玻璃化學耐久性及其結構性質
前言：采用直接熔融方法制備了化學組成為48P2O5-30CaO-(22-x)Na2O-xTiO2（其中0<x≤3，摩爾分數）的磷酸鹽玻璃，熔融溫度為1080°C±20°C。化學穩定性的測量表明，當TiO2含量從0變化到2摩爾時，玻璃的耐久性有所改善。
以化學成分48P2O5-30CaO-(22-x)Na2O-xTiO2（0<x≤3; mol%）為研究對象，随着TiO2含量的增加（0<x≤2; mol%），玻璃網絡的剛度和生物降解性都得到了提高。随着TiO2含量超過2 mol%，化學穩定性緩慢下降，結構發生變化，轉化為短的獨立正磷酸鹽單元（Q0），這一結構轉變得到了紅外光譜和X射線衍射的證明。
SEM顯微鏡照片顯示，在TiO2含量增加的同時，晶體數目增加，取代了Na2O。這表明玻璃和晶體之間的邊界越來越近。在模拟體液（SBF）中浸泡15天後，這些材料的化學反應活性得到了評估。
所有處理後的樣品的振動波段都在1400到400 cm^-1的頻率範圍内。對所有玻璃的紅外光譜進行分析，發現在510 cm^-1左右有一寬帶，歸因于骨架δ（P-O-P）的振動模式。
在754-784 cm^-1附近的振動波段被歸因于焦磷酸鹽基團（Q1）的Ѵsym（P-O-P）振動模式，而在1094 cm^-1和1267 cm^-1左右的波段分别被歸屬于焦磷酸鹽基團（Q1）的Ѵsym（PO2）/Ѵasy（PO3）振動模式和亞磷酸鹽基團（Q2）的Ѵasy（PO2）振動模式。
在Q1-Q2機關中，伸展振動Ѵsym（PO2）所對應的1150 cm^-1波段出現在玻璃網絡中的TiO2含量增加時，1267 cm^-1的代表亞磷酸鹽基團（Q2）的波段強度降低。
對稱振動Ѵasy（P-O-P）的特征波段在Q1機關中被歸屬于880-917 cm^-1，随着TiO2含量在玻璃網絡中的增加而向高頻移動。當TiO2含量超過1.5 mol%時，被歸屬于Q0機關的對稱振動Ѵsym（PO3^-4）的特征波段出現，代表焦磷酸鹽基團Ѵsym（PO2）/Ѵasy（PO3）的1094 cm^-1波段變得越來越小。
從振動光譜學推導的結構與給出的三元圖中化合物（45T05、45T10、45T15）的定位分析相一緻。當TiO2含量超過1.5 mol%（45T20、45T25）時，除了低聚磷酸鹽基團（Q1-Q2）外，還發現了孤立的短鍊磷酸鹽基團（Q˚），這表明玻璃和晶體之間的邊緣區域越來越接近，這可以通過幾個因素（TiO2的高Tf、玻璃浴中的晶粒水準、Ti+Ca/P比）來解釋。
超過2 mol%後，玻璃轉變溫度(Tg)和結晶溫度(Tc)分别從476℃降至430℃和從540℃降至490℃。在650℃下熱處理48T15、48T20和48T25玻璃樣品，得到X射線衍射圖譜。表明了從環磷酸酯相到焦磷酸酯相再到正磷酸酯相的結構演變。
當48T15樣品在650℃下熱處理時，非晶相部分消失，主要生成了Ti(PO3)3、NaCa(PO3)3、Na4Ca(PO3)6。當玻璃中的TiO2含量增加時，在650℃下熱處理導緻NaTiP2O7、Ca2P2O7 和TiP2O7的形成，有些微量的環磷酸酯和孤立的短正磷酸酯相，表明焦磷酸酯相（O/P = 3.5）的增加。
當TiO2含量超過2 mol%時，在相同的溫度下熱處理，主要形成Na5Ti(PO4)3和CaTi4(PO4)6熱重分析結果表明，在650℃下，随着TiO2含量的增加，玻璃的熱穩定性顯著提高。在0.5-2摩爾％的Ti2O含量範圍内，玻璃轉變溫度（Tg）在405℃-476℃範圍内增加，結晶溫度（Tc）在495℃-540℃範圍内增加。
結論：TiO2對Na2O-TiO2-CaO-P2O5玻璃形成特性和性能的影響，采用了多種技術對其結構和化學耐久性進行了研究，如紅外光譜、X射線衍射、差示掃描量熱法和掃描電鏡等。随着TiO2含量的增加，轉變溫度随之升高，表明玻璃的硬度得到了改善。
掃描電鏡圖像顯示存在兩種相，一種為晶态相，另一種為無定形相。當TiO2含量從0.5到2.5摩爾%時，相晶态的形貌随之變化，表明結構由環狀代磷酸鹽和低聚磷酸鹽群向正磷酸鹽群移動。通過與一種合成生理液體（SBF）接觸後，評估了這些材料的化學反應性。
在體外測試後，這些玻璃的X射線衍射譜表明形成了羟基磷灰石和三鈣磷層的混合物，其中還有一些磷酸鈣酸鹽的痕迹。這些層的存在對于最終的生物應用非常有價值。
