《表2 基础玻璃配方(wt%)》

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《高熵材料判据及其在玻璃陶瓷研究中的应用》


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笔者课题组经过近20年的持续探索,以具有如上所述复杂成分及矿物组成特点的白云鄂博尾矿为主要原料,采用熔融-铸造工艺制备出了一种兼具高硬度(莫氏硬度~9级)、高抗折强度(最高可达260MPa以上)、高耐磨(磨耗量0.04g/cm2)、耐酸性(硫酸1.84g/cm3,99.90%)和耐碱性(20%NaOH,97.70%)的特殊的微晶玻璃材料[15]。为解释上述特殊性能的来源,本课题组先后从制备工艺[16]、主成分比例[17-19]、以及铁[20]、铬[21]和稀土[22-26]等杂质的影响及作用机理等方面做了探讨。研究结果表明,所制备材料在结晶度可达95%,基本上全部由10微米以上的晶粒组成[22]。这种显微结构组成已经完全区别于传统意义的微晶玻璃材料由纳米级微晶和大量残余玻璃相共同构成的显微结构。因此,对于这种材料的翻译应取其直译“玻璃陶瓷”更为贴切。此外,随着对这种特殊玻璃陶瓷材料认识的逐步加深,课题组认识到从上述制备工艺、掺杂元素等材料传统研究角度,不一定能完全解释其特殊性能的来源。因此,按照上述非等摩尔比系统混合熵的计算方法,计算了原料成分和基础玻璃成分如表1和2所示的辉石基玻璃陶瓷[25]的混合熵,结果为1.6186R。上述结果说明,以组分非常复杂的固体废弃物为主要原料制备的特殊玻璃陶瓷的混合熵已经高于常见五元等摩尔比高熵合金的混合熵值(1.61R)。因此,这种特殊玻璃陶瓷也应属于高熵材料范畴。这样,用来解释传统高熵材料特殊性能来源的“高熵”“晶格畸变”“扩散减缓”和“混合”效应[14]也应成为这种高熵玻璃陶瓷特殊性能的可能来源。当然,该领域还需进一步的深入研究。