Na_2O对铁硼磷酸盐玻璃结构和性能的影响

Na_(2)O对锂铝硅微晶玻璃析晶及性能的影响郑伟宏;王启东;高子鹏;张浩;袁坚;田培静【期刊名称】《硅酸盐通报》【年(卷),期】2024(43)4【摘要】采用熔融法制备了不同Na_(2)O含量的透明锂铝硅微晶玻璃,通过DSC、XRD、FESEM等测试方法研究了不同Na_(2)O含量对玻璃析晶及性能的影响。

结果表明:Na_(2)O的引入能显著降低玻璃的转变温度和析晶温度,抑制LiAlSi_(4)O_(10)晶相的析出。

但Na_(2)O的引入促使微晶玻璃中析出Li_(2)Si_(2)O_(5)新相,并且随着Na_(2)O引入量的增加,Li_(2)Si_(2)O_(5)转变为主晶相。

由于晶体尺寸均为纳米级,主晶相的转变对透过率影响较小,微晶玻璃的可见光透过率均高于85%。

主晶相的转变有效增强了微晶玻璃的机械性能,其弯曲强度由300 MPa提升至331 MPa。

Na_(2)O的引入有效增强了Na-K交换,Na_(2)O含量为4%(质量分数)的Li 2O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)微晶玻璃在410℃的KNO_(3)熔盐中交换6 h后,维氏硬度由7.108 GPa提升至7.403 GPa,弯曲强度由331 MPa提升至470 MPa。

【总页数】7页(P1301-1307)【作者】郑伟宏;王启东;高子鹏;张浩;袁坚;田培静【作者单位】武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TQ171【相关文献】1.锂铝硅系透明微晶玻璃析晶动力学和热处理工艺研究2.锂铝硅微晶玻璃组成调整对黏度与析晶的影响3.晶核剂及热处理对锂铝硅系微晶玻璃晶化和性能的影响4.晶化温度对零膨胀锂铝硅微晶玻璃性能的影响5.氧化锆含量对锂铝硅微晶玻璃析晶及理化性能的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

添加Li2O对ZnO-BaO-B2O3-SiO2系统玻璃结构与性能的研究霍鹏丞;王志强;张晶晶;付玉;赵辉【摘要】采用熔融冷却法制备了添加Li2O的ZnO-BaO-B2O3-SiO2体系玻璃.采用FT-IR、DTA对添加了Li2O的ZnO-BaO-B2O3-SiO2系统玻璃的结构和析晶性能进行了研究,并测试了玻璃的转变温度和热膨胀系数、显微硬度和化学稳定性等性能.结果表明,少量的Li2O对该系统玻璃结构和析晶性能没有显著影响;当Li2O 质量分数为1.5％,玻璃的均化程度高、玻璃性能好、化学稳定性达到最好.随着Li2O含量的增加,热膨胀系数呈先减小后增大的趋势,在Li2O质量分数为1.0％时出现最小值.【期刊名称】《玻璃》【年(卷),期】2018(045)002【总页数】5页(P11-15)【关键词】膨胀系数;化学稳定性;Li2O【作者】霍鹏丞;王志强;张晶晶;付玉;赵辉【作者单位】大连工业大学纺织材料工程学院大连市116034;大连工业大学纺织材料工程学院大连市116034;大连工业大学纺织材料工程学院大连市116034;大连工业大学纺织材料工程学院大连市116034;大连工业大学纺织材料工程学院大连市116034【正文语种】中文【中图分类】TQ171.730 引言常见的钒酸盐系统玻璃［1］、磷酸盐系统玻璃、铋酸盐系统玻璃［2］及硼、硅酸盐系统玻璃均可作为封接玻璃，但各个系统玻璃因存在缺陷而影响其正常使用，如钒酸盐系统玻璃和铋酸盐系统玻璃的原料匮乏及生产成本高、磷酸盐玻璃的耐水性差等缺陷。

硼硅酸盐系统玻璃［3～5］就弥补了这些缺陷，因其原料充足而降低采购原料的成本，且化学稳定性优势比磷酸盐玻璃突出［6～8］。

本文采用在BaO-ZnO-B2O 3 - SiO2系统玻璃的基础上添加少量的Li2 O，制备不同Li2 O含量的玻璃样品，并采用红外光谱分析（FT-IR）［9-10］、差热分析（DTA）、热膨胀系数等研究了Li2 O含量变化对该系统玻璃结构和性能的影响，确定玻璃各性能的变化规律，拓展其研究及应用的领域。

