بررسی عوامل موثر بر ساخت و خواص بدنه های شیشه اکسی نیتریدی سنتز شده به روش سل-ژل

قطعات شیشه اکسی نیتریدی با ترکیب شیمیایی مختلف در سیستم SiO2-Al2O3-B2O3 به روش سل-ژل سنتز شد. پس از خشک شدن ژل های سنتز شده به صورت یکپارچه، به منظور ورود نیتروژن به شبکه ژل متخلخل و واکنش با شبکه سازهای موجود، گرمایش آن ها در اتمسفر آمونیاک در دما و زمان های مختلف انجام شد. بررسی میزان نیتریده شدن توسط آنالیزگر اکسیژن- نیتروژن و طیف سنجی مادون قرمز صورت پذیرفت. به منظور بررسی دمای انتقال به شیشه، دمای نرم شوندگی و ضریب انبساط حرارتی شیشه های سنتز شده از آزمون دیلاتومتری و برای بررسی تبلور از پراش پرتو ایکس استفاده شد. همچنین، سختی شیشه های سنتز شده با سختی سنج ویکرز ارزیابی شد. نتایج نشان داد که پس از عملیات حرارتی ژل خشک شده در اتمسفر آمونیاک، این ماده با کاتیون های شبکه ساز شیشه واکنش داده و وارد ساختار شیشه شده است. از سوی دیگر با افزایش زمان عملیات نیتریده کردن از 2 به 15 ساعت و همچنین افزایش مقدار اکسید بور و آلومینیوم در ترکیب شیشه، میزان نیتروژن وارد شده در ساختار شیشه اکسی نیتریدی تا 8/3 درصد وزنی افزایش یافت. نیتریده شدن در دماهایی که ساختار ژل کاملا متخلخل است بهتر صورت گرفته و ورود نیتروژن به شبکه باعث افزایش دمای نرم شوندگی دیلاتومتری در حدود 25 درجه سانتیگراد، رسیدن عدد سختی به 89/10 گیگاپاسکال و کاهش ضریب انبساط حرارتی آن از 6-1088/3 به 6-1039/3 در ترکیب بهینه شد. نتایج پراش پرتو ایکس نشان داد که نیتروژن همواره در شیشه باقی مانده و وارد فاز مولایت تبلور یافته از شیشه نمی شود.