摘 要:95%氧化鋁陶瓷陶瓷高溫燒結后表面斑點的表征與控制對于絕緣陶瓷沿面閃絡耐壓性能的提高至關重要。為分析和鑒 定95%氧化鋁陶瓷陶瓷表面暗斑區未知物相和化學成分,采用掠入射X 射線衍射技術、飛行時間–二次離子質譜儀并結合掃描 電子顯微鏡/能譜儀技術對95%氧化鋁陶瓷表面暗斑進行了研究。結果表明:與正常區相比,暗斑區除α-氧化鋁外,還形成了 (Na,K)AlSi3O8 和Ca2Al2SiO7 鋁(lv)硅酸鹽相,暗斑區Si、Ca 含量(liang)降低而K、Na、Fe 富集。元素含量(liang)的(de)變化促(cu)進了鋁(lv)硅酸鹽相的(de) 析出,進而導致95%氧化鋁(lv)陶(tao)瓷表(biao)面暗斑的(de)產生。
95%氧化鋁陶瓷(ci)以(yi)其(qi)優異的絕緣(yuan)性(xing)(xing)、易(yi)釬焊性(xing)(xing)、 較高(gao)的強度(du)和低釋氣(qi)性(xing)(xing)廣泛應用(yong)于(yu)加速器(qi)、高(gao)電壓(ya) 大功率(lv)開關管、行波管、X 射線管等(deng)脈沖功率(lv)和高(gao) 壓(ya)領域,承擔絕緣(yuan)支撐和真空密封等(deng)作用(yong)。然而, 95%氧化鋁經高(gao)溫燒結后(hou),表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)易(yi)形成暗斑(ban)、黑點(dian)(dian)(dian)等(deng) 異常區域;即使外(wai)觀正常的陶瓷(ci),在二(er)次(ci)或多(duo)次(ci)燒 結后(hou),表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)也常產生斑(ban)點(dian)(dian)(dian)。絕緣(yuan)陶瓷(ci)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)組成、表(biao)(biao)(biao) 面(mian)(mian)摻雜等(deng)對于(yu)其(qi)二(er)次(ci)電子發射特(te)(te)性(xing)(xing)、表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)閃絡特(te)(te)性(xing)(xing)及(ji)沿面(mian)(mian)耐壓(ya)性(xing)(xing)具(ju)有重要影響。因(yin)此,95%氧化鋁陶瓷(ci)陶瓷(ci)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)斑(ban)點(dian)(dian)(dian)的分析(xi)與鑒定(ding)對于(yu)絕緣(yuan)瓷(ci)及(ji)高(gao)壓(ya)器(qi)件(jian) 的精(jing)密設計、耐壓(ya)可靠性(xing)(xing)評估及(ji)陶瓷(ci)斑(ban)點(dian)(dian)(dian)的工藝(yi)控制具(ju)有重要意義。
研究(jiu)表明:斑(ban)點(dian)是鎳基(ji)合金、鋼鐵、青花 瓷等(deng)多(duo)組分(fen)(fen)材料體系中(zhong)常見的(de)(de)(de)一種偏析現(xian)(xian)象(xiang)。高(gao)(gao)(gao)鋁瓷中(zhong)第二(er)相(xiang)的(de)(de)(de)研究(jiu)早在上世(shi)紀60 年(nian)代(dai)就有(you)報(bao)道(dao)。 由(you)于常規(gui)X 射(she)線衍射(she)、掃描(miao)電子顯(xian)(xian)微(wei)鏡(SEM)、能譜儀(yi)、電子探針(zhen)分(fen)(fen)析儀(yi)等(deng)難以對斑(ban)點(dian)區微(wei)量(liang)成(cheng)分(fen)(fen)及(ji)未知相(xiang)進行(xing)(xing)鑒定,到上世(shi)紀80、90 年(nian)代(dai),不少(shao)研究(jiu)采用(yong)透射(she)電子顯(xian)(xian)微(wei)鏡(TEM)對高(gao)(gao)(gao)鋁瓷的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)非晶(jing)(jing)(jing) 相(xiang)及(ji)析出(chu)的(de)(de)(de)結(jie)晶(jing)(jing)(jing)相(xiang)進行(xing)(xing)分(fen)(fen)析。