes. Comprehensive initial studies concerning MAS parent glasses with ZrO2 as nucleation agent have shown that the mechanisms which may lead to glass-ceramics with excellent mechanical properties are manifold. Besides phase changes, selective precipitation of crystalline phases with high coefficient of thermal expansion may also result in glass-ceramics of high hardness, whereas the addition of Y2O3 can stabilize the residual vitreous phase and suppress a quartz crystallization, yet still lead to glass-ceramics with excellent properties. These findings shall be deepened, and a direct comparison to nucleation- and crystallization phenomena in LAS-based glass-ceramics shall be drawn. In doing so, the planned experiments will be restricted to model glass systems with only a few components, to suppress the influence of minority components. LAS-based glasses with ZrO2 as nucleation agent only, but with defined, yet higher-than-usual nucleation agent concentration, shall be molten, cerammed and characterized in terms of physical properties and respective microstructure. Using distinct nanoanalytical methods, a comparison of the temporal evolution of crystallization in non-isochemical LAS- and MAS-based glasses shall be drawn, with a special emphasize on the early nucleation stages. Additionally, Y2O3 shall be added to chosen LAS parent glass compositions, to analyze its influence on crystal phase evolution, stabilization of the residual vitreous phase, and the mechanical properties of the resulting glass-ceramics. The planned investigations shall support a comprehensive picture of the crystallization mechanisms in silicate glass-ceramics.
定制的玻璃结晶可以合成特定类别的无机功能材料 - 玻璃陶瓷。例如,基于 Li2O/Al2O3/SiO2 (LAS) 的母体玻璃的陶瓷化可能会产生零热膨胀的微晶玻璃,后一种材料广泛用于炉灶面板。另一方面,MgO/Al2O3/SiO2 (MAS) 基玻璃的结晶可以产生具有高硬度和/或抗弯强度的玻璃陶瓷。拟议的研究项目旨在通过精确控制其微观和纳米结构,将商业上最相关的 LAS 和 MAS 硅酸盐玻璃陶瓷的有用宏观特性结合起来。特别是,应尝试在LAS玻璃陶瓷中获得迄今为止尚未实现的优异机械性能。坚固的 LAS 玻璃陶瓷非常理想,尤其是与零热膨胀相结合。为了根据需要设计具有纳米级晶相的玻璃陶瓷,必须深刻理解潜在的成核和结晶机制。因此,特别是矛盾特性的组合(高硬度和零热膨胀)只有基于对相关工艺的基本理解才能实现。关于以 ZrO2 作为成核剂的 MAS 母体玻璃的全面初步研究表明,导致玻璃陶瓷具有优异机械性能的机制是多方面的。除相变外,高热膨胀系数晶相的选择性析出也可能导致微晶玻璃硬度较高,而Y2O3的添加可以稳定残余玻璃相,抑制石英结晶,但仍能得到微晶玻璃。具有优良的性能。应深化这些发现,并与 LAS 基玻璃陶瓷中的成核和结晶现象进行直接比较。在此过程中,计划的实验将仅限于仅具有少数组件的模型玻璃系统,以抑制少数组件的影响。仅使用 ZrO2 作为成核剂但具有规定但高于通常成核剂浓度的 LAS 基玻璃应进行熔融、陶瓷化并根据物理性能和各自的微观结构进行表征。使用不同的纳米分析方法,对非等化学 LAS 和 MAS 基玻璃中结晶的时间演化进行比较,特别强调早期成核阶段。此外,应将 Y2O3 添加到选定的 LAS 母体玻璃成分中,以分析其对晶相演化、残余玻璃相的稳定以及所得玻璃陶瓷的机械性能的影响。计划的研究应支持硅酸盐玻璃陶瓷结晶机制的全面了解。
项目成果
期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The effect of CeO2 on the crystallization of MgO-Al2O3-SiO2-ZrO2 glass
- DOI:10.1016/j.matchemphys.2018.01.016
- 发表时间:2018-06
- 期刊:
- 影响因子:4.6
- 作者:Sabrina A. Seidel;C. Patzig;M. Krause;T. Höche;A. Gawronski;Yongfeng Hu;C. Rüssel
- 通讯作者:Sabrina A. Seidel;C. Patzig;M. Krause;T. Höche;A. Gawronski;Yongfeng Hu;C. Rüssel
Evidence of epitaxial growth of high-quartz solid solution on ZrTiO4 nuclei in a Li2O-Al2O3-SiO2 glass
Li2O-Al2O3-SiO2 玻璃中 ZrTiO4 核上高石英固溶体外延生长的证据
- DOI:10.1016/j.jallcom.2018.03.128
- 发表时间:2018
- 期刊:
- 影响因子:6.2
- 作者:E. Kleebusch;T. Höche;C. Patzig;C. Rüssel
- 通讯作者:C. Rüssel
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