氟氧化物玻璃陶瓷发光材料的制备

材料物理卢家汉 0910245

陶瓷是由金属和非金属元素的无机化合物构成的多晶固体材料。玻璃是一种非晶的固体材料，而陶瓷是一种多晶固体材料。基于这两种材料的制备，人们制造了玻璃陶瓷，工艺与玻璃相近，特性与陶瓷迥然不同。往玻璃中掺入微小晶体，其性质发生变化；往氧化物玻璃中嵌入稀土离子掺杂的氟化物可以提高玻璃体的上转换发光效率。

【实验目的】

1、 进一步巩固玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷方面的知识； 2、 了解制备玻璃陶瓷的流程； 3、 分析天平和高温加热炉的使用；

【实验原理】

玻璃属于非晶材料，将称量准确混合均匀的配合料经高温加热，融制成符合要求的玻璃液的过程即玻璃的融制。融制过程分为五部分：硅酸盐玻璃的形成、玻璃的形成、澄清、均化。 1、 硅酸盐的形成

先是固态之间的反应，然后SiO2 和其他组份也开始相互作用，产生烧结物并出现液相。反应继续，当配合料全部反应，形成了由硅酸盐和游离 SiO2 组成的不透明烧结物。这是硅酸盐的形成过程。 2、 玻璃的形成

继续对烧结物加热，进一步熔融易融的低共融混合物首先开始熔化，同时生成的硅酸盐与剩余的二氧化硅相互溶解，过剩的石英颗粒溶解于熔体中，液相继续不断扩大直至全部固相转化为玻璃液相，成为有大量可见气泡的和不均匀的透明玻璃液。此过程控制温度比较关键。 3、 玻璃的澄清

玻璃的澄清过程就是玻璃在熔融与流动过程中建立的一种动态平衡过程。在整个澄清过程中存在着复杂的气体交换，其平衡态与玻璃的组成、熔制温度、气氛的组成和压力、形成气泡的气体性质等因素有关。 4、 玻璃液的均化

在玻璃液中清除条纹和其它不均匀体。

5、 玻璃液的冷却

目的是为了将玻璃液的粘度调整到符合要求所需的粘度。只要将高温时的玻璃液迅速冷却至室温即可得到我们所需要的玻璃材料。

【实验仪器】

加热炉，980nm 半导体激光器，分析天平，白金坩埚，玛瑙研磨钵。

【思考题】

1. 实验中的氟氧化物玻璃陶瓷在构造完微晶之后为什么还会保持透明？

玻璃陶瓷是否透明是由两个条件所决定的：一是所掺的杂质的尺寸远小于可见光波长；二是微晶与玻璃态之间的折射率差很小（近匹配）。

2. 为什么稀土离子的发光在微晶构造前后发生很大的变化？

这是由于稀土离子的环境不同所造成的。在未构造微晶之前，声子能量低，发光效率很低；构造完微晶后，声子能量高，发光效率从而也变高。