钒磷系玻璃的结构弛豫研究
发布时间：2021-11-15 13:08
玻璃体在玻璃化转变温度附近的结构变化问题和弛豫行为的研究是当今科学界非常重要的热点和难题之一,由于玻璃化转变温度附近的结构变化情况很难通过常规检测手段获得,过冷液体至玻璃转变期间氧化物玻璃的弛豫过程和结构特征的变化缺乏统一的物理解释,由于缺乏详细的结构信息,玻璃-液体转变（Glass To Liquid Transition,GLT）的微观隐藏流动和结构起源尚不清楚,玻璃体在玻璃化转变温度附近的结构变化对玻璃的基础研究有着至关重要的作用。我们通过差式扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry,DSC）研究钒磷玻璃的特征转变点和弛豫焓的变化,并且通过动态热机械分析（Dynamic thermomechanical analysis,DMA）的方法对钒磷玻璃的模量变化进行分析,对其结构弛豫过程和其结构变化情况进行了研究,并且通过元素掺杂和还原气氛改变了钒磷玻璃的结构,进而对其展开了动态热机械分析,研究了其结构弛豫变化情况,取得结果如下:急冷态和不同退火态钒磷玻璃均呈现典型的非晶结构,且随着退火程度的增加,玻璃化转变温度（Glass Transition ...
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同温度下退火处理后的样品的DSC曲线
海南大学硕士学位论文15图3-2是钒磷玻璃急冷态和不同温度退火样品的X射线衍射图，用来分析不同退火状态后的样品之间的物相组成的变化情况，从图中可以看出急冷态和其他退火态在2θ=2°~8°、10°~14°以及20°~30°之间均有明显的弥散馒头峰，这是非晶材料的典型特征，没有观察到对应于晶体结构的尖锐衍射峰，证明材料为非晶结构。图3-2不同温度下退火处理后的样品的XRD曲线Fig.3-2XRDcurvesofsamplesafterannealingatdifferenttemperatures对不同退火状态下的峰位2θ进行分析，从图中可以看出随着退火温度升高，半宽高没有发生明显的改变，峰位2θ随着退火温度的增加而增大，这说明了钒磷玻璃经过不同温度退火处理后仍然保持非晶状态，没有新相的产生，但是由于原子分子热运动加强而发生迁移和重排，导致自由体积湮灭，从而使得系统的平均自由体积降低，造成原子分子排列更为紧密，在XRD图像上显示为弥散峰峰位的朝着更大的角度偏移。因此，XRD图像结果表明，不同状态下退火会导致钒磷玻璃的内部发生不同程度的结构变化，但是没有新相的产生，仍然是典型的非晶结构。3.2等温退火弛豫焓的研究一般来说，玻璃是一种亚稳态的结构，当对玻璃进行退火处理时，由于原子分子受到热激活而发生移动，根据不同程度的热激活定型在不同的状态，但整体上会表现为多余的能量释放，整个系统趋于更稳定的平衡态转变，导致系统本身的焓降低的现象。因此，当退火后的样品在DSC上按照一定的升温速率加热时，在Tg附近会出现由于样品的焓恢复到高温状态导致的吸热峰，退火态样品和急冷态样品之间的吸热峰
钒磷系玻璃的结构弛豫研究16面积差称为弛豫焓，也就是发生热激活后原子分子运动重排所损失的焓变（郑州，2014）。图3-3显示钒磷玻璃急冷态和在503K退火不同时间退火态样品的DSC曲线。从图中可以看出随着退火时间的增加钒磷玻璃的玻璃化转变温度增加，这与前面分析的结果是一致的。图3-3等温退火不同时间后的样品的DSC曲线Fig.3-3DSCcurvesofsamplesafterisothermalannealingatdifferenttimes图3-3中的插图是对不同时间火处理样品玻璃化转变峰的局部放大图，从图中可以清晰看出随着退火时间的延长，玻璃化转变吸热峰高增高，所围成的峰面积逐渐增加，通过DSC曲线数据分析的方法，我们分别对不同退火时间样品的吸热峰与急冷态样品的吸热峰面积做差，来表征不同退火时间样品退火后的弛豫焓。图3-4是不同退火条件下样品的弛豫焓曲线，可以看出弛豫焓整体是与退火时间呈正相关关系的，在退火初期阶段，弛豫焓增加的速率非常快，随着退火时间的延长，弛豫焓的增加逐渐趋于平缓，最终稳定在一个饱和值附近。弛豫焓的大小本质上就是原子分子发生弛豫过程中释放能量的多少，对于急冷态钒磷玻璃而言，由于快速冷却使得原子分子来不及规则排列被冻结在某一特定的位置，保留了大量的类似液体结构的特征，系统中含有大量的自由体积，整个系统处于亚稳定状态。对玻璃进行退火处理后，原子的重排和扩散会导致自由体积的湮灭，释放大量的能量，使得系统向低能态的亚稳状态转变。在退火初期阶段，由于系统的自由体积很多，原子分子的运动空
【参考文献】：
期刊论文
[1]锆基非晶合金的动态弛豫机制和高温流变行为[J]. 郝奇,乔吉超,Jean-Marc Pelletier. 力学学报. 2020(02)
[2]动态热机械分析法测量PCB玻璃化转变温度的研究[J]. 楼倩,郑焕军. 电子产品可靠性与环境试验. 2019(04)
