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结构与动力学

结构与动力学

美国的科学家们已经开发出了一种新颖的技术,首次可以用氧化铝制造大量玻璃。明尼苏达州3M的Anatoly Rosenflanz及其同事使用“火焰喷涂”技术将氧化铝(氧化铝)与稀土金属氧化物制成合金,以生产具有良好光学性能的坚固玻璃。该方法避免了传统玻璃成型过程中遇到的许多问题,可以说可以扩展到其他氧化物(A Rosenflanz 等。 2004 性质 430 761).

铝酸盐玻璃

当熔融材料冷却得如此之快以至于其组成原子没有时间将自己排列成有序晶格时,就会形成玻璃。但是,很难用大多数材料制造眼镜,因为它们需要冷却— or quenched —速度高达每秒一千万度。

二氧化硅由于淬火速率低得多而被广泛用于玻璃制造中,但由于其优越的机械和光学性能,研究人员也希望由氧化铝制成玻璃。如果氧化铝与钙或稀土氧化物形成合金,则可以形成玻璃,但是所需的淬火速度可能高达每秒1000度,这使得难以批量生产。

Rosenflanz及其同事首先将约80摩尔%的氧化铝粉末与各种稀土氧化物粉末混合—包括镧,g和氧化钇。接下来,他们将粉末送入高温氢氧火焰中,产生熔融颗粒,然后将其在水中淬火。然后对所得的直径小于140微米的玻璃珠进行热处理— or sintered — at around 1000°C.这产生了块状玻璃样品,其中富含纳米晶氧化铝的相分散在整个玻璃状基质中。这种新方法避免了现有技术所需的施加1吉帕斯卡或更高的压力。

3M科学家使用光学显微镜,扫描电子显微镜,X射线衍射和热分析对玻璃进行了表征,并通过硬度和断裂韧性测试来测试材料的强度。他们发现他们的样品比传统的二氧化硅玻璃坚硬得多,几乎与纯多晶氧化铝一样坚硬。

此外,超过95%的玻璃是透明的(见图),并具有吸引人的光学性能。例如,如果将晶粒保持在一定尺寸以下,则完全结晶的氧化铝稀土氧化物陶瓷显示出高折射率。

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