研究(jiu)發現(xian)(xian):高(gao)(gao)(gao)鋁瓷中(zhong)往(wang)往(wang)存在連續的(de)(de)(de)非晶(jing)(jing)(jing)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)相(xiang);這些非晶(jing)(jing)(jing)相(xiang)熱力學(xue)上并(bing)不穩(wen)定,在降溫過(guo)程及(ji)后(hou)續高(gao)(gao)(gao)溫過(guo)程中(zhong)容易析出(chu) 晶(jing)(jing)(jing)內或晶(jing)(jing)(jing)界(jie)第二(er)相(xiang);析出(chu)相(xiang)取決于玻璃熔體的(de)(de)(de)成(cheng)分(fen)(fen)、材料熱歷史以及(ji)析出(chu)相(xiang)與周(zhou)圍基(ji)體特性。
99%氧化(hua)鋁陶瓷主要(yao)(yao)析(xi)(xi)出(chu)相(xiang)(xiang)為鈣(gai)(gai)(gai)長石、鈉長石和尖(jian)晶石。96%氧化(hua)鋁陶瓷析(xi)(xi)出(chu)相(xiang)(xiang)包括鎂(mei)硅酸(suan)(suan)鹽、鋁硅酸(suan)(suan) 鹽、鈣(gai)(gai)(gai)長石、鈣(gai)(gai)(gai)鋁黃長石、鈣(gai)(gai)(gai)鋁榴石、鎂(mei)鋁榴石、 六(liu)鋁酸(suan)(suan)鈣(gai)(gai)(gai)或尖(jian)晶石等。隨著原料中雜質含量(liang)的(de)增加,以及(ji)所經歷的(de)熱(re)歷史各不相(xiang)(xiang)同,95%氧化(hua)鋁陶瓷 的(de)析(xi)(xi)晶行為也變得更為復雜。然而(er),TEM要(yao)(yao)求待分 析(xi)(xi)樣品的(de)厚度為納(na)米量(liang)級,當表(biao)面斑(ban)點區析(xi)(xi)出(chu)相(xiang)(xiang)為 少(shao)量(liang)相(xiang)(xiang)時(shi),很難獲得這些特(te)征相(xiang)(xiang)的(de)樣品。除(chu)TEM外, 原子探針(zhen)層(ceng)析(xi)(xi)技術(shu)近(jin)幾年也常用于合(he)金斑(ban)點的(de)表(biao)征。該技術(shu)可直觀反映析(xi)(xi)出(chu)過(guo)程原子的(de)偏聚行為并 給出(chu)定量(liang)成分分析(xi)(xi)結(jie)果,應用于鎳(nie)基(ji)合(he)金、鋼鐵(tie)等 斑(ban)點的(de)形成及(ji)多元相(xiang)(xiang)析(xi)(xi)出(chu)過(guo)程的(de)研究,但該技術(shu)主要(yao)(yao)局限(xian)于金屬導電材(cai)料,對(dui)無機材(cai)料等非(fei)導電 材(cai)料的(de)表(biao)征有待于進一步發展。
掠入射(she)X射(she)線(xian)(xian)散射(she)技術(包(bao)括(kuo)衍射(she)和反(fan)射(she))通過 改變X 射(she)線(xian)(xian)的(de)(de)入射(she)角來調整其穿透(tou)深(shen)(shen)度,從而獲 得(de)樣品從表(biao)面(mian)、埋藏界面(mian)到體結(jie)構(gou)等(deng)不同(tong)深(shen)(shen)度的(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)。與(yu)透(tou)射(she)電(dian)鏡等(deng)顯微技術相比,具有(you)非破壞、 快(kuai)速獲得(de)表(biao)面(mian)統計信(xin)息(xi)(xi)等(deng)優勢(shi)。上(shang)世紀(ji)70 年代(dai)末80年代(dai)初,同(tong)步輻射(she)X 射(she)線(xian)(xian)強(qiang)光源的(de)(de)應用使(shi)得(de)該技術開始迅速發(fa)(fa)展,強(qiang)的(de)(de)信(xin)噪比成(cheng)功實(shi)現(xian)了材料表(biao)界 面(mian)形貌與(yu)結(jie)構(gou)的(de)(de)探(tan)測。近年來,常規X 射(she)線(xian)(xian)光源、 二(er)維探(tan)測器及相關(guan)光學系統的(de)(de)發(fa)(fa)展使(shi)得(de)實(shi)驗室掠入 射(she)X射(she)線(xian)(xian)散射(she)技術進一步發(fa)(fa)展。
