扫描电镜的分析应用

通过扫描电镜分析，可以得到不同成分条件下微晶玻璃的晶体结构，如图3.11～图3.13所示。从图3.11～图3.13中可以看出：随着B2O3质量分数的增加，微晶玻璃内部晶体呈放射状排列，晶体的分布均匀性增加，而且表面裂纹等缺陷明显减少；随着MgO和Fe2O3质量分数的增加，微晶玻璃内部的晶体结构从枝晶转变为球晶；当MgO质量分数高于10.53%、Fe2O3质量分数高于13.04%时，微晶玻璃的晶体形态由球晶逐渐向板条状晶体转变。

在硅酸盐熔体中，B3＋离子在网络中主要以四配位位置存在，如图3.7所示。这种结构有利于熔体网络共同体的形成，使玻璃的稳定性增加，玻璃的晶体成核概率下降。因此，从晶体形态可以推断，在本实验条件下，玻璃组成中加入B2O3有利于枝晶结构的形成，但不利于晶体的生长。

随着MgO质量分数的增加，微晶玻璃内部的晶体尺寸相对细小，说明MgO质量分数增加有细化晶粒的趋势。加入MgO可以使Ca2＋离子及Si4＋离子在熔体中的质量分数降低，部分Al3＋离子取代Si4＋离子呈六配位存在，Si－O－Si键键角增大，键长增长，造成了微晶玻璃内部晶体结构的差异，晶体形态发生了根本性转变。因此，在CaO－Al2O3－SiO2－Na2O系微晶玻璃中加入适量的MgO，不但可以控制晶相中辉石的组成，还可以控制晶体形态的改变。

随着Fe2O3质量分数的增加，非桥氧数量显著减少，熔体的网络聚合度增加，不利于晶核的生成和长大，较大的枝晶容易发生形变。但是，当Fe2O3质量分数大于10.71%时，熔体中Fe3＋离子和Al3＋离子被Si4＋离子所屏蔽的概率减小，Fe3＋离子和Al3＋离子的远程作用力增强，熔体的网络聚合度降低，造成部分的Fe3＋离子和Al3＋离子四面体不稳定，Si－O－Si键的键角增大、键长相对缩短，晶体形态发生萎缩，枝晶完全转变为球晶。

图3.11　不同B2O3质量分数微晶玻璃的扫描电镜分析

图3.12　不同MgO质量分数微晶玻璃的扫描电镜分析

图3.13　不同Fe2O3质量分数微晶玻璃的扫描电镜分析

因此，在本实验条件下，加入适量的MgO和Fe2O3，不但有利于获得球晶结构，而且可以增加微晶玻璃表面的平整程度，这为硼泥在微晶玻璃中的应用提供了重要的理论依据。(www.xing528.com)

利用图像分析软件对图3.11～图3.13进行分析，可以得到不同MgO、B2O3和Fe2O3质量分数条件下微晶玻璃的晶体尺寸和析晶率，如图3.14～图3.16所示。从图3.14～图3.16中可以看出，随着B2O3质量分数的增加，微晶玻璃的晶体尺寸从752 nm减小到125 nm，析晶率从38.25%下降到24.50%。

随着MgO质量分数的增加，微晶玻璃的晶体析出量呈增加的趋势，而晶体尺寸呈先减小后增大的趋势，并在MgO质量分数为7.27%时，晶体尺寸达到最小值457 nm。随着Fe2O3质量分数的增加，微晶玻璃的晶体尺寸呈先减小后增大的趋势，析晶率呈先降低后升高的趋势。在本实验条件下，当Fe2O3质量分数为8.26%时，晶体尺寸达到最小值357 nm。当Fe2O3质量分数为13.04%时，析晶率达到最小值34.70%。

随着MgO质量分数的增加，熔体中的非桥氧数量增加，熔体网络中的断裂程度升高，造成熔体网络结构的聚合程度降低，但是，由于Mg－O键键强比Ca－O键键强大，微晶玻璃中的晶体析出速率比不加MgO的要小，因此，加入MgO可以较好地控制晶体的生长尺寸和析晶率，这对于含镁量较高的硼泥来说具有重要的指导意义。

图3.14　B2O3质量分数对微晶玻璃晶体尺寸和析晶率的影响

图3.15　MgO质量分数对微晶玻璃晶体尺寸和析晶率的影响

图3.16　Fe2O3质量分数对微晶玻璃晶体尺寸和析晶率的影响

如前所述，在熔体中［FeO4］5－四面体所剩余的负电荷由碱金属离子来平衡，能较稳定存在于网络共同体中。随着Fe2O3质量分数的增加，熔体网络的连接程度增强，玻璃的稳定性增加，析晶率和晶体尺寸减小。但是，当Fe2O3质量分数较高时，在熔体中Fe3＋四面体和Al3＋四面体的不稳定程度增加，Fe3＋离子和Al3＋离子的远程作用力相对增强，增大了析晶倾向，使晶体的成核速率和生长速率有所提高。