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无碱铝硼硅酸盐玻璃由于具有优异的介电性能,极低的热膨胀系数,良好的耐化学腐蚀性以及高的应变点等优点,因此被广泛制备成电子玻璃纤维(E-玻纤)以及薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的玻璃基板。然而目前国内无碱铝硼硅酸盐玻璃以及玻璃纤维的工业化生产却存在熔融温度高,熔体粘度大,成型困难以及制品合格率低等缺点,这严重影响到了我国的信息化发展。因此,探寻无碱铝硼硅酸盐玻璃的组成-结构-性能关系,从而制备出具有优异性能的玻璃/玻璃纤维材料便具有非常重要的意义。针对以上问题,本论文从实验和分子动力学模拟两方面探讨了不同氧化物掺杂对无碱铝硼硅酸盐玻璃结构与性能的影响。相比于传统实验技术手段,分子动力学模拟可以更好的表征玻璃结构在原子尺度上的变化。分子动力学模拟结果的可靠性通过分子动力学模拟得到的玻璃性质与实验测量的玻璃性质进行对比验证(包括玻璃的密度,玻璃的玻璃化转变温度(Tg),玻璃的热膨胀系数,玻璃的粘度以及玻璃的力学性能等)。玻璃的微观结构特征(包括玻璃中各离子间的径向分布函数,各离子之间的键长、键角分布,网络形成体以及网络修饰体离子的配位数,玻璃中桥氧含量,Qn的分布以及玻璃的网络聚合度等)由分子动力学模拟结果提供。论文主要分为三部分内容,分别探讨了Al/Si比,B/Si比,Ca/Mg比对无碱铝硼硅酸盐玻璃结构与性能的影响。研究结果表明:(1)在保持玻璃中碱土金属含量一定的前提下,改变玻璃中Al/Si比引起玻璃的结构和性能发生变化。当(RO-Al2O3)/B2O3≥1时,随着Al/Si比由0增加到1/3,玻璃中桥氧含量由76.5%增加到82.54%,玻璃的网络聚合度增加,从而导致玻璃的Tg由665℃增加到718℃,玻璃的粘度增加,玻璃的杨氏模量由84GPa增加到89GPa,玻璃的热膨胀系数由36.2×10-7/K减小到33.1×10-7/K。继续增加Al/Si比,玻璃中(RO-Al2O3)/B2O3<1,此时玻璃中[AlO5],[AlO6]含量增加,[BO4]四面体含量减小,[BO3]三角形含量增加,玻璃中桥氧含量由82.54%减小到65.12%,玻璃的网络聚合度减小,玻璃结构发生解聚,玻璃的粘度减小,Tg由718℃减小到672℃,玻璃的杨氏模量由89GPa减小到79Gpa,玻璃的热膨胀系数由33.1×10-7/K增加到42.7×10-7/K。(2)在保持玻璃中碱土金属含量一定的前提下,改变玻璃中的B/Si比引起玻璃的结构和性能发生变化。随着B/Si比由0增加到0.15,玻璃中[AlO4]四面体含量基本不变维持在92.85%左右,[BO4]四面体含量由0增加到89.05%。此时玻璃中桥氧含量达到最大值80.12%,玻璃网络聚合度增加,玻璃的粘度增加,玻璃的杨氏模量由80.8GPa增加到82GPa。继续增加B/Si比(0.15~0.8),玻璃中[AlO4]四面体含量由92.85%减小到83.63%,[BO4]四面体含量由89.05%减小到45.72%,此时玻璃中桥氧含量从80.72%减小到70.78%,玻璃结构发生解聚,玻璃的粘度急剧减小,玻璃的杨氏模量由82GPa减小到72.65GPa。(3)在保持玻璃中碱土金属含量一定的前提下,改变玻璃中的Ca/Mg比引起玻璃的结构和性能发生变化。模拟结果表明,即使在(RO-Al2O3)/B2O3>1的情况下,玻璃中的Al3+和B3+也不全呈四配位状态,其中[AlO4]四面体含量在90%左右,[BO4]四面体含量在70%左右。随着Ca/Mg比的不断减小,玻璃中桥氧含量,玻璃的网络聚合度呈现先减小后增大的趋势,在Ca/Mg=1时具有极小值,此时玻璃中桥氧含量为80.62%。玻璃与输运性能有关的性质,即玻璃的粘度随Ca/Mg比的减小表现出明显的非线性变化行为,其在Ca/Mg=1处具有一个极小值。玻璃中出现的这种现象表明玻璃中出现了明显的混合碱土效应。玻璃的杨氏模量随着Ca/Mg比的减小从83.87GPa增加到95.65GPa,即随着Ca/Mg比的减小,玻璃的力学性能得到加强。