采用(yong)掠入射(she)X射(she)線衍射(she)技(ji)術(shu)、飛行(xing)時(shi)間–二(er)次 離子質譜(pu)儀技(ji)術(shu)并結合SEM/能譜(pu)儀對95%氧(yang)化鋁(lv)陶 瓷表(biao)(biao)面暗(an)斑的未知相、形貌、成分進行(xing)表(biao)(biao)征(zheng),并分 析了(le)陶瓷表(biao)(biao)面暗(an)斑區第二(er)相的析出原(yuan)因。
1 實驗
1.1 樣品制備
在高(gao)壓(ya)器(qi)件(jian)制(zhi)備(bei)(bei)(bei)過程中(zhong),所(suo)有95%氧化鋁陶瓷陶瓷 零(ling)件(jian)均采用相同(tong)原料配方(fang)、相同(tong)成(cheng)型(xing)及無(wu)壓(ya)燒(shao)結工 藝制(zhi)備(bei)(bei)(bei)而成(cheng)。陶瓷零(ling)件(jian)隨(sui)后進行高(gao)溫金屬化和釬焊 制(zhi)備(bei)(bei)(bei)。暗斑(ban)通(tong)(tong)常形成(cheng)于陶瓷燒(shao)成(cheng)或者高(gao)溫金屬化之(zhi)后。選(xuan)取產生暗斑(ban)的瓷件(jian),制(zhi)備(bei)(bei)(bei)出(chu)含有暗斑(ban)區(qu)域的 小瓷塊。小瓷塊通(tong)(tong)過丙(bing)酮很聲清洗,放入(ru)烘箱烘干后以作分(fen)析備(bei)(bei)(bei)用。
1.2 樣品表征
采(cai)用(yong)(yong)(yong)Bruker D8 Advance 型X 射(she)線衍射(she)儀(yi)(yi)對(dui)氧化(hua)鋁陶(tao)瓷正(zheng)常表(biao)面及(ji)暗斑區(qu)進行(xing)常規XRD 和掠入射(she)XRD 物相分(fen)析。兩者均采(cai)用(yong)(yong)(yong)Cu Kα 輻(fu)射(she),加速(su)電 壓40 kV,電流40 mA。掠入射(she)XRD 分(fen)析為(wei)連續掃 描模式,入射(she)角度為(wei)1.7o,掃描步長0.04o,掃描速(su) 率0.24(o)/min。采(cai)用(yong)(yong)(yong)美國FEI公(gong)司Quanta 250FEG 場發(fa)射(she)SEM 觀察(cha)陶(tao)瓷表(biao)面的(de)(de)(de)微(wei)觀形貌(mao)(mao),采(cai)用(yong)(yong)(yong)SEM 配備的(de)(de)(de)X 射(she)線能譜儀(yi)(yi)對(dui)表(biao)面進行(xing)成分(fen)分(fen)析,工作電 壓20kV。陶(tao)瓷樣(yang)(yang)(yang)品在掃描電鏡觀察(cha)與分(fen)析前進行(xing) 噴(pen)金(jin)處理(li),噴(pen)金(jin)時間(jian)10 min。采(cai)用(yong)(yong)(yong)德國ION TOF 公(gong) 司TOF-SIMS 5 質譜儀(yi)(yi)對(dui)樣(yang)(yang)(yang)品進行(xing)二(er)次(ci)離(li)子質譜分(fen)析。為(wei)消除試樣(yang)(yang)(yang)形貌(mao)(mao)等因素(su)對(dui)各離(li)子強(qiang)度的(de)(de)(de)影響, 對(dui)同(tong)一(yi)個試樣(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)正(zheng)常表(biao)面和暗斑區(qu)分(fen)別進行(xing)了相同(tong) 時間(jian)的(de)(de)(de)離(li)子清洗,并(bing)以Al+峰(feng)強(qiang)度為(wei)基(ji)準,對(dui)各離(li)子譜峰(feng)的(de)(de)(de)計數值(zhi)進行(xing)歸一(yi)化(hua)處理(li),從而(er)獲得各離(li)子 的(de)(de)(de)相對(dui)強(qiang)度。
2 結果與討論
2.1 95%氧化(hua)鋁陶瓷表面暗(an)斑區析(xi)出相表征