[3]结构弛豫对Al3+/Yb3+共掺石英玻璃结构和性能的影响[J]. 郭梦婷,邵冲云,王璠,任进军,于春雷,王世凯,胡丽丽. 硅酸盐学报. 2018(11)
[4]ZrCuAlNi非晶合金的弹性性能及结构弛豫[J]. 邹俊文,张志英,夏志林,唐浩,程东鹏. 特种铸造及有色合金. 2018(07)
[5]羟基含量对全氧燃烧浮法玻璃结构弛豫的影响[J]. 詹伟涛,贺建雄,王艺臻,姜宏. 材料导报. 2018(12)
[6]钒磷玻璃结构弛豫的DMA测量研究[J]. 段俊杰,詹伟涛,HUAN GHongNian,姜宏,孙其诚,李长久,王艺臻. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2018(02)
[7]玻璃形成体系中的β弛豫[J]. 闻平. 物理学报. 2017(17)
[8]表面机械研磨处理的动态结构弛豫对Zr基块体金属玻璃结构和力学性能的影响[J]. 刘婷婷,刘娟娟,孙康. 上海金属. 2017(01)
[9]锑掺杂钒磷封接玻璃的析晶稳定性研究[J]. 李长久,周毅,姜宏,贾阳,陈阔. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(06)
[10]利用热膨胀仪研究硼硅酸盐玻璃的结构弛豫行为[J]. 李宏,林巍. 硅酸盐学报. 2014(09)
博士论文
[1]金属玻璃态弛豫动力学研究[D]. 罗鹏.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
[2]过冷液体和金属玻璃的结构与动力学研究[D]. 胡远超.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
[3]高压对金属玻璃性能的影响和金属玻璃β弛豫行为研究[D]. 薛荣洁.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
[4]小分子玻璃体系结构弛豫非线性特征的焓弛豫研究[D]. 陈泽明.燕山大学 2015
[5]块体非晶合金过冷液体流变动力学行为研究[D]. 张猛.华中科技大学 2013
[6]氧化物掺杂磷酸盐封接玻璃的制备及其性能研究[D]. 李胜春.东华大学 2012
硕士论文
[1]软磁性Fe基非晶合金微观结构、热稳定性及其耐蚀性的研究[D]. 翟思成.济南大学 2019
[2]FeNbB非晶合金的性能及其结构弛豫的研究[D]. 高志开.郑州大学 2018
[3]锆基非晶合金过冷液相区热加工性能及室温力学性能稳定性研究[D]. 杨慧妮.兰州理工大学 2018
[4]退火过程中结构弛豫对FeBC（Cu,Mo）软磁合金性能的影响[D]. 夏功婷.南京航空航天大学 2017
[5]Zr基金属玻璃的结构弛豫和腐蚀行为研究[D]. 李凤鲜.郑州大学 2014
[6]La2MO4+δ（M=Cu，Ni）掺杂体系低频内耗研究[D]. 陈志军.中国科学技术大学 2009
本文编号：3496842
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同温度下退火处理后的样品的DSC曲线
海南大学硕士学位论文15图3-2是钒磷玻璃急冷态和不同温度退火样品的X射线衍射图，用来分析不同退火状态后的样品之间的物相组成的变化情况，从图中可以看出急冷态和其他退火态在2θ=2°~8°、10°~14°以及20°~30°之间均有明显的弥散馒头峰，这是非晶材料的典型特征，没有观察到对应于晶体结构的尖锐衍射峰，证明材料为非晶结构。图3-2不同温度下退火处理后的样品的XRD曲线Fig.3-2XRDcurvesofsamplesafterannealingatdifferenttemperatures对不同退火状态下的峰位2θ进行分析，从图中可以看出随着退火温度升高，半宽高没有发生明显的改变，峰位2θ随着退火温度的增加而增大，这说明了钒磷玻璃经过不同温度退火处理后仍然保持非晶状态，没有新相的产生，但是由于原子分子热运动加强而发生迁移和重排，导致自由体积湮灭，从而使得系统的平均自由体积降低，造成原子分子排列更为紧密，在XRD图像上显示为弥散峰峰位的朝着更大的角度偏移。因此，XRD图像结果表明，不同状态下退火会导致钒磷玻璃的内部发生不同程度的结构变化，但是没有新相的产生，仍然是典型的非晶结构。3.2等温退火弛豫焓的研究一般来说，玻璃是一种亚稳态的结构，当对玻璃进行退火处理时，由于原子分子受到热激活而发生移动，根据不同程度的热激活定型在不同的状态，但整体上会表现为多余的能量释放，整个系统趋于更稳定的平衡态转变，导致系统本身的焓降低的现象。因此，当退火后的样品在DSC上按照一定的升温速率加热时，在Tg附近会出现由于样品的焓恢复到高温状态导致的吸热峰，退火态样品和急冷态样品之间的吸热峰
