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Al2O3-CaO体系玻璃形成过程中流体特性的研究开题报告

 2021-03-15 08:03  

1. 研究目的与意义(文献综述)

玻璃材料在高温下的粘度特性,是反映玻璃及其熔体的动力学性质及玻璃强弱性的重要参数之一。在氧化玻璃中存在一些玻璃形成能力很弱的体系,如cao-al2o3二元体系,因其熔点tm高且易析晶,传统的熔融冷却方法只能在极窄的成分变化范围内研究其玻璃性质。

玻璃形成体从高温熔融态冷却到过冷态的过程中,如果选择一个合适的降温速率,玻璃形成体将会穿过析晶区域并最终形成玻璃,同时,其粘度将发生几个数量级的剧增,通常将达到1012pa·s。为了描述液体的动力学特性,agell提出了通过脆性指数m将液体分为“强”和“弱”的分类方法,脆性指数m值大表示液体是弱的,而强的液体具有相对小的脆性指数。

对于大部分的玻璃形成体,mauro-yue-ellison-gupta-allan (myega)方程能够同时对在趋近于熔点(tm)的高温段和靠近玻璃转变温度(tg)的低温段的粘温特性曲线进行很好的拟合,这说明对于这一玻璃形成体,在玻璃转变处的单一的m值就足以描述其平衡动力学特性。然而,有人发现存在一些玻璃形成体在冷却过程中,并没有展现出典型的强或弱的单一的动力学特性,而是展现出一种由弱液体到强液体的转变,称为强弱转变。对于在冷却过程中存在强弱转变一的液体,myega方程只能对高温段的粘度或者对低温段的粘度进行拟合,而不能同时对这两段的粘温特性进行良好的拟合。也就是说,这些玻璃形成体在从熔点冷却到玻璃转变温度的过程中,经历了一个从弱液体到强液体的转变。在这个过程中,最奇妙的现象是过冷液体在动力学上发生巨大改变的同时,并没有热力学转变的发生,而在这一突变的过程中,还伴随着几乎观察不到的结构转变。因此,揭示玻璃转变过程中究竟是什么引起了这一动力学参数(m参数)的改变,其变化速率如何,并由此建立一个模型来研究这一转变的微观机制,对于玻璃科学来说具有非常重要的意义。

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2. 研究的基本内容与方案


2.1 基本内容

研究玻璃形成体在高温区(tm附近)和低温区(tg附近)的动力学特性,探究其在玻璃转变过程中存在的强弱转变的微观机理。通过高温熔融法合成含al、ca等混合阳离子的玻璃样品,对所得到的样品进行相应的切割和抛磨得到测试所需要的样品。对样品进行综合热分析、密度、结构、硬度等系统表征和分析,探索高温区(tm附近)和低温区(tg附近)的动力学特性,并分析其结构起源。

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3. 研究计划与安排

1-3周:文献阅读,阅读玻璃转变相关文献,了解氧化物玻璃在玻璃形成过程中的强弱转变及其制备方法,完成初步的实验计划,并准备相关的实验条件;

4-8周:氧化物玻璃材料的制备及相关处理。

9-11周:对所得玻璃及其相关测试,依据结果进行性能改进。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]y.yue,characteristic temperatures of enthalpy relaxation in glass, j.non-cryst.solids, 2008,354:1112-1118.

[2]barrat j l,badro j,gillet p.a strong to fragile transition in a model of liquid silica[j].molecular simulation,1997,20(1-2):17-25.

[3]o.n.koroleva,l.a.shabunina,v.n.bykov,structure of borosilicate glass according to raman spectroscopy data,glas.ceram.2011,67:340–342.

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