Bi-,2-O-,3--SiO-,2-系統(tǒng)熔體性質的研究.pdf

1、近年來發(fā)現(xiàn)熔融Bi2O3-SiO2系統(tǒng)具有各向異性結構。各向異性的熔融態(tài)，是一種各向異性的流體，這不難想到液晶。液晶，是一種取向有序位置無序的流體，它既有液體的流動性，又有晶體的各向異性特征。如果對Bi2O3-SiO2系統(tǒng)熔體各向異性進行進一步的探索，一旦其被確定具有無機熱致性液晶性質，那么，在無機液晶，乃至整個液晶發(fā)展史上將是重大發(fā)現(xiàn)。 本論文利用XRD、DSC研究了Bi2O3和SiO2粉末在加熱完全熔融之前固相反應生成的各種

2、晶相，并重點研究了Bi2O3-SiO2系統(tǒng)完全熔融后高溫熔體的粘度、電導率等性質。 按摩爾比1:1將Bi2O3與SiO2混合物在一定溫度下處理一定時間獲得生成產物。實驗發(fā)現(xiàn)：750℃保溫不同時間所獲試樣的XRD譜表明隨著固相反應時間的延長，反應物Bi2O3的衍射峰減弱，生成物亞穩(wěn)相Bi2SiO5衍射峰減弱，穩(wěn)定相Bi12SiO20衍射峰增強，反應越完全。固相反應溫度由700℃升高至900℃過程中，Bi2SiO5、Bi12SiO2

3、0逐漸轉變?yōu)锽i4Si3O12。結果表明：(1)亞穩(wěn)相Bi2SiO5在固相反應初期即已產生，并受固相反應的溫度與時間影響，750℃保溫6h時含量較高。(2)900℃固相反應生成穩(wěn)定態(tài)Bi4Si3O12，保溫6h時，熔融并有晶體形式存在于熔體中。 為研究Bi2O3-SiO2系統(tǒng)在高溫時的熔體特征，設計研發(fā)了一種專門研究高溫熔體的儀器—高溫熱臺。重點考慮了高溫熱臺加熱裝置、冷卻裝置、隔熱保溫材料以及坩堝的選擇等幾個方面。該熱臺加熱溫

4、度最高可至1200℃，獨到之處在于其操作方便、混合均勻，利于探索熔體的光學、電學、力學等各向異性相關特征。 通過研究熔體冷卻時起始溫度所在的不同區(qū)域對熔體結晶溫度和形成相結構的影響，發(fā)現(xiàn)當溫度在區(qū)域A內升高時，四面體的氧化鉍氛圍被破壞，為分離創(chuàng)造了條件。生長該系統(tǒng)穩(wěn)定化合物晶體時熔體最好保持在A溫度區(qū)域。生長亞穩(wěn)定化合物Bi2SiO5晶體時熔體一般保持在B溫度區(qū)域。區(qū)域B內，SiO4四面體和Bi2O2基元層聚合，導致產生的各向異

5、性熔融結構與液晶態(tài)相似。在區(qū)域C內，熔體可能是微小不均一的。 本實驗于B區(qū)域溫度冷卻熔體，中途將盛有樣品的坩堝拿出爐子攪拌晃動，發(fā)生過冷，引起B(yǎng)i2SiO5析晶，再放回爐子繼續(xù)加熱，最終生成了穩(wěn)定相Bi12SiO20晶體。經分析原因在于Bi2SiO5發(fā)生了亞穩(wěn)相向穩(wěn)定態(tài)轉變的熱解聚。由此可見，在實驗操作中需特別注意B溫區(qū)熔體極大的過冷度問題。 在熔體在加熱和冷卻的過程中，發(fā)現(xiàn)溫度的規(guī)則變化會引起粘度的異常變化。熔體溫度降