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晶质玻璃又称为水晶玻璃,具有较高的折射率和透过率,外观光洁晶莹、有金属质感,并且化学稳定性可靠和可重复使用性好。因而它被广泛用于制作工艺品、餐饮茶具和作为包装材料。常见的晶质玻璃均是指广义的晶质玻璃,即铅晶质玻璃。但随着人们环保意识的增强和各国对铅含量控制的相关法规的颁发,PbO逐渐被禁止使用,因此对无铅晶质玻璃折射率等方面的研究也迫在眉睫,寻找能够替代PbO的玻璃组分是关键。本实验选择制备工艺成熟的R2O-CaO-SiO2系统晶质玻璃,进行掺杂对玻璃结构与性能的研究。基础组成为：SiO2 61.8～67.8mol%、Na2O 4.3～10.3mol%、K2O 2.7～8.7mol%、CaO 5.3～11.3mol%、BaO 1.66～7.66mol%、ZnO 4.68mol%、TiO2 1.6～7.6mol%。选择Bi2O3、SnO2、Nb2O5及稀土CeO2、La2O3五种氧化物。实验制备了各氧化物单掺含量为0.01～0.05mol的无铅RCS系晶质玻璃。利用Raman、FT-IR、V棱角折射仪、分光光度计等测试方法和仪器,来研究掺杂氧化物对玻璃结构及折射率、密度、透过率、化学稳定性的影响。通过以上的研究得出以下成果：Bi2O3掺量≤0.05mol时,Bi2O3未参与形成玻璃网络骨架,为网络外体氧化物具有提供非桥氧及断网作用。Bi2O3掺量的增大可明显提高玻璃密度及折射率,Bi2O3=0.05mol时,dmax=3.6262g/cm3,nDmax=1.6454达铅晶质玻璃水平,为提高玻璃折射率的高效组分。在可见光380～760nm的透过率整体比未掺杂玻璃要弱,透过率大致呈下降趋势。玻璃的耐水性先减小后增大,Bi2O3的掺入降低了玻璃的耐酸、耐碱性能。0.01mol≤SnO2含量≤0.03mol时,SnO2的加入使网络连接程度加强,Sn4+处于网络骨架的空隙中；当0.03mol≤SnO2含量≤0.05mol时, SnO2增大使硅氧网络骨架连接减弱,玻璃中非桥氧变多。随着SnO2增加,密度及折射率均逐渐增大,但比相同摩尔的Bi2O3对nD的提高程度小。SnO2为0.05mol时,dmax=3.0179g/cm3, nDmax=1.6092。在380～2000nm波段,透过率在80.8%～91.5%。耐水性、耐酸性及耐碱性能均是先增大后减小的变化趋势,在0.03mol时玻璃的化学稳定性较好。玻璃在水、酸、碱溶液中的质量损失比较：碱>酸>水。综合各方面来看SnO2掺量为0.03mol为该组的较佳组分。当Nb2O5含量≤0.05mol时,Nb2O5的加入减少玻璃中的非桥氧数目,使玻璃的网络连接程度加强,具有聚集网络结构的作用。Nb2O5含量增加,玻璃d及nD均逐渐增大,掺量为0.05mol时玻璃nDmax为1.6264,dmax为3.0179g/cm3。近紫外区域透过率很低,在380～2000nm波段,透过率在88～91.5%之间。耐碱性能是逐渐提高的,Nb2O5是提高化学稳定性的高效组分。综合考虑掺量为0.05mol为该组玻璃的较佳组分。CeO2掺量在一定掺量范围内可以使网络结构的连接程度变大,结构变紧密,但超过一定范围会起到反作用,其半径比较小可以填充在网络结构的空隙中,起网络修饰体作用。玻璃d及nD均是随CeO2掺量增大而增大,dmax为3.0258g.cm-3,nDmax为1.6087。在380～2000nm波段,透过率在82%左右。在掺量为0.04mol的玻璃耐水性最好；耐酸性先减后增,耐碱性逐渐增大,在掺量为0.05mol时耐酸碱性能都最好,CeO2具有一定的提高化稳性的能力。当La2O3含量≤0.05mol时,La2O3的加入使玻璃网络Si-O-Si、Ti-O-Si连接强度变弱,使网络结构变松弛,为网络修饰体氧化物。La2O3增大,玻璃的d及nD也均增大,dmax为3.1667g.cm-3,nDmax为1.6164,达含铅24%的晶质玻璃折射率要求。在380～波段,透过率在88～91%范围,La2O3在含量稍高时对透过率有益。玻璃的耐水性能先增大后减小,玻璃的耐水性最好的是掺量为0.03mol时；玻璃的耐酸与耐碱性能均是逐渐提高的,说明La2O3对提高化稳性有一定促进作用。La2O3掺量为0.05mol时为稀土掺杂的较佳组分。