硅酸鉍粉體制備和熔體性能研究.pdf

1、硅酸鉍(BSO)及含鉍(Bi)氧化物系統(tǒng)具有一系列獨特的聲光、光電、介電等性能,可以用來制備發(fā)光材料、閃爍材料、電介質(zhì)材料等高新材料,在材料、化工、國防、工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前對于該系統(tǒng)的研究主要集中在晶體生長、性能改善、粉體制備等方面,而對于該系統(tǒng)在熔融及冷卻過程中熔體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究卻相對較少。
　　探明硅酸鉍熔體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對了解硅酸鉍晶體生長機(jī)理以及改進(jìn)和提高硅酸鉍晶體生長速度和質(zhì)量無疑具有重要意義。而硅酸鉍粉體是

2、制備適合熔體的先決條件。因此,研究硅酸鉍粉體制備對掌握硅酸鉍熔體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有著重要的意義。
　　本文主要研究了硅酸鉍粉體制備和熔體性能。通過固相法和熔鹽法分別制備了Bi4Si3O12粉體和Bi2SiO5粉體,研究了相關(guān)的工藝參數(shù),并探討了形成機(jī)理。研究了熔體密度、表面張力等熔體性能以及熔體結(jié)構(gòu)。在以下幾方面獲得了創(chuàng)造性成果:
　　(1)采用固相法制備了較純的Bi4Si3O12粉體。以氧化鉍和二氧化硅為原料,在乙醇中球磨5h,

3、在830℃煅燒3h制得較純Bi4Si3O12粉體。在均勻?qū)嶒炛幸蛩刂鞔侮P(guān)系可知,煅燒溫度對雜相數(shù)目的影響顯著,其余因素為不顯著。
　　(2)采用NaCl-KCl熔鹽制備了較純的Bi4Si3O12粉體,顆粒微觀形貌主要以顆粒狀與片狀為主,同時利用NaCl-Na2SO4熔鹽制備了純相Bi4Si3O12粉體,顆粒微觀形貌主要為多面體。在NaCl-KCl熔鹽系統(tǒng)中,以氧化鉍和二氧化硅為原料,鹽含量為40wt％,Bi2O3過量5wt%,在7

4、80℃煅燒4h制得較純Bi4Si3O12粉體。Bi4Si3O12粉體的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜分別位于266nm和457.6nm,和晶體材料相比,激發(fā)光譜和發(fā)射光譜顯示藍(lán)移。采用NaCl-Na2SO4系統(tǒng)用熔鹽法制備Bi4Si3O12粉體時,以氧化鉍和二氧化硅為原料,鹽含量40wt%,在850℃煅燒3h制得純相Bi4Si3O12粉體。Bi4Si3O12的禁帶寬度為2.44eV,Bi4Si3O12粉體的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜分別位于270nm和46

5、2nm,和晶體材料相比,激發(fā)光譜和發(fā)射光譜顯示藍(lán)移。通過比較兩種熔鹽系統(tǒng)中制備Bi4Si3O12粉體的表觀活化能可知,在NaCl-Na2SO4熔鹽體系下較易形成Bi4Si3O12粉體。通過比較固相法和熔鹽法制備Bi4Si3O12粉體的純度和微觀形貌可知,熔鹽法更易制得純相Bi4Si3O12粉體,顆粒的形狀和尺寸更容易控制。
　　(3)采用NaCl-KCl熔鹽和NaCl-Na2SO4熔鹽制備了較純的Bi2SiO5粉體,顆粒形貌為片狀

6、。在NaCl-KCl熔鹽體系下,以氧化鉍和二氧化硅為原料,鹽含量30wt%,690℃下煅燒0.5h制得較純的Bi2SiO5粉體。SEM觀察表明Bi2SiO5粉體分散性較好,片狀長度大約為1-4μm。采用NaCl-Na2SO4系統(tǒng)用熔鹽法制備Bi2SiO5粉體時,以氧化鉍和二氧化硅為原料,鹽含量40wt%,625℃下煅燒1h制得較純的Bi2SiO5粉體。通過比較兩種熔鹽系統(tǒng)中制備Bi2SiO5粉體的表觀活化能可知,在NaCl-Na2SO4

7、熔鹽體系下較易形成Bi2SiO5粉體。
　　(4)采用高溫?zé)崤_配合偏光顯微鏡對Bi12SiO20多晶粉體的熔融過程進(jìn)行原位實時觀察。熔融過程大致可分為以下三個階段:多晶粉體熔化階段、分相階段(亞穩(wěn)分相階段和不穩(wěn)定分相階段),均一性階段。在亞穩(wěn)分相階段,熔體中廣泛分布著大量黑色斑點狀結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)隨著熔體溫度升高會越來越明顯;在不穩(wěn)定分相階段,隨著溫度的變化熔體中主要存在兩類不同的結(jié)構(gòu),一類為環(huán)狀互鎖結(jié)構(gòu),另一類為蠕蟲狀的滴狀結(jié)構(gòu),且