新型硼酸盐功能玻璃结构及析晶动力学研究

论文摘要

低熔点封接玻璃以及稀土掺杂铋硼酸盐玻璃是近年来新型硼酸盐功能玻璃研究的热点。研究工作主要集中在对新型玻璃体系的开发和认识以及掺杂稀土元素改变玻璃的光学性能方面,而对新型玻璃的结构形成机理及其与特殊功能的关系还认识不足。如果能从玻璃的形成机理和微观结构的角度来研究组成对玻璃结构和性能的影响,便能更好地解析和预测玻璃的性能,对新型功能玻璃的材料设计和应用开发将具有重要的理论指导意义。本文采用熔融法制备了PbO-B2O3,Bi2O3-B2O3二元系统玻璃以及多组分的低熔点铅硼酸盐玻璃和稀土掺杂铋硼酸盐玻璃。从分析二元系统的玻璃结构出发,进一步分析了新型硼酸盐功能玻璃的网络形成机理,并结合玻璃的析晶特性分析,探讨了组成对玻璃热稳定性、机械性能以及特殊性能的影响。本文通过红外吸收光谱和拉曼散射光谱分析,较系统地研究了PbO-B2O3、Bi2O3-B2O3二元系统玻璃的网络结构。实验结果表明: PbO含量较低时（10mol%≤PbO≤20mol%）在硼酸盐玻璃结构中仅起网络修饰体作用;当PbO含量较高时,PbO逐步进入到玻璃网络中起网络形成体作用。在PbO-B2O3玻璃网络中,可能存在三种玻璃结构模型。Bi2O3在Bi2O3-B2O3二元系统玻璃网络中起网络形成体作用,根据Bi2O3含量的不同,提出了两种可能的玻璃结构模型。PbO和B2O3是低熔点封接玻璃的重要组成。本文设计了不同PbO/B2O3的铅硼酸盐封接玻璃配方,并探讨了添加氧化物（ZnO、Bi2O3、GeO2）对玻璃封接温度、热膨胀、化学稳定性以及机械性能的影响,获得了综合性能较好的低熔点铅硼酸盐封接玻璃配方。其中G3配方的封接温度仅400℃,其PbO含量为54mol%左右,与目前商品化封接玻璃铅含量相近,但其封接温度降低了40℃,且没有引入Cd、Hg、Tl等剧毒重金属氧化物;BL10配方的封接温度为440℃,与商品封接玻璃的封接温度相同,但其铅含量大大降低,仅为36mol%。BiBO3晶体的析出是铋硼酸盐玻璃是否具有特殊的非线性光学性能的重要标志。根据对Bi2O3-B2O3二元系统玻璃的析晶特性分析,结果表明,在50mol%≤Bi2O3≤60mol%范围内,玻璃晶化热处理后可析出BiBO3晶体,有望实现非线性光学性能。因此,本文在组成为Bi2O3·B2O3的铋硼酸盐玻璃基础上,制备了xRE2O3·（100-x） （Bi2O3·B2O3）玻璃（RE3+=La3+、Pr3+、Sm3+、Gd3+、Er3+、Yb3+, x=0.510）。系统地研究了稀土氧化物对玻璃结构、热稳定性、晶体种类以及形貌的影响。研究结果表明,对稀土掺杂铋硼酸盐

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 新型功能玻璃的研究进展
• 1.1.1 光功能玻璃
• 1.1.2 电磁功能玻璃
• 1.1.3 热功能玻璃
• 1.1.4 力学功能玻璃
• 1.1.5 化学功能玻璃
• 1.1.6 生物功能玻璃
• 1.2 新型硼酸盐功能玻璃的研究现状
• 1.2.1 低熔点封接玻璃的研究
• 1.2.2 稀土掺杂铋硼酸盐光学玻璃的研究
• 1.3 硼酸盐玻璃结构的研究
• 1.3.1 经典玻璃结构学说的发展
• 1.3.2 玻璃结构的研究方法
• 1.3.3 硼酸盐玻璃的结构
• 1.4 论文的研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 理论基础及研究方法
• 2.1 热分析动力学理论基础
• 2.1.1 热分析动力学参数及方程
• 2.1.2 热分析动力学方法
• 2.2 玻璃非等温过程的析晶动力学基础
• 2.2.1 析晶动力学方程及参数的确定
• 2.2.2 玻璃稳定性判据
• 2.3 实验配方与工艺条件
• 2.4 性能表征及测试方法
• 2O₃二元玻璃结构及析晶动力学分析'>第3章 PbO-B₂O₃二元玻璃结构及析晶动力学分析
• 3.1 引言
• 2O₃二元系统玻璃结构的影响'>3.2 组成对PbO-B₂O₃二元系统玻璃结构的影响
• 3.3 玻璃的特征温度及稳定性判据分析
• 3.4 玻璃的析晶动力学参数
• 3.5 玻璃析出晶体种类及生长形貌
• 3.6 本章小结
• 2O₃-B₂O₃二元玻璃结构及析晶动力学分析'>第4 章 Bi₂O₃-B₂O₃二元玻璃结构及析晶动力学分析
• 4.1 引言
• 2O₃－B₂O₃ 二元系统玻璃结构分析'>4.2 Bi₂O₃－B₂O₃二元系统玻璃结构分析
• 2O₃－B₂O₃玻璃稳定性的影响'>4.3 组成对Bi₂O₃－B₂O₃玻璃稳定性的影响
• 2O₃ 对玻璃析晶性能的影响'>4.4 Bi₂O₃对玻璃析晶性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 低熔点铅硼酸盐封接玻璃的结构及性能
• 5.1 引言
• 2O₃比对封接玻璃性能的影响'>5.2 PbO/B₂O₃比对封接玻璃性能的影响
• 2O₃ 比对玻璃结构的影响'>5.2.1 PbO/B₂O₃比对玻璃结构的影响
• 2O₃比对封接玻璃特征温度的影响'>5.2.2 PbO/B₂O₃比对封接玻璃特征温度的影响
• 2O₃比对玻璃热膨胀性能的影响'>5.2.3 PbO/B₂O₃比对玻璃热膨胀性能的影响
• 5.3 添加氧化物对封接玻璃性能的影响
• 5.3.1 ZnO 对封接玻璃性能的影响
• 2O₃ 对封接玻璃性能的影响'>5.3.2 Bi₂O₃对封接玻璃性能的影响
• 2 对封接玻璃性能的影响'>5.3.3 GeO₂对封接玻璃性能的影响
• 5.4 低熔点封接玻璃综合性能评价
• 5.5 本章小结
• 第6章 稀土掺杂铋硼酸盐玻璃的组成及性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 稀土掺杂铋硼酸盐玻璃结构分析
• 6.3 稀土掺杂铋硼酸盐玻璃的热性能
• 6.4 热处理对稀土掺杂铋硼酸盐玻璃析晶特性的影响
• 6.5 稀土掺杂铋硼酸盐微晶玻璃的显微结构及力学性能
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间发表的论文