稀土摻雜鋅硼硅玻璃高溫熔體物性的研究.pdf

1、本文以鋅硼硅玻璃為研究對象，外加不同含量的氧化鑭和氧化釔，利用高溫旋轉(zhuǎn)粘度計測試玻璃的高溫粘度，通過熱膨脹測試、差熱分析測定玻璃的特征溫度，利用傅里葉紅外檢測結(jié)構(gòu)，研究了不同含量的氧化鑭、氧化釔摻雜對鋅硼硅玻璃的結(jié)構(gòu)和高溫熔體物性的影響。
　　對于鋅硼硅玻璃（55ZnO-40B2O3-5SiO2，摩爾分數(shù)），從結(jié)構(gòu)上來說，外加氧化鑭和氧化釔，對玻璃的作用是雙向的。少量引入，稀土離子位于網(wǎng)絡(luò)空隙，具有較高的配位數(shù)，高場強，促進了[B

2、O3]三角體向[BO4]四面體的轉(zhuǎn)化，有助于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得緊密。但在稀土摻雜量繼續(xù)上升時，由于 Y3+的半徑比 La3+的半徑小，Y3+的場強比La3+大，給出游離氧的能力小，因此當(dāng)氧化鑭摻雜量大于1.0％，氧化釔大于1.5%，稀土氧化物促進[BO3]和非橋氧的生成，起斷網(wǎng)作用，破壞了玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)變得疏松。
　　氧化鑭與氧化釔的摻雜導(dǎo)致鋅硼硅玻璃的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響了玻璃的高溫熔體物性。在少量摻雜時，鋅硼硅玻璃的自由體積分

3、數(shù)減小，自由體積減少，結(jié)構(gòu)變得緊密，粘度提高，玻璃的熱膨脹系數(shù)減小，動力學(xué)脆性指數(shù)減小，動力學(xué)脆性下降，成玻能力增大；但摻雜過量后，鋅硼硅玻璃的自由體積分數(shù)增大，自由體積增多，結(jié)構(gòu)變得疏松，粘度下降，玻璃的熱膨脹系數(shù)增大，動力學(xué)脆性指數(shù)增大，動力學(xué)脆性上升，成玻能力減小。
　　在補充實驗中，選定摩爾組分55ZnO-40B2O3-5SiO2為基礎(chǔ)組分，研究了 Al2O3部分取代B2O3對鋅硼硅玻璃的結(jié)構(gòu)和高溫熔體物性的影響。

4、　　隨著氧化鋁對氧化硼的替代，B/Al比下降，Al3+奪取游離氧形成[AlO4]進入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進橋氧的生成，[BO3]三角體與[BO4]四面體相互鏈接形成高硼基團，把斷網(wǎng)重新連接起來，使玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聚集更加緊密。隨著加入鋅硼硅玻璃的氧化鋁含量從摩爾百分數(shù)0增加到4，B/Al比下降，鋅硼硅玻璃的自由體積分數(shù)減小，玻璃的自由體積減少，結(jié)構(gòu)變得緊密，使玻璃粘度上升，玻璃的動力學(xué)脆性指數(shù)下降，動力學(xué)脆性下降，成玻能力增大，成形溫度范圍擴大，熔