鋁硅酸鹽玻璃黏度、析晶及物理性能的研究

0引言鋁硅酸鹽玻璃作為新型電子顯示玻璃，具有高應(yīng)變點(diǎn)、高軟化點(diǎn)，良好的耐化學(xué)侵蝕與熱穩(wěn)定性，也因其硬度高、耐刮擦性能良好而廣泛應(yīng)用于蓋板保護(hù)玻璃。產(chǎn)品的性能主要由其組成決定，在進(jìn)行玻璃料方設(shè)計(jì)時(shí)，玻璃中各組分對(duì)于玻璃性能的作用方向與作用程度則為最基礎(chǔ)、也是最重要的基礎(chǔ)研究。本文分別用B2O3、K2O、P2O5等量替代Na2O，研究其含量變化對(duì)鋁硅酸鹽玻璃黏度、析晶性能及物理性能（包含退火點(diǎn)、軟化點(diǎn)、應(yīng)變點(diǎn)及熱膨脹系數(shù)）的影響。1實(shí)驗(yàn)（1）化學(xué)組成設(shè)計(jì)與制備本實(shí)驗(yàn)所用原料均以分析純?cè)噭┑男问揭耄瑸橄鄳?yīng)的氧化物或?qū)?yīng)的酸及碳酸鹽；所設(shè)計(jì)的鋁硅酸鹽玻璃的化學(xué)組成如表1所示。在空白對(duì)比組（1#）的基礎(chǔ)上，以B2O3、K2O、P2O5分別等量替代1%Na2O（2#～3#），研究其含量變化對(duì)鋁硅酸鹽玻璃黏度、析晶性能及物理性能（包含退火點(diǎn)、軟化點(diǎn)、應(yīng)變點(diǎn)及熱膨脹系數(shù)）的影響。

將表1所列鋁硅酸鹽玻璃的化學(xué)組成轉(zhuǎn)化成玻璃配合料，稱重并混合均勻后加到鉑金坩堝中，然后將裝有玻璃配合料的鉑金坩堝置于高溫馬弗爐中進(jìn)行熔制；待玻璃配合料熔化成均質(zhì)的玻璃熔體后，將其在1500～1650℃溫度下迅速取出并倒入預(yù)熱好的耐熱模具中澆注成型，然后將固化后的玻璃塊放入退火爐中退火。2結(jié)果與討論（1）等量替代1%Na2O對(duì)玻璃黏度的影響將1#～4#玻璃樣品進(jìn)行高溫黏度測(cè)試，測(cè)試溫度范圍1150～1600℃，將各樣品黏度測(cè)試數(shù)據(jù)作圖進(jìn)行對(duì)比分析，其黏度—溫度曲線如圖1所示。圖1各料方的黏度—溫度曲線由圖1可以看出：Na2O分別被B2O3、K2O、P2O5等量替代后，各玻璃高溫黏度基本變化不大，但低溫黏度有所差異。（2）等量替代1%Na2O對(duì)玻璃物理性能的影響表2列舉了各化學(xué)組成玻璃的物理性能。表2各料方物理溫度玻璃的退火點(diǎn)、軟化點(diǎn)、應(yīng)變點(diǎn)的高低取決于玻璃中各鍵的鍵能的大小和玻璃網(wǎng)絡(luò)的致密程度。對(duì)比表2中數(shù)據(jù)可以看出，與1#各物理性能相比，用B2O3、K2O分別等量替代1%Na2O后，Na2O含量的降低使得玻璃斷鍵能力減弱，因此玻璃的退火點(diǎn)、軟化點(diǎn)、應(yīng)變點(diǎn)稍有降低，而K2O給出游離氧的能力較Na2O大，適量補(bǔ)償了Na2O因含量降低而引起的斷鍵能力減弱問題，綜合作用使得玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，熱膨脹系數(shù)增大。對(duì)比1#、4#數(shù)據(jù)可知，以P2O5等量替代Na2O后，玻璃的熱膨脹系數(shù)減小，退火點(diǎn)、軟化點(diǎn)和應(yīng)變點(diǎn)均有所增大，此結(jié)果與其對(duì)黏度的影響相一致，即以P2O5等量替代Na2O后，玻璃整體表現(xiàn)為黏度增大。（3）等量替代1%Na2O對(duì)玻璃析晶性能的影響析晶性能對(duì)于蓋板玻璃量產(chǎn)來說，是關(guān)鍵評(píng)估參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，必須控制玻璃的析晶性能，保證玻璃的析晶上限溫度與生產(chǎn)成型溫度有足夠的溫差，以避免因玻璃析晶而引起的產(chǎn)品品質(zhì)不良及生產(chǎn)異常、中斷等問題。各料方的特征溫度如表3所示。表3各料方的特征溫度從表3可以看出：相較于1#，用B2O3等量替代Na2O后，玻璃的成型溫度變化稍有增大，但玻璃的析晶上限溫度提高了約24℃，即縮小了玻璃成型溫度與析晶上限溫度的溫差，增大了玻璃的析晶趨勢(shì)；用K2O等量替代Na2O后，玻璃的成型溫度基本不變，玻璃的析晶上限溫度降低了約15℃；用P2O5等量替代Na2O后，玻璃的成型溫度提高了約35℃、析晶上限溫度提高了19℃，即適量增加K2O、P2O5含量有利于增加玻璃成型溫度與析晶上限溫度的溫差，有利于控制玻璃的析晶性能滿足生產(chǎn)需求。3結(jié)論Na2O分別被B2O3、K2O、P2O5等量替代后，對(duì)各樣塊黏溫、析晶及物理性能的影響：（1）等量替代后，各料方高溫黏度變化不大，但低溫黏度差異性較大，其中P2O5對(duì)增加低溫黏度的作用最為明顯；各料方的膨脹系數(shù)雖有變化，但變化量不大，約為3×10-7/℃；（2）被B2O3、K2O等量替代后，玻璃的退火點(diǎn)、軟化點(diǎn)、應(yīng)變點(diǎn)均稍有降低，降幅約10℃；被P2O5等量替代后，玻璃的退火點(diǎn)、軟化點(diǎn)和應(yīng)變點(diǎn)均稍有增大，增幅約20℃；（3）被B2O3等量替代后，玻璃成型溫度變化不大，但析晶上限溫度增加，即玻璃成型溫度與析晶上限溫度的溫差減小，增大了玻璃生產(chǎn)時(shí)的析晶趨勢(shì)；（4）被K2O等量替代后，玻璃成型溫度基本不變，但析晶上限溫度降低，即玻璃成型溫度與析晶上限溫度的溫差增大，有利