形核剂对Se基红外玻璃组织和性能的影响

【摘要】硫系玻璃是一种优秀的中红外透波材料,具有透过率高、化学稳定性好等优点,在光学及光电材料领域有着广泛的应用前景,然而其自身化学键较弱、力学性能较差等缺点限制了它的发展。对硫系玻璃进行微晶强化是改善其力学性能的有效方法。本文采用DSC、XRD、SEM傅利叶红外光谱、显微维氏硬度等测量手段,研究了晶核剂(CsCl、Rbl)加入量和热处理工艺对基体玻璃Ge23Se67Sb10组织、热稳定性、光学及力学性能的影响。论文主要研究结果如下：随着RbI加入量的增多,Ge23Se67Sb10玻璃的玻璃化转变温度和热稳定性下降；内部逐渐开始析晶,析晶相尺寸逐渐增大并出现针状十字晶体；同时,Ge23Se67Sb10玻璃的红外透过性能逐渐变差,维氏硬度先增大后减小,断裂韧性逐渐增加。维氏硬度在RbI加入量为1%时达到最大,即1980.45MPa,此时红外透过率在8-12μm波长范围内为50%,综合考虑99Ge23Se67Sb10-1RbI性能最好。在Ge23Se67Sb10玻璃中,随着晶核剂CsCl加入量的增多,玻璃的玻璃化转变温度和热稳定性降低；玻璃体内部开始不断析出晶粒且尺寸逐渐增大；红外透过率逐渐降低；维氏硬度先增大后减小,断裂韧性不断增大。在CsCl加入量为1%时内部析出大量细小晶粒并且分布均匀,此时维氏硬度达到最大,为2040.46MPa；此时红外透过率在8-12μm波长范围内为60%以上。综合考虑99Ge23Se67Sb10-1CsCl’性能最好。对于相同加入量不同晶核剂的Ge23Se67Sb10玻璃,Ge23Se67Sb10-RbI玻璃的ΔT、H值都远远大于Ge23Se67Sb10-CsCl玻璃,说明(100-x)Ge23Se67Sb10-xRbI在热稳定和成玻性方面比(100-x)Ge23Se67Sb10-xCsCl玻璃好得多；从形核剂结构和微晶玻璃生成的机理上看,加入CsCl作为晶核剂将要比加入RbI更容易使组织内部结晶,实验和理论分析结果相一致。在热处理温度低于310℃时,随着保温时间增长,99.5Ge23Se67Sb10-0.5CsCl玻璃内部组织结构缓慢变化,晶粒尺寸细小且数目变化不大；红外透过率缓慢降低；试样材料力学性能较好。在热处理温度不小于310℃时,随着保温时间的延长,99.5Ge23Se67Sb10-0.5CsCl玻璃内晶粒粗大,组织变化剧烈,出现陶瓷化；红外透过率急剧降低至0；力学性能有所降低。当试样在290℃下保温70h时,材料的断裂韧性最高,达到10.94MPa·mm1/2,较热处理前提高了29%,与基体玻璃Ge23Se67Sb10相比提高了35%左右,而且材料红外透过率在8-12μm处为55%左右。此时材料力学性能最好而红外透过率降低不多。
【作者】张艳艳；
【导师】常芳娥；坚增运；
【作者基本信息】西安工业大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】Se基红外玻璃；晶核剂；微晶强化；热处理；力学性能；

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