摻雜對R2O-CaO-SiO2系統(tǒng)晶質(zhì)玻璃結(jié)構(gòu)及折射率的影響.pdf

1、晶質(zhì)玻璃又稱為水晶玻璃，具有較高的折射率和透過率，外觀光潔晶瑩、有金屬質(zhì)感，并且化學(xué)穩(wěn)定性可靠和可重復(fù)使用性好。因而它被廣泛用于制作工藝品、餐飲茶具和作為包裝材料。常見的晶質(zhì)玻璃均是指廣義的晶質(zhì)玻璃，即鉛晶質(zhì)玻璃。但隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和各國對鉛含量控制的相關(guān)法規(guī)的頒發(fā)，PbO逐漸被禁止使用，因此對無鉛晶質(zhì)玻璃折射率等方面的研究也迫在眉睫，尋找能夠替代PbO的玻璃組分是關(guān)鍵。
　　 本實(shí)驗(yàn)選擇制備工藝成熟的R2O-CaO-Si

2、O2系統(tǒng)晶質(zhì)玻璃，進(jìn)行摻雜對玻璃結(jié)構(gòu)與性能的研究?；A(chǔ)組成為：SiO261.8～67.8mol％、Na2O4.3～10.3mol％、K2O2.7～8.7mol％、CaO5.3～11.3mol％、BaO1.66～7.66mol％、ZnO4.68mol％、TiO21.6～7.6mol％。選擇Bi2O3、SnO2、Nb2O5及稀土CeO2、La2O3五種氧化物。實(shí)驗(yàn)制備了各氧化物單摻含量為0.01～0.05mol的無鉛RCS系晶質(zhì)玻璃。利用R

3、aman、FT-IR、V棱角折射儀、分光光度計(jì)等測試方法和儀器，來研究摻雜氧化物對玻璃結(jié)構(gòu)及折射率、密度、透過率、化學(xué)穩(wěn)定性的影響。通過以上的研究得出以下成果：
　　 Bi2O3摻量≤0.05mol時(shí)，Bi2O3未參與形成玻璃網(wǎng)絡(luò)骨架，為網(wǎng)絡(luò)外體氧化物具有提供非橋氧及斷網(wǎng)作用。Bi2O3摻量的增大可明顯提高玻璃密度及折射率，Bi2O3=0.05mol時(shí)，dmax=3.6262g/cm3，nDmax=1.6454達(dá)鉛晶質(zhì)玻璃水平，

4、為提高玻璃折射率的高效組分。在可見光380～760nm的透過率整體比未摻雜玻璃要弱，透過率大致呈下降趨勢。玻璃的耐水性先減小后增大，Bi2O3的摻入降低了玻璃的耐酸、耐堿性能。
　　 0.01mol≤SnO2含量≤0.03mol時(shí)，SnO2的加入使網(wǎng)絡(luò)連接程度加強(qiáng)，Sn4+處于網(wǎng)絡(luò)骨架的空隙中；當(dāng)0.03mol≤SnO2含量≤0.05mol時(shí)，SnO2增大使硅氧網(wǎng)絡(luò)骨架連接減弱，玻璃中非橋氧變多。隨著SnO2增加，密度及折射率均

5、逐漸增大，但比相同摩爾的Bi2O3對nD的提高程度小。SnO2為0.05mol時(shí)，dmax=3.0179g/cm3，nDmax=1.6092。在380～2000nm波段，透過率在80.8％～91.5％。耐水性、耐酸性及耐堿性能均是先增大后減小的變化趨勢，在0.03mol時(shí)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性較好。玻璃在水、酸、堿溶液中的質(zhì)量損失比較：堿>酸>水。綜合各方面來看SnO2摻量為0.03mol為該組的較佳組分。
　　 當(dāng)Nb2O5含量≤0

6、.05mol時(shí)，Nb2O5的加入減少玻璃中的非橋氧數(shù)目，使玻璃的網(wǎng)絡(luò)連接程度加強(qiáng)，具有聚集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用。Nb2O5含量增加，玻璃d及nD均逐漸增大，摻量為0.05mol時(shí)玻璃nDmax為1.6264，dmax為3.0179g/cm3。近紫外區(qū)域透過率很低，在380～2000nm波段，透過率在88～91.5％之間。耐堿性能是逐漸提高的，Nb2O5是提高化學(xué)穩(wěn)定性的高效組分。綜合考慮摻量為0.05mol為該組玻璃的較佳組分。
　　

7、 CeO2摻量在一定摻量范圍內(nèi)可以使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接程度變大，結(jié)構(gòu)變緊密，但超過一定范圍會(huì)起到反作用，其半徑比較小可以填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙中，起網(wǎng)絡(luò)修飾體作用。玻璃d及nD均是隨CeO2摻量增大而增大，dmax為3.0258g.cm-3，nDmax為1.6087。在380～2000nm波段，透過率在82％左右。在摻量為0.04mol的玻璃耐水性最好；耐酸性先減后增，耐堿性逐漸增大，在摻量為0.05mol時(shí)耐酸堿性能都最好，CeO2具有一定

8、的提高化穩(wěn)性的能力。
　　 當(dāng)La2O3含量≤0.05mol時(shí)，La2O3的加入使玻璃網(wǎng)絡(luò)Si-O-Si、Ti-O-Si連接強(qiáng)度變?nèi)?，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變松弛，為網(wǎng)絡(luò)修飾體氧化物。La2O3增大，玻璃的d及nD也均增大，dmax為3.1667g.cm-3，nDmax為1.6164，達(dá)含鉛24％的晶質(zhì)玻璃折射率要求。在380～2000nm波段，透過率在88～91％范圍，La2O3在含量稍高時(shí)對透過率有益。玻璃的耐水性能先增大后減小，玻璃的