RO/R2O-Al2O3-SiO2熔体粘度特性的分子动力学模拟

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在进行微晶玻璃的相关科研工作时,科研工作者们大多致力于通过实验研究探讨微晶玻璃的微观结构以及微观结构对宏观性能的影响。RO/R2O-Al2O3-SiO2高温熔体作为典型的微晶玻璃体系,从微观尺度上分析其网络结构,能够很好了解网络结构和RO/R2O对网络结构作用,对未来微晶玻璃微观结构的研究发展具有一定的指导意义。利用分子动力学模拟方法研究高温熔体微观网络结构是一种行之有效的方法。本文利用分子动力学相关软件Materials Studio对RO/R2O-Al2O3-SiO2高温熔体网络结构进行了理论模拟,进行了构建初始模型、选取势函数、计算运行、测试参数等模拟运算过程,并对比了不同RO/R2O碱金属氧化物和不同SiO2含量对RO/R2O-Al2O3-SiO2高温熔体的网络结构和粘度等宏观性质的影响。通过研究对比了Na+、Ca2+两种碱金属元素对硅酸盐高温熔体网络结构和统计分析了键长键角、桥氧含量之后,发现在相同配比下NAS系的高温无规则网络结构要比CAS系的网络结构疏松,在O的绝对数量多的条件下,NAS系并没有形成更多的桥氧,得出碱金属Na+的对高温熔体的解离作用要比碱金属Ca2+更加强烈。在研究不同SiO2含量对RO/R2O-Al2O3-SiO2高温熔体的网络结构和粘度等宏观性质的影响时,得出随着Si含量的增加,体系中桥氧含量增加而非桥氧含量减少,[SiO4]、[SiO5]数量增加而[AlO4]含量下降;熔体宏观剪切粘度随Si含量的增加而增大,随着SiO2含量的增加,使熔体内部网络结构无序化程度降低,高聚物数量增加,网络结构更加完善,从而使熔体的宏观粘度增大;NAS系熔体桥氧含量、四面体数量要小于CAS系熔体,相较网络结构而言,CAS系熔体网络结构随Si的加入变化的比NAS熔体更加完善。
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