新型硼酸鹽功能玻璃結(jié)構(gòu)及析晶動力學研究.pdf

1、低熔點封接玻璃以及稀土摻雜鉍硼酸鹽玻璃是近年來新型硼酸鹽功能玻璃研究的熱點。研究工作主要集中在對新型玻璃體系的開發(fā)和認識以及摻雜稀土元素改變玻璃的光學性能方面，而對新型玻璃的結(jié)構(gòu)形成機理及其與特殊功能的關(guān)系還認識不足。如果能從玻璃的形成機理和微觀結(jié)構(gòu)的角度來研究組成對玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響，便能更好地解析和預測玻璃的性能，對新型功能玻璃的材料設計和應用開發(fā)將具有重要的理論指導意義。 本文采用熔融法制備了PbO-B2O3，Bi2O3

2、-B2O3二元系統(tǒng)玻璃以及多組分的低熔點鉛硼酸鹽玻璃和稀土摻雜鉍硼酸鹽玻璃。從分析二元系統(tǒng)的玻璃結(jié)構(gòu)出發(fā)，進一步分析了新型硼酸鹽功能玻璃的網(wǎng)絡形成機理，并結(jié)合玻璃的析晶特性分析，探討了組成對玻璃熱穩(wěn)定性、機械性能以及特殊性能的影響。 本文通過紅外吸收光譜和拉曼散射光譜分析，較系統(tǒng)地研究了PbO-B2O3、Bi2O3-B2O3二元系統(tǒng)玻璃的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明：PbO含量較低時（10mol％≤PbO≤20mol％）在硼酸鹽玻璃結(jié)

3、構(gòu)中僅起網(wǎng)絡修飾體作用；當PbO含量較高時，PbO逐步進入到玻璃網(wǎng)絡中起網(wǎng)絡形成體作用。在PbO-B2O3玻璃網(wǎng)絡中，可能存在三種玻璃結(jié)構(gòu)模型。Bi2O3在Bi2O3-B2O3二元系統(tǒng)玻璃網(wǎng)絡中起網(wǎng)絡形成體作用，根據(jù)Bi2O3含量的不同，提出了兩種可能的玻璃結(jié)構(gòu)模型。 PbO和B2O3是低熔點封接玻璃的重要組成。本文設計了不同PbO/B2O3的鉛硼酸鹽封接玻璃配方，并探討了添加氧化物（ZnO、Bi2O3、GeO2）對玻璃封接溫度

4、、熱膨脹、化學穩(wěn)定性以及機械性能的影響，獲得了綜合性能較好的低熔點鉛硼酸鹽封接玻璃配方。其中G3配方的封接溫度僅400℃，其PbO含量為54mol％左右，與目前商品化封接玻璃鉛含量相近，但其封接溫度降低了40℃,且沒有引入Cd、Hg、Tl等劇毒重金屬氧化物；BL10配方的封接溫度為440℃，與商品封接玻璃的封接溫度相同，但其鉛含量大大降低，僅為36mol％。 BiBO3晶體的析出是鉍硼酸鹽玻璃是否具有特殊的非線性光學性能的重要標

5、志。根據(jù)對Bi2O3-B2O3二元系統(tǒng)玻璃的析晶特性分析，結(jié)果表明，在50mol％≤Bi2O3≤60mol％范圍內(nèi)，玻璃晶化熱處理后可析出BiBO3晶體，有望實現(xiàn)非線性光學性能。因此，本文在組成為Bi2O3·B2O3的鉍硼酸鹽玻璃基礎上，制備了xRE2O3·(100-x) (Bi2O3·B2O3) 玻璃（RE3+＝La3+、Pr3+、Sm3+、Gd3+、Er3+、Yb3+, x=0.5~10）。系統(tǒng)地研究了稀土氧化物對玻璃結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性

6、、晶體種類以及形貌的影響。研究結(jié)果表明，對稀土摻雜鉍硼酸鹽玻璃樣品在460～540℃間熱處理5h，可獲得表面析出微晶的透明玻璃樣品。其中，La2O3、Sm2O3、Er2O3、Pr2O3、Gd2O3摻雜的鉍硼酸鹽玻璃，采用合適的晶化熱處理制度，可獲得BiBO3晶體或類似BiBO3晶體結(jié)構(gòu)的稀土摻雜鉍硼酸鹽晶體（PrxBi1-xBO3和GdxBi1-xBO3），有望拓寬非線性光學功能玻璃的組成范圍和光學特性；而對Yb2O3摻雜的鉍硼酸鹽玻璃