【引言】
硼硅酸盐玻璃由于其化学稳定性、软化温度低、介电常数低和电阻高，在电子工业的各种技术应用中具有极大的兴趣，如显示面板、低温共烧陶瓷和包装。目前，烧结温度较低的硼硅酸盐玻璃的选择不断扩大，以满足严格的要求和降低制造成本。为了获得烧结温度较低的玻璃，必须加入一些碱金属氧化物或二价金属氧化物。
【成果介绍】
采用差示扫描量热法（DSC）研究了摩尔组成为60BaO-30B2O3-10SiO2的玻璃在非等温条件下的玻璃化转变和结晶动力学。DSC测试(Linseis STA PT1600)使用50mg玻璃粉末样品在静态空气下的氧化铝坩埚中，在不同的加热速率(β = 5、10、15和20 K/min)下，从室温到700 K加热。DSC曲线显示出与玻璃化转变相关的吸热峰和与玻璃结晶相关的两个部分重叠的放热峰。利用玻璃化温度（Tg）和最大结晶温度（Tp）对加热速率的依赖性来确定与玻璃化相关的活化能（Eg）、结晶活化能（Ec）和Avrami指数（n）。X射线衍射（XRD）表明，硼酸钡（b-BaB2O4）是首先形成的晶相，然后形成硅酸钡（Ba5Si8O21）。还研究了结晶活化能和Avrami指数随结晶分数（v）的变化。当结晶分数（v）从0.1增加到0.9时，第一个放热峰的局部活化能（Ec（v））值从554 kJ/mol下降到458 kJ/mol，第二个放热峰从1104 kJ/mol下降到831 kJ/mol。Avrami指数的测定值接近2，表明两种晶相的一维结晶机制相似。通过扫描电子显微镜（SEM）对在第一和第二结晶温度下热处理的玻璃样品进行的形态学研究证实了这一点。
【图文导读】
图1：淬火玻璃和热处理玻璃样品的XRD图谱。
图2：在不同加热速率下获得的玻璃粉末的DSC曲线。
图3：在β =10 K/min时获得的结晶放热中分离重叠结晶峰。
图4：淬火玻璃的Tg与log β。插图描绘了在不同加热速率下观察到的玻璃化转变峰。
图5：ln (Tg2/β) 和ln (β) vs. 1000/Tg的曲线图。
图6：两个放热峰的ln (Tg2/β)和ln (β) vs. 1000/Tg的曲线图。
图7：Ti和Tf之间的面积A，以及Ti和T之间的第一结晶峰面积（β=10 K/min）。
图8：对于重叠的两个结晶峰，结晶分数(v)是不同升温速率下温度的函数。
图9：在不同加热速率下，第一和第二放热峰的结晶速率随温度的变化。
图10：在两个结晶峰的不同加热速率下，ln（-ln（1-χ））vs. 1000/T的曲线图。
图11：在两个结晶峰的不同χ值（0.1<χ<0.9）下，ln（β）vs. 1000/T的曲线图。
图12：在10 K/min的加热速率下，结晶的局部活化能Ec（χ）和局部Avrami指数n（χ）作为结晶分数（χ）的函数。
【结论】
采用DSC、XRD和SEM研究了60BaO-30B2O3-10SiO2(mol. %)玻璃在非等温条件下的热行为和结晶动力学。DSC曲线显示玻璃转变附近有吸热效应，有两个重叠的结晶放热峰。XRD分析表明，第一个放热峰对应于b-BaB2O4相的结晶，第二个放热峰对应于Ba5Si8O21相的形成。两种方法测定的玻璃化转变活化能分别为190 kJ/mol和202 kJ/mol。b-BaB2O4和Ba5Si8O21生成的平均活化能分别为~588 kJ/mol和~911 kJ/mol。这表明硼酸钡晶相的形成需要较低的活化能，因为它是在疏松的富硼酸盐玻璃网络结构中生成的，而硅酸钡晶相必须在更连锁的硅酸盐玻璃网络结构中形成。
随着结晶分数在0.1 ~ 0.9之间的变化，b-BaB2O4的结晶局部活化能从~554下降到~458 kJ mol-1, Ba5Si8O21的结晶局部活化能从~1104下降到~831 kJ mol-1。两个放热峰计算得到的Avrami指数n≈2。扫描电镜观察表明，在773 K时以针状亚微米晶粒的形成为主要结晶机制，但当烧结温度提高到833 K时，结晶从表面向块体发展，形成形状更规则的亚微米晶粒。
