Dual effect of ZrO2 on phase separation and crystallization in Li2O–Al2O3–SiO2–P2O5 glasses

成核 结晶 材料科学 相(物质) 降水 化学工程 矿物学 结晶学 分析化学(期刊) 化学 色谱法 物理 工程类 气象学 有机化学
作者
Lifan Zhu,Mingzhong Wang,Yinsheng Xu,Xianghua Zhang,Ping Lu
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:105 (9): 5698-5710 被引量:22
标识
DOI:10.1111/jace.18540
摘要

Abstract ZrO 2 is an effective nucleation agent for low‐expansion lithium–aluminum silicate (LAS) glass–ceramic (GC) with high Al 2 O 3 content. However, the effect of ZrO 2 is still not fully understood in LAS glasses with low contents of Al 2 O 3 and P 2 O 5 . In this work, the effect of ZrO 2 on the phase separation and crystallization of Li 2 O–Al 2 O 3 –SiO 2 –P 2 O 5 glasses were investigated. The results revealed that ZrO 2 significantly increased T g and the crystallization temperature of Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 crystals. Li 3 PO 4 crystals precipitated preferentially in the glass containing 3.6‐mol% ZrO 2 , wherein Zr was stable in the network and no precipitation of ZrO 2 nanocrystals was observed. Moreover, the separation of phosphate‐rich phases in the as‐quenched glasses increased with the addition of ZrO 2 . The findings of the study revealed a dual role of ZrO 2 . First, ZrO 2 acted as a glass network former rather than a nucleation agent, increasing glass viscosity and the nucleation barrier of Li 2 SiO 3 through its strong network connectivity. Second, as Zr preferentially combined with non‐bridging oxygen to form Si–O–Zr linkages, a sufficient amount of charge‐balancing Li + ions existed in the network, which promoted the separation of phosphate‐rich phases. It indicated that the incorporation of ZrO 2 contributes to the activation of the nucleation role of P 2 O 5 , thus contributing to the formation of nanocrystals and fine microstructure of GCs.
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