钠磷矽酸盐玻璃之相分离研究PhaseSeparationofNa2O-P2OSiO2.PDF

鈉磷矽酸鹽玻璃之相分離研究 Phase Separation of Na O-P O -SiO Glasses 2 2 5 2 *江志鈞、徐錦志 * Chih-Chun Chiang Jiin-Jyh Shyu 大同大學材料工程研究所 Department of Materials Engineering,Tatung University 摘 要 玻璃的相分離係在一些特殊的組成及溫度範圍中，玻璃產生不互溶現象而分離成兩種或以上 不同組成的非晶質相。本實驗將利用成核與成長機構製備具有球狀微結構之Na O-P O -SiO 2 2 5 2 玻璃。由結果得知當鈉含量添加達15-25 mol% ，可製備出具有穩態不互溶之非晶質相分離結 構，且隨著玻璃結構中非架橋氧數量增加，玻璃轉移溫度與膨脹儀軟化點溫度下降 ，熱膨脹 係數上升 。由微觀結構觀察當第二相球狀尺寸小於 100 nm 玻璃外觀為半透明 ，隨著尺寸增 加至500 nm 以上外觀呈乳白色 。 關鍵字: 相分離 、成核成長 、微觀結構 、鈉磷矽酸鹽 1. 前 言 衡為止，所產生第二相多是以三度空間相互連 近年來，玻璃材料的應用日異漸增，因此 通且規則分布在母相中。 發展出許多新型態的玻璃材料，但在一看似均 傳統玻璃相分離研究大多以 Na O-B O - 2 2 3 勻的玻璃中，可能因為其成分不均勻及特殊之 SiO 玻璃系統為主，其中最具代表性係以成核 2 熱經歷過程，產生玻璃內部特殊之微觀結構， 成長所製成之商用Pyrex 玻璃與旋節分解所製 例如相分離、結晶、脈理條紋及氣泡[1] 。 成之Vycor 玻璃。這兩類具有特殊相分離結構 玻璃的相分離(phase separation)係在一些 之玻璃材料可應用於實驗室玻璃器皿 、分子 特殊的組成及溫度範圍中，原為一均勻的玻璃 篩、觸媒載體、生醫材料、放射線儲存、光學 相，分離成兩個或以上不同組成的非晶 相， 元件與雷射元件等[3] 。 而此類玻璃具有數種不同成份的相即可稱為 具有球狀第二相之Pyrex 玻璃由於其成分 一種不互溶現象(immiscibility phenomenon) 。 中 SiO2 含量高 ，導致此玻璃熔製溫度高達 這些不互溶區域發生在組成液相線以上 1700 ℃ ，使得玻璃不易製備。本實驗室將利 稱為穩定不互溶(Stable immiscibility ) ，而在液 用具有低熔點特性之磷酸鹽取代硼酸鹽，製備 相線以下則需藉由適當的熱處理或控制冷卻 具有較低熔點之Na O-P O -SiO 玻璃，選用適 2 2 5 2 過程才會產生的稱為介穩不互溶(Metastable 當兩相區成分[4] ，藉由成核與成長機構，製 immiscibility ) 。 備具有微觀尺度之球狀相分離結構。 玻璃相分離可分為兩大機構，第一種機構 2. 實驗流程 為成核(Nucleation)與成長(Growth) ，藉由適當 2-1. 玻璃製備 熱處理在玻璃母相中析出具有球狀微結構