掺TiO₂玻璃粉对玻璃离子水门汀性能(3)

对不同热处理温度下的玻璃粉进行XRD测试，所得的X衍射图如图4所示。在400～500 ℃热处理下，样品以玻璃相为主。因小于玻璃转变温度，不影响玻璃的结构。而热处理温度在600～700 ℃热处理时，玻璃相中有晶相析出，主要晶相是CaF2，并随着热处理温度的升高，衍射峰升高。而相应玻璃离子水门汀的强度也有所降低(如图3所示)。图5是对不同热处理条件下玻璃粉的场发射扫描电镜分析，所得的SEM图。由图4和图5可见，图5d中有明显的晶粒出现，并且图5c和d中玻璃颗粒之间有明显的聚集，导致样品的平均粒径增大，玻璃颗粒表面出现微晶[15]。当热处理温度接近玻璃转变温度时，玻璃开始软化，玻璃颗粒之间为降低表面能，使玻璃粉空隙密度减小，玻璃粉之间发生聚集。玻璃离子水门汀中的基质与填料之间的连接界面主要是硅凝胶。当热处理温度在600 ℃以上时，玻璃颗粒表面有CaF2析出，未出现析晶的玻璃表面仍以化学键连接，而出现析晶的表面固化反应后以物理键连接。因而过高的热处理温度，导致玻璃颗粒表面析晶反而降低了玻璃离子水门汀的抗压强度。另外，玻璃离子水门汀的固化时间主要受阳离子(Ca2+，Al3+)与聚丙烯酸根的结合速度有关，固化初期主要形成聚丙烯酸钙[3]。当玻璃结构中出现CaF2晶体时，减少了玻璃结构中Ca2+的成分，从而延长聚丙烯盐的形成速度，延长玻璃离子水门汀的固化时间。

图5 含量3%TiO2玻璃微粉在不同热处理条件下SEM图(a)未经过热处理；(b)400 ℃；(c)500 ℃；(d)600 ℃Fig.5 SEM images of 3%TiO2glass powder under different heat treatment conditions

热处理使玻璃结构微晶化，减少玻璃结构的内应力，从而提高玻璃机械强度[16]。虽然获得高强度的玻璃结构可以提高玻璃离子水门汀的强度，然而GIC的强度并不唯一取决于玻璃结构，其中聚丙烯盐与玻璃颗粒的复合界面也是重要因素。Abo-Mosallam等[17]通过在SiO2-Al2O3-CaO-P2O5-CaF2体系中掺入La，并在不同热处理温度下处理玻璃微粉，研究玻璃的结晶行为。Gu[18]探究了热处理后玻璃微粉结晶行为和微粉粒径的变化。然而他们并未对玻璃离子水门汀的性能进行探讨，因而通过热处理使玻璃结构微晶化的方式来提高玻璃离子水门汀的机械强度还需要进一步的研究。

4 结 论

本实验通过熔融法制备不同TiO2含量的铝硅玻璃，并与聚丙烯酸制备GIC。实验发现，当玻璃组分掺杂TiO2为5wt%可明显提高玻璃离子水门汀的强度，强度为194.3 MPa；同时TiO2的引入改变了玻璃组成和结构，延长GIC的固化时间。经过热处理的玻璃粉可以明显延长GIC的固化时间，然而过高的热处理反而降低GIC的强度，最优的热处理温度在400 ℃左右。

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文章来源：《材料热处理学报》 网址: http://www.clrclxbzz.cn/qikandaodu/2020/1104/347.html