高強鈉鈣鋁硅系浮法玻璃組成、結構及性能的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代高層建筑、汽車、信息和光電子產業(yè)的發(fā)展，高性能平板玻璃的應用日益廣泛。傳統(tǒng)鈉鈣硅平板玻璃作為窗玻璃、擋風玻璃和基片玻璃時，其硬度和機械強度、熱學性能和化學穩(wěn)定性不佳，極大地限制了其應用性。因此，研究一種具有高機械強度，良好的熱學性能和化學穩(wěn)定性的玻璃材料，就具有更深遠的意義。在傳統(tǒng)鈉鈣硅系平板玻璃中，Al2O3能提高玻璃熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械性能等居多物理化學性能。但高Al2O3含量會帶來熔化溫度高，粘度大，澄清時間加長，容

2、易產生波筋和條紋等問題。因此，研制高鋁型浮法玻璃的關鍵問題是解決以上所提及的工藝問題，對玻璃熔體性質的研究至關重要。
　　因此針對以上問題，本課題以傳統(tǒng)鈉鈣硅系浮法玻璃組成為研究基礎，采用Al2O3替換SiO2和B2O3替換Na2O的兩種方式對玻璃組成進行改良。利用高溫粘度儀和熱膨脹儀等測試手段研究組成對玻璃熔體性質和熱膨脹系數(shù)的影響；利用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀、光學顯微鏡、電子顯微鏡、萬能試驗儀等測試手段研究組成對玻璃化學穩(wěn)定

3、性、抗風化性和機械強度的影響；利用傅立葉變換紅外光譜儀和激光拉曼光譜儀等測試手段研究組成對玻璃內部結構的影響，從結構層面解釋玻璃熔體性質改變和物理化學性能提高的原因；利用電子探針 X射線顯微分析儀、表面應力分析儀等測試手段研究該系統(tǒng)玻璃的離子交換法化學強化的機理。研究結果表明：
　　Al2O3替代SiO2，隨著Al/Si比增大，Al3+以[AlO4]四面體形式進入玻璃網(wǎng)絡，引起玻璃結構中Qn結構單元之間的轉換，非橋氧含量減少，網(wǎng)絡

4、結構連接程度增強；玻璃粘度增大，各特征溫度點均升高；隨著溫度降低，組成對粘度的影響程度逐漸增大，溫粘性質上表現(xiàn)為玻璃料性變短，熔體脆性變大；玻璃熱膨脹系數(shù)略微降低；玻璃抗折強度、密度、耐水、耐堿性以及抗風化性能均有一定程度地提高。
　　B2O3起始替代Na2O，隨著B/Na比增大，B3+以[BO3]三角體和[BO4]四面體形式進入玻璃網(wǎng)絡，橋氧含量增多，玻璃網(wǎng)絡致密程度增強；Td和Tg逐漸升高，而Td溫度以上的各特征溫度點均呈現(xiàn)先

5、減小后增大的變化規(guī)律，溫粘性質上表現(xiàn)為玻璃料性先變短后變長，熔體脆性則先變小后變大，在R=(Na2O-Al2O3)/B2O3=1附近達到極值；玻璃熱膨脹系數(shù)明顯減小，耐水、耐堿和抗風化性能顯著提高。
　　本課題采用離子交換法對玻璃進行化學強化處理，影響離子交換的因素來源于離子濃度梯度與玻璃結構致密度對離子擴散阻礙兩個方面。影響化學強化后玻璃表面應力情況的因素主要來源于兩個方面：離子交換產生的“擠塞效應”和玻璃結構致密度對應力松弛的