第41卷第1期2022年1月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol.41㊀No.1January,2022 Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的结构和析晶性能研究王明忠1,刘红刚2,钟㊀波1,许银生3,李继忠3,陆㊀平3(1.咸宁南玻光电玻璃有限公司,咸宁㊀437100;2.清远南玻节能新材料有限公司,清远㊀511508;3.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉㊀430070)摘要:采用熔融-淬冷法制备了不同(Al2O3+P2O5)含量的碱铝硅酸盐玻璃,通过拉曼光谱㊁X射线衍射光谱㊁扫描电镜研究了其结构特征和析晶性能㊂发现随着(Al2O3+P2O5)含量减少,玻璃中Na2O含量增加,玻璃化转变温度从685ħ降低到622ħ,当减少至摩尔分数为22%时,出现析晶峰且起始析晶温度降低㊂拉曼光谱表明Q4P对应的拉曼峰强度变低且逐渐向低波数方向移动,说明Na2O作为网络修饰体使硅酸盐玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强㊂结果表明:当(Al2O3+P2O5)摩尔分数为22%时热处理后的样品存在晶型转变,700ħ热处理时以NaAlSiO4霞石晶体为主,900ħ时转变为以Na6.8Al6.3Si9.7O32霞石晶体为主㊂当(Al2O3+P2O5)的摩尔分数为21%和20%时,热处理后的样品能稳定析出Na3PO4和Na6.8Al6.3Si9.7O32晶体㊂热处理后的样品析出了耐酸侵蚀性较差的富磷相和Na3PO4晶体,导致化学稳定性变差㊂关键词:Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃;微晶玻璃;铝硅酸盐玻璃;盖板玻璃;析晶;熔融-淬冷法;霞石中图分类号:TQ171㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1625(2022)01-0295-07 Structure and Crystallization Behavior of Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5GlassesWANG Mingzhong1,LIU Honggang2,ZHONG Bo1,XU Yinsheng3,LI Jizhong3,LU Ping3(1.Xianning CSG Photovoltaic Glass Co.,Ltd.,Xianning437100,China;2.Qingyuan CSG Energy Saving New Material Co.,Ltd.,Qingyuan511508,China;3.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures,Wuhan University of Technology,Wuhan430070,China) Abstract:Alkali-aluminosilicate glasses with different(Al2O3+P2O5)concentrations were prepared by the melting-quenching method,and their structural characteristics and crystallization behavior were studied by Raman spectroscopy,X-ray diffraction spectroscopy,and scanning electron microscopy.It is found that as the concentration of(Al2O3+P2O5) decreases,the concentration of Na2O increases,resulting in the glass transition temperature decreases from685ħto 622ħ.When the(Al2O3+P2O5)concentration decreases to22%(mole fraction),a crystallization peak appears and the onset crystallization temperature gradually decreases.The intensity of the Raman vibration band corresponding to Q4P becomes lower and gradually shifts towards low frequency,indicating that the Na2O as a network modifier gradually depolymerizes the structure of silicate glass and enhances the crystallization ability of the glass.The results show that there is a crystalline transformation after heat treatment when the concentration of(Al2O3+P2O5)is22%(mole