圖1 為95%氧(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶瓷的(de)XRD譜。衍(yan)(yan)(yan)射(she)(she)峰(feng)明(ming)銳(rui) 而(er)(er)尖利,顯示(shi)其(qi)結晶(jing)良(liang)好。由圖1a 可知,試樣(yang)正常 表(biao)面為單一的(de)α-氧(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)相,衍(yan)(yan)(yan)射(she)(she)峰(feng)位置與標準卡片 JCPDS 10–0 173 相吻合,未發現其(qi)它物(wu)相的(de)存(cun)在(zai)(zai); 而(er)(er)暗斑區除(chu)α-氧(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)衍(yan)(yan)(yan)射(she)(she)峰(feng)之(zhi)外(wai),在(zai)(zai)25o–35o 之(zhi)間還 存(cun)在(zai)(zai)其(qi)它衍(yan)(yan)(yan)射(she)(she)峰(feng),衍(yan)(yan)(yan)射(she)(she)峰(feng)位置分別位于27.9o 和(he) 31.6o,說明(ming)除(chu)α-氧(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)主晶(jing)相外(wai),還形成了其(qi)它物(wu) 相。為鑒定這些物(wu)相,進一步對暗斑區進行了掠(lve)入 射(she)(she)X 射(she)(she)線(xian)衍(yan)(yan)(yan)射(she)(she)(Grazing incidence X-ray diffraction, GIXRD)分析,并與常規X 射(she)(she)線(xian)衍(yan)(yan)(yan)射(she)(she)分析進行了對 比,見(jian)圖1b所示(shi)。
可見,常(chang)規(gui)XRD 分(fen)析僅能獲得27.9o、31.6o等 主峰信息,而掠入射(she)XRD 分(fen)析除27.9o 和31.6o之外,還發現其它眾多的衍射(she)峰,衍射(she)峰位置(zhi)分(fen)別與(yu)標 準卡片(pian)JCPDS 75–1 677 和JCPDS 09–0 478 相對(dui)應(ying), 顯(xian)示暗斑區還形成了(Na,K)AlSi3O8和Ca2Al2SiO7鋁 硅(gui)酸鹽。
上述結果與99%氧化鋁陶瓷、96%氧化鋁陶瓷中第二 相的TEM 結果相類似。99%氧化鋁陶瓷晶界主要析出相為鈉長石NaAlSi3O8、鈣長石CaAl2Si2O8和尖晶石MgAl2O4。96%氧化鋁陶瓷在退火(huo)過程中(zhong)的析 晶與晶界母體玻璃中(zhong)CaO 與MgO的含量比有關。
當MgO 含量較高時,析出相為鎂硅酸鹽、鋁硅酸 鹽以及富含鈣的長石相。當CaO 含量較高時,析出 相為鈣長石CaAl2Si2O8、鈣鋁黃長石Ca2Al2SiO7、 鈣鋁榴石Ca3Al2Si3O12、鎂鋁榴石Mg3Al2Si3O12、六鋁酸鈣CaAl12O19 和尖晶石MgAl2O4。可見,鈣 鋁黃長石Ca2Al2SiO7以及與(Na,K)AlSi3O8結構相似 的鈉長石NaAlSi3O8、鈣長石CaAl2Si2O8 在其它高 鋁瓷中也是常見(jian)析出(chu)相。
2.2 95%氧化(hua)鋁陶瓷表面暗(an)斑區形貌觀察
圖2 為95%氧化鋁陶瓷暗斑區組織形貌及其能譜 分析結果。α-氧化鋁晶粒呈不規則塊狀形貌,晶粒尺寸 從幾微米至幾十微米不等,如圖2a 中的A 區域晶粒 及其它大晶粒所示。圖2b 為圖2a 中B 區域的放大圖, 其能譜分析結果見圖2c 所示,可見,B 區域的成分包括O、Al、Si、Na、K,結合XRD 分析結果,說明 該處形成了(Na,K)AlSi3O8 相,呈片層狀枝晶形貌, 跨越多個α-氧化鋁晶粒區。在α-氧化鋁晶粒周圍還發 現許多非常細碎的小顆粒,見圖2d 和圖2e 中的C 點所示,根據圖2f 能譜分析結果,C 點處存在O、 Al、Si、Ca,顯示該處形成了Ca2Al2SiO7 相。
2.3 95%氧化(hua)鋁陶瓷表面(mian)暗斑區質(zhi)譜分析
