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本论文以SnO-ZnO-P2O5(简称SZP)玻璃体系和碱硼硅酸盐玻璃体系为基础玻璃系统,以化学稳定性、热膨胀系数和转变温度Tg、软化温度Tf为性能表征,开展如下研究。
首先在SnO-ZnO-P2O5玻璃体系中,依据玻璃形成区域研究了P2O5、SnO、ZnO对SZP玻璃体系化学稳定性、热膨胀系数、转变温度Tg、软化温度Tf的影响。研究表明,随着P2O5含量的增加,其化学稳定性变差,热膨胀系数增大,而Tg、Tf温度并没有多大的改变;固定P2O5含量(30mol%)研究了SnO、ZnO含量的变化对热膨胀系数的影响,SnO含量的增加使SZP玻璃网络结构逐步向聚磷酸盐链状结构转变,因而提高SnO含量使得SZP玻璃热膨胀系数增大,而ZnO含量的增加使得聚磷酸盐长链缩短,引起SZP玻璃的热膨胀系数降低;研究了n(SnO)/n(ZnO)在0.5~6的范围内对玻璃Tg、Tf的影响,结果表明随着其比值的增大,SZP玻璃的Tg、Tf都逐渐降低,且温度范围在300~400℃内。本实验认为n(SnO)/n(ZnO)=1~3较合适,综合SZP玻璃的Tg~Tf范围来看,比较适合中低温玻璃的封接。在SZP玻璃中添加Al2O3、B2O3,使其在酸、碱性的失重均降到了1wt%以下,化学稳定性大大提高,而热膨胀系数、Tg、Tf相对于未加Al2O3、B2O3前也有不同程度的降低。其中以n(Al2O3)/n(B2O3)=1∶3时SZP玻璃的各方面性能较为良好。
其次研究了适应日用玻璃方面的硼硅酸盐玻璃,以典型的含铅玻璃为参考依据,经过实验获得了软化温度在520℃左右、热膨胀系数在8.36×10-6/℃的B5号碱硼硅酸盐玻璃。此时硼硅酸盐玻璃化学稳定性不太理想(酸性失重比为8.44wt%),所以加入了0~6mol%Bi2O3。研究表明引入适量的Bi2O3使硼硅酸盐玻璃的化学稳定性得到提高(酸性失重降到了1.20wt%),热膨胀系数达到7.29×10-6/K,软化温度降到510℃左右。在B5号配方中通过添加了1~7mol%的Li2O使碱硼硅玻璃的软化温度从最初的521℃降到474℃。并在此基础上引入0~2.6mol%Al2O3,使硼硅酸盐玻璃在无Bi2O3的基础上获得酸性失重比在3.02wt%、热膨胀系数在8.78×10-6/℃,软化温度在488℃的B15号玻璃。根据碱金属氧化物的“混合碱效应”理论,通过调节R2O/(Li2O+R2O)(其中R=Na、K)比值的大小,实现了对硼硅酸盐玻璃的化学稳定性、热膨胀系数的调节,并获得了酸性失重比在0.94wt%、热膨胀系数在7.91×10-6/℃、软化温度在482℃各方面性能良好的B23号硼硅酸盐玻璃从而达到了本论文研究的要求。