CeO2对透明锂铝硅微晶玻璃析晶行为与性能的影响

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1213

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (6): 2151-2159.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1213

CeO₂对透明锂铝硅微晶玻璃析晶行为与性能的影响

邬兰宇¹^,²^,³(), 章向华², 刘尧龙¹^,³(), 陆平², 张丹丹², 马桔萍¹, 李翰林²^,³, 林思慧²^,³, 许银生²()

^1.中国建材国际工程集团有限公司，上海 200063
^2.武汉理工大学硅酸盐科学与先进建材全国重点实验室，武汉 430070
^3.中建材玻璃新材料研究院集团有限公司先进玻璃材料全国重点实验室，蚌埠 233000

收稿日期:2025-12-03 修订日期:2025-12-31 出版日期:2026-06-15 发布日期:2026-07-14
通信作者: 刘尧龙，教授级高级工程师。E-mail： lyl@ctiec.net
许银生，博士，研究员。E-mail： xuyinsheng@whut.edu.cn
作者简介:邬兰宇（2001—），男，硕士研究生。主要从事功能玻璃的研究。E-mail： wulanyu2023@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(U2241236);国家自然科学基金(52372014);上海市先导产业创新发展专项(2025-GZL-RGZN-BTBX-02001);2025年度普陀区加快发展研发服务产业专项(2025-B01-07)

Effect of CeO₂ on Crystallization Behavior and Properties of Transparent Lithium Aluminosilicate Glass-Ceramics

WU Lanyu¹^,²^,³(), ZHANG Xianghua², LIU Yaolong¹^,³(), LU Ping², ZHANG Dandan², MA Juping¹, LI Hanlin²^,³, LIN Sihui²^,³, XU Yinsheng²()

^1.China Triumph International Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 200063，China
^2.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China
^3.State Key Laboratory of Advanced Glass Materials，CNBM Research Institute for Advanced Glass Materials Group Co.，Ltd.，Bengbu 233000，China

Received:2025-12-03 Revised:2025-12-31 Published:2026-06-15 Online:2026-07-14

摘要/Abstract

摘要：

稀土氧化物CeO₂不仅影响玻璃熔制澄清工艺，而且能控制析晶和提升玻璃的透过率，改善玻璃材料的力学、抗辐照等性能，从而拓宽锂铝硅（LAS）微晶玻璃在航空航天等严苛环境中的应用。本文研究了微量CeO₂掺杂（≤1.0%，质量分数）对LAS微晶玻璃结构、析晶行为及性能的调控机制。结果表明，CeO₂的引入可有效调节玻璃网络中Q⁴结构单元含量，适量CeO₂（<0.5%）对LAS玻璃析晶具有抑制作用，但过量CeO₂（≥0.5%）反而促进析晶，使结构解聚。LAS微晶玻璃的晶粒尺寸随CeO₂含量增加先减小后增大。通过优化CeO₂的含量，实现了微晶玻璃晶粒的细化，提升了微晶玻璃的维氏硬度、断裂韧性、透过率及抗辐照性能。当CeO₂含量为0.3%时，可获得晶粒细小、性能优异的微晶玻璃，维氏硬度达7.45 GPa，断裂韧性为0.93 MPa?m^1/2，并有较好的抗辐照性能。

关键词: 锂铝硅微晶玻璃, CeO₂, 透锂长石, 二硅酸锂, 透过率, 细晶强化, 抗辐照性能

Abstract:

The rare earth oxide CeO₂ not only affects the glass melting and refining process， but also controls crystallization and enhances the transmittance of glass， improving the mechanical and radiation resistance properties of glass materials， thereby expanding the application of lithium aluminosilicate （LAS） glass-ceramics in harsh environments such as aerospace. This article investigated the regulatory mechanism of trace CeO₂ doping （≤1.0%， mass fraction） on the structure， crystallization behavior， and properties of LAS glass-ceramics. The results indicate that the introduction of CeO₂ can effectively regulate the content of Q⁴ structural units in the glass network. Moderate CeO₂ （<0.5%） has an inhibitory effect on the crystallization of LAS glass-ceramics， but excessive CeO₂ （≥0.5%） actually promotes crystallization and structural depolymerization. The grain size of LAS glass-ceramics decreases first and then increases with the increase of CeO₂ content. By optimizing the CeO₂ content， the grain refinement of glass-ceramics is realized and its Vickers hardness， fracture toughness， transmittance， and radiation resistance property are improved. When the CeO₂ content is 0.3%， glass-ceramics with fine grains and excellent properties can be obtained， with a Vickers hardness of 7.45 GPa， fracture toughness of 0.93 MPa?m^1/2， and it has good radiation resistance property.

Key words: lithium aluminosilicate glass-ceramics, CeO₂, petalite, lithium disilicate, transmittance, grain refinement strengthening, radiation resistance property

中图分类号:

TQ171

邬兰宇, 章向华, 刘尧龙, 陆平, 张丹丹, 马桔萍, 李翰林, 林思慧, 许银生. CeO₂对透明锂铝硅微晶玻璃析晶行为与性能的影响[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(6): 2151-2159.

WU Lanyu, ZHANG Xianghua, LIU Yaolong, LU Ping, ZHANG Dandan, MA Juping, LI Hanlin, LIN Sihui, XU Yinsheng. Effect of CeO₂ on Crystallization Behavior and Properties of Transparent Lithium Aluminosilicate Glass-Ceramics[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(6): 2151-2159.

图/表 9

表1 基础玻璃成分

Table 1 Basic glass composition

Composition	SiO₂	Al₂O₃	Li₂O	P₂O₅+ZrO₂	Sb₂O₃
Mass fraction/%	65~75	5~10	10~15	5~10	0~0.5

图1 0~5号玻璃样品的DSC曲线

Fig.1 DSC curves of glass sample 0~5

图2 拉曼光谱数据分析

Fig.2 Raman spectra data analysis

表2 Raman拟合光谱中Q2、Q3、Q4的相对面积

Table 2 Relative areas of Q2， Q3， and Q4 in Raman fitted spectra

Sample No.	Relative area/%
Sample No.	Q²	Q³	Q⁴
0	15.96	58.08	3.93
1	16.36	56.87	4.00
2	16.58	56.61	4.18
3	16.65	57.33	3.85
4	16.75	57.41	3.79
5	16.92	57.91	3.78

图3 样品的XRD谱

Fig.3 XRD patterns of samples

图4 不同CeO2含量微晶玻璃表面的SEM照片

Fig.4 SEM images of surface of glass-ceramics with different CeO2 content

表3 样品的机械强度

Table 3 Mechanical strength of samples

Vickers hardness of glass/GPa	Vickers hardness of glass-ceramics/GPa	Fracture toughness of glass-ceramics/（MPa∙m^1/2）
5.39	7.04	0.89
5.39	7.21	0.92
5.39	7.45	0.93
5.35	7.16	0.98
5.35	7.01	1.00
5.33	6.88	1.03

图5 玻璃和微晶玻璃样品的透过率及微晶玻璃样品的图片

Fig.5 Transmittance of glass samples and glass-ceramic samples， along with pictures of glass-ceramic samples

图6 铈离子抗辐照机理和不同CeO2含量的微晶玻璃在350~800 nm处的辐照衰减率

Fig.6 Mechanism of Ce ions radiation resistance and radiation attenuation rate of glass-ceramics with different CeO2 content at 350~800 nm

参考文献 21

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CeO₂对透明锂铝硅微晶玻璃析晶行为与性能的影响

Effect of CeO₂ on Crystallization Behavior and Properties of Transparent Lithium Aluminosilicate Glass-Ceramics

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