圖3 為95%氧化鋁陶(tao)瓷表面正(zheng)(zheng)常區域與暗斑(ban)(ban)區 域的(de)正(zheng)(zheng)離子質譜。可見,95%氧化鋁陶(tao)瓷的(de)主(zhu)要成分(fen) 包括Al、Ca、Si、K、Na 以及處于負離子狀態的(de)O 元(yuan)素。對于試樣(yang)正(zheng)(zheng)常表面,各(ge)正(zheng)(zheng)離子峰(feng)按相(xiang)對強度 大小分(fen)別(bie)為Al+、Ca+、Si+、Na+和K+;而對于暗斑(ban)(ban) 區域,各(ge)正(zheng)(zheng)離子峰(feng)按相(xiang)對強度高低分(fen)別(bie)為Al+、Ca+、 K+、Na+和Si+,即暗斑(ban)(ban)區K+和Na+含(han)(han)量明(ming)顯增(zeng)加, Si+和Ca+含(han)(han)量減少。
除Al+、Ca+、Si+、K+、Na+幾種主(zhu)要離(li)子(zi)(zi)譜峰之 外(wai),圖(tu)3 中還(huan)存在其它元(yuan)素的離(li)子(zi)(zi)峰。進一步將各(ge)元(yuan) 素離(li)子(zi)(zi)譜峰按相對強度大小進行排序,見(jian)表1 所示。
可見,正常表面Al+、Ca+、Si+相(xiang)(xiang)對(dui)強(qiang)度分(fen)別為(wei) 100%、51.8%和14.0%。而暗(an)(an)斑(ban)(ban)區(qu)(qu)域按(an)相(xiang)(xiang)對(dui)強(qiang)度大 小則分(fen)別為(wei)Al+(100.0%)、Ca+(23.8%)、K+(18.2%)、 Na+(16.8%)、Si+(11.3%),即K 和Na 已成(cheng)(cheng)為(wei)主要成(cheng)(cheng)分(fen)之一。此外,無論正(zheng)(zheng)常(chang)(chang)表(biao)(biao)面還是暗(an)(an)斑(ban)(ban)區(qu)(qu)均存在少量(liang) 的Mg、Mn、Cr、Ti 等元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素。而暗(an)(an)斑(ban)(ban)處Fe 元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素與正(zheng)(zheng) 常(chang)(chang)表(biao)(biao)面相(xiang)(xiang)比(bi)明顯增加。可見,暗(an)(an)斑(ban)(ban)區(qu)(qu)Fe 元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素富集。 暗(an)(an)斑(ban)(ban)區(qu)(qu)Si、Ca、K、Na 元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素含量(liang)變化(hua)的主要原(yuan)因(yin)可 能(neng)(neng)是由于硅酸鹽(yan)熔(rong)(rong)體(ti)(ti)冷卻過程(cheng)中(zhong)產生(sheng)(sheng)(sheng)分(fen)相(xiang)(xiang)所導(dao)致。 當95%氧(yang)化(hua)鋁陶瓷(ci)在二(er)次或多次熱處理過程(cheng)中(zhong),加 熱到硅酸鹽(yan)熔(rong)(rong)體(ti)(ti)不(bu)(bu)混熔(rong)(rong)區(qu)(qu)時,熔(rong)(rong)體(ti)(ti)將(jiang)分(fen)離為(wei)化(hua)學(xue)結 構不(bu)(bu)同的兩相(xiang)(xiang),產生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)學(xue)不(bu)(bu)均勻性,從而導(dao)致暗(an)(an)斑(ban)(ban) 區(qu)(qu)與正(zheng)(zheng)常(chang)(chang)表(biao)(biao)面成(cheng)(cheng)分(fen)差異的產生(sheng)(sheng)(sheng);而Fe 元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素在暗(an)(an)斑(ban)(ban)區(qu)(qu) 的富集既(ji)可能(neng)(neng)是成(cheng)(cheng)分(fen)分(fen)布不(bu)(bu)均或濃(nong)度起伏所造成(cheng)(cheng), 也可能(neng)(neng)是分(fen)相(xiang)(xiang)成(cheng)(cheng)核生(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)時Fe 元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素從低濃(nong)度區(qu)(qu)向高 濃(nong)度區(qu)(qu)擴(kuo)散(san)所致。
