Effect of Y/Al ratio on crystallization, microstructures and mechanical properties of Y-Si-Al-O-N-F glass-ceramics
Effect of Y/Al ratio on crystallization, microstructures and mechanical properties of Y-Si-Al-O-N-F glass-ceramics
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Y/Al比对Y-Si-Al-O-N-F微晶玻璃结晶、显微组织和力学性能的影响
DOI：
10.1016/j.ceramint.2018.02.004
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发表时间：
2018-05
影响因子：
5.2
通讯作者：
Anxian Lu
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhiwei Luo;Jing Zhang;Yan Zhang;Jianlei Liu;Anxian Lu
在手套箱内高纯氮气气氛下对液体进行熔融淬火，制备了不同Y/Al比的Y-Si-Al-O-N-F玻璃。氮氧化物玻璃的标称组成以当量百分比(当量％)计为xY:(40-x)Al:60Si:86O:12N:2F(x=10、15、20、25、30)。利用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了氮氧化物微晶玻璃的结晶行为和微观结构演变。经过充分热处理后的 Y-Si-Al-O-N-F 微晶玻璃的 XRD 分析表明，增加 Y/Al 比会导致 Y2Si2O7 含量不断升高，但会损失莫来石晶相。在力学性能方面，氮氧化物微晶玻璃的弹性模量在107～152GPa之间，弯曲强度在167～201MPa之间。微晶玻璃的显微硬度几乎保持不变，为8.4至8.9GPa。 Y/Al比的作用是改变莫来石和Y2Si2O7相变过程并影响最终的微观结构。高长径比的棒状莫来石晶体有助于提高氮氧化物微晶玻璃的力学性能。这项工作无疑对其他具有高纵横比形貌的氮氧化物玻璃陶瓷具有影响。
Y-Si-Al-O-N-F glasses with various Y/Al ratios were prepared by melt-quenching the liquid under high-pure N2atmosphere inside a glove box. Nominal compositions of the oxynitride glasses in equivalent percent (equiv.%) arexY: (40-x)Al: 60Si: 86O: 12N: 2F (x = 10, 15, 20, 25, 30). X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) were used to study the crystallization behaviors and microstructure evolution of the oxynitride glass-ceramics. XRD analysis of the Y-Si-Al-O-N-F glass-ceramics after adequate heat-treatment revealed that increasing Y/Al ratio led to increasingly higher contents of Y2Si2O7at the expense of the mullite crystal phase. In terms of mechanical properties, the elastic moduli of the oxynitride glass-ceramics were in the range from 107 to 152 GPa, while the bending strengths were 167–201 MPa. The micro-hardness of the glass-ceramics remained almost unchanged, varying from 8.4 to 8.9 GPa. The role of Y/Al ratio is that of altering the mullite and Y2Si2O7phase-transformation processes and influencing the final microstructures. Rod-like mullite crystals with high aspect-ratio are helpful to improve the mechanical properties of the oxynitride glass-ceramics. This work certainly has implications for other oxynitride glass-ceramics with high aspect-ratio morphologies.
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