钒磷系玻璃的结构弛豫研究16面积差称为弛豫焓，也就是发生热激活后原子分子运动重排所损失的焓变（郑州，2014）。图3-3显示钒磷玻璃急冷态和在503K退火不同时间退火态样品的DSC曲线。从图中可以看出随着退火时间的增加钒磷玻璃的玻璃化转变温度增加，这与前面分析的结果是一致的。图3-3等温退火不同时间后的样品的DSC曲线Fig.3-3DSCcurvesofsamplesafterisothermalannealingatdifferenttimes图3-3中的插图是对不同时间火处理样品玻璃化转变峰的局部放大图，从图中可以清晰看出随着退火时间的延长，玻璃化转变吸热峰高增高，所围成的峰面积逐渐增加，通过DSC曲线数据分析的方法，我们分别对不同退火时间样品的吸热峰与急冷态样品的吸热峰面积做差，来表征不同退火时间样品退火后的弛豫焓。图3-4是不同退火条件下样品的弛豫焓曲线，可以看出弛豫焓整体是与退火时间呈正相关关系的，在退火初期阶段，弛豫焓增加的速率非常快，随着退火时间的延长，弛豫焓的增加逐渐趋于平缓，最终稳定在一个饱和值附近。弛豫焓的大小本质上就是原子分子发生弛豫过程中释放能量的多少，对于急冷态钒磷玻璃而言，由于快速冷却使得原子分子来不及规则排列被冻结在某一特定的位置，保留了大量的类似液体结构的特征，系统中含有大量的自由体积，整个系统处于亚稳定状态。对玻璃进行退火处理后，原子的重排和扩散会导致自由体积的湮灭，释放大量的能量，使得系统向低能态的亚稳状态转变。在退火初期阶段，由于系统的自由体积很多，原子分子的运动空
【参考文献】：
期刊论文
[1]锆基非晶合金的动态弛豫机制和高温流变行为[J]. 郝奇,乔吉超,Jean-Marc Pelletier. 力学学报. 2020(02)
[2]动态热机械分析法测量PCB玻璃化转变温度的研究[J]. 楼倩,郑焕军. 电子产品可靠性与环境试验. 2019(04)
[3]结构弛豫对Al3+/Yb3+共掺石英玻璃结构和性能的影响[J]. 郭梦婷,邵冲云,王璠,任进军,于春雷,王世凯,胡丽丽. 硅酸盐学报. 2018(11)
[4]ZrCuAlNi非晶合金的弹性性能及结构弛豫[J]. 邹俊文,张志英,夏志林,唐浩,程东鹏. 特种铸造及有色合金. 2018(07)
[5]羟基含量对全氧燃烧浮法玻璃结构弛豫的影响[J]. 詹伟涛,贺建雄,王艺臻,姜宏. 材料导报. 2018(12)
[6]钒磷玻璃结构弛豫的DMA测量研究[J]. 段俊杰,詹伟涛,HUAN GHongNian,姜宏,孙其诚,李长久,王艺臻. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2018(02)
[7]玻璃形成体系中的β弛豫[J]. 闻平. 物理学报. 2017(17)
[8]表面机械研磨处理的动态结构弛豫对Zr基块体金属玻璃结构和力学性能的影响[J]. 刘婷婷,刘娟娟,孙康. 上海金属. 2017(01)
[9]锑掺杂钒磷封接玻璃的析晶稳定性研究[J]. 李长久,周毅,姜宏,贾阳,陈阔. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(06)
[10]利用热膨胀仪研究硼硅酸盐玻璃的结构弛豫行为[J]. 李宏,林巍. 硅酸盐学报. 2014(09)
博士论文
[1]金属玻璃态弛豫动力学研究[D]. 罗鹏.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
[2]过冷液体和金属玻璃的结构与动力学研究[D]. 胡远超.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
[3]高压对金属玻璃性能的影响和金属玻璃β弛豫行为研究[D]. 薛荣洁.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
[4]小分子玻璃体系结构弛豫非线性特征的焓弛豫研究[D]. 陈泽明.燕山大学 2015
[5]块体非晶合金过冷液体流变动力学行为研究[D]. 张猛.华中科技大学 2013
[6]氧化物掺杂磷酸盐封接玻璃的制备及其性能研究[D]. 李胜春.东华大学 2012
硕士论文
[1]软磁性Fe基非晶合金微观结构、热稳定性及其耐蚀性的研究[D]. 翟思成.济南大学 2019
[2]FeNbB非晶合金的性能及其结构弛豫的研究[D]. 高志开.郑州大学 2018
[3]锆基非晶合金过冷液相区热加工性能及室温力学性能稳定性研究[D]. 杨慧妮.兰州理工大学 2018
[4]退火过程中结构弛豫对FeBC（Cu,Mo）软磁合金性能的影响[D]. 夏功婷.南京航空航天大学 2017
[5]Zr基金属玻璃的结构弛豫和腐蚀行为研究[D]. 李凤鲜.郑州大学 2014
[6]La2MO4+δ（M=Cu，Ni）掺杂体系低频内耗研究[D]. 陈志军.中国科学技术大学 2009
本文编号：3496842
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huagong/3496842.html