2.4 暗斑區第二相析出原因分析
暗斑區Ca2Al2SiO7 和(Na,K)AlSi3O8 鋁硅酸鹽 相的析出與CaO–氧化鋁陶瓷–SiO2 體系的組成和微量雜 質有關。根據CaO–氧化鋁陶瓷–SiO2 體系相圖,在一定 摩爾比和一定溫度范圍內,體系將形成鈣鋁黃長石 Ca2Al2SiO7 以及與(Na,K)AlSi3O8 結構相近似的鈣長 石CaAl2Si2O8 相,見圖4所示。
從(cong)熱力(li)學(xue)角度(du)(du)分(fen)(fen)析,硅酸(suan)鹽熔體(ti)(ti)是一種亞(ya)穩態,具有(you)降低內能(neng)向結晶態轉化的(de)(de)趨(qu)(qu)勢;從(cong)動力(li) 學(xue)角度(du)(du)分(fen)(fen)析,玻(bo)璃(li)熔體(ti)(ti)的(de)(de)黏度(du)(du)隨冷卻的(de)(de)進行快(kuai)速(su) 增加,又抑(yi)制了晶核(he)的(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)和長大。但SiO2 作(zuo)為 玻(bo)璃(li)網絡(luo)形(xing)成(cheng)(cheng)體(ti)(ti),含量降低時將減弱(ruo)網絡(luo)結構, 增加高溫析晶傾向。Al3+含量將影(ying)響其形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)四面(mian)(mian) 體(ti)(ti)配(pei)位和八面(mian)(mian)體(ti)(ti)配(pei)位數,進而改變玻(bo)璃(li)中(zhong)橋(qiao)氧與 非橋(qiao)氧的(de)(de)數量。熔體(ti)(ti)中(zhong)堿(jian)金屬(shu)的(de)(de)含量不僅影(ying)響八 面(mian)(mian)體(ti)(ti)配(pei)位的(de)(de)Al3+數,而且堿(jian)金屬(shu)本(ben)身對硅酸(suan)鹽熔體(ti)(ti) 的(de)(de)分(fen)(fen)相趨(qu)(qu)勢及(ji)分(fen)(fen)相區(qu)大小也(ye)具有(you)顯著影(ying)響,進而促 進第二相的(de)(de)析出。
玻璃熔體中主要組分直接影響物相的形成, 而少量的雜質含量則能導致其析晶行為的顯著改 變。當熔體中存在異質晶核時,主相成核所需位 壘將得到有效降低,導致非均勻成核。暗斑區與 正常表面均存在少量的Mg、Mn、Cr、Ti 等元素, 但暗斑區Fe 元素與正常表面相比明顯增加。Fe2O3 是氧化鋁陶瓷–CaO–SiO2 系微晶玻璃中常見的形核劑, Fe3+可促進玻璃的表面析晶及其析出晶體的生長; 而一定量的Fe2+在微晶玻璃中與Mg2+作(zuo)用相同(tong),使微晶玻璃析(xi)晶溫度下降。同(tong)時(shi),當Fe2O3與 Cr2O3、TiO2 三者共同(tong)存在(zai)時(shi),則(ze)起著復合形核(he)的作(zuo) 用。從(cong)分相理論看(kan),高(gao)場(chang)強(qiang)過渡金屬離子,在(zai)熱處 理過程(cheng)中易吸引非橋氧產生(sheng)局(ju)部(bu)積聚,對周(zhou)圍陽離 子起到(dao)明顯有序化作(zuo)用,成為(wei)非均(jun)勻成核(he)中心。
綜上所述,暗斑區Si、Ca 含量的減少以及K、 Na 和Fe 的富集促進了Ca2Al2SiO7 和(Na,K)AlSi3O8 的(de)(de) 形成與析出(chu)。易顯色的(de)(de)Fe元素的(de)(de)富(fu)集對于(yu)95%氧(yang)化鋁(lv)陶瓷表面暗斑的(de)(de)產(chan)生起到了(le)重(zhong)要(yao)作用。
3 結論
1) 掠入射X 射線衍射技術可有效獲得表面析出相信息,95%氧化鋁陶瓷表面暗斑區形成了(Na,K) AlSi3O8和Ca2Al2SiO7 鋁硅(gui)酸鹽相(xiang)。而SEM/能譜(pu)儀對析出(chu)相(xiang)形貌與成分(fen)的(de)同步分(fen)析則(ze)進一步證(zheng)實了(le)鋁硅(gui)酸鹽相(xiang)的(de)析出(chu)。
2) 通過飛行時間–二次離子質譜儀對陶瓷正常表面及暗斑區域的對比分析發現,暗斑區Si、Ca 含量降低,K、Na、Fe富集,促進了(Na,K)AlSi3O8 和Ca2Al2SiO7 的析出。