fraction).The main precipitation crystals are NaAlSiO4nepheline at700ħfor2h while it transforms to Na6.8Al6.3Si9.7O32nepheline crystals at900ħfor2h.When the concentration of(Al2O3+P2O5)is21%and20%(mole fraction),Na3PO4and Na6.8Al6.3Si9.7O32crystals are precipitated after heat treatment.After heat treatment,phosphorus-rich phase and Na3PO4 crystals with poor acid corrosion resistance are precipitated,resulting in poor chemical stability.Key words:Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5glass;glass-ceramics;aluminosilicate glass;cover glass;crystallization;melting-quenching method;nepheline收稿日期:2021-06-16;修订日期:2021-11-10基金项目:国家自然科学基金(61975156);咸宁南玻光电玻璃有限公司高强度纳米微晶玻璃核心技术开发及产业化(XNGDJS20210820001)作者简介:王明忠(1973 ),男,高工㊂主要从事微晶玻璃的研究㊂E-mail:wangmz@通信作者:陆㊀平,博士,副研究员㊂E-mail:lupingwh@296㊀玻㊀璃硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷0㊀引㊀言透明微晶玻璃因其优异的机械性能㊁良好的化学稳定性㊁高透光性,以及无电磁屏蔽效应,成为盖板玻璃的首选材料㊂在众多铝硅酸盐微晶玻璃体系中,Na2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃具有良好的机械性能和抗冲击能力,在高危放射物处理㊁微波炉和牙科材料中得到了广泛研究㊂该体系中,钠霞石晶体形成的区域为SiO2摩尔分数约43%~62%,Al2O3约10%~25%,Na2O约20%~40%[1],在热处理过程中,晶核形成后会迅速长大,导致晶粒尺寸过大和晶粒大小不均匀,很难通过控制析晶工艺制备透明㊁稳定的微晶玻璃,且霞石晶体的过度生长不仅会影响光学性能,还会严重破坏母体玻璃网络结构,降低微晶玻璃的化学稳定性,为实际应用带来很多困难[2]㊂霞石晶体有三种晶型,低温的三斜霞石(正交晶型)㊁高温的三斜霞石(立方晶型)㊁霞石(六方晶型)[3],为了控制霞石晶体的尺寸,合适的析晶温度和引入晶核剂是控制晶化过程中晶体过度生长的主要方法[4-6]㊂何峰等[6]研究了析晶温度对Li2O-Al2O3-SiO2玻璃热膨胀系数的影响,成功制备了超低膨胀系数的微晶玻璃[6]㊂Mcmillan[7]发现在Li2O-Al2O3-SiO2体系中引入P2O5作为晶核剂时,即使很低浓度的P2O5都可以引起相分离并提供足量的晶核改善析晶过程㊂Morimoto[8]研究表明,在Na2O-x(Al2O3+P2O5)-SiO2体系中,当(Al2O3+P2O5)摩尔分数ȡ20%时,会发生分相形成连续的Al2O3-P2O5-SiO2相,当(Al2O3+P2O5)摩尔分数ȡ40%时,会析出磷石英型AlPO4晶体,和Jęczmionek等[9]的报道一致,当P2O5含量过高时会析出大量的磷酸盐晶相,这种磷酸盐晶体会降低玻璃的化学稳定性㊂因而,在Na2O-Al2O3-SiO2玻璃体系的霞石形成区域中通过调整(Al2O3+P2O5)摩尔分数,特别是控制P2O5的浓度和析晶温度,有望可控析出钠霞石微晶㊂本文采用熔融-淬冷法制备Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃样品,通过调整Al2O3和P2O5的含量,在不同热处理温度下采用一步热处理方法制备了一系列微晶玻璃,通过差热曲线㊁X射线衍射光谱㊁拉曼光谱㊁扫描电镜等对玻璃的热性能㊁结构和微观形貌进行了表征,分析了霞石微晶玻璃的结构变化与析晶性能,研究了组成变化对玻璃结构和析晶性能的影响㊂1㊀实㊀验1.1㊀玻璃制备以Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5体系为研究对象,采用熔融-淬冷法制备了碱铝硅酸盐玻璃,其摩尔组成如表1所示,其中n(SiO2)/n(Na2O)=2,n(Al2O3)/n(P2O5)=7.33,n(Al2O3)+n(P2O5)=x,样品依次命名为G1~G5㊂根据设计的玻璃化学组成,按照原料配比进行称料,经玛瑙研钵充分研磨后,置入铂铑合金坩埚在1620ħ高温下熔制4h㊂为减少原料挥发,熔制时使用铂金坩埚盖盖住坩埚㊂利用平板淬冷法首先制备淬冷样品,将淬冷后样品碎裂成不同尺寸,选取尺寸较大的碎裂样直接进行热处理,结合差热曲线确定热处理温度,在600~900ħ范围内以50ħ为梯度,分别热处理2h,确定热处理过程中的物相演变㊂表1㊀玻璃样品设计组成Table1㊀Composition of glass sampleSample Mole fraction/%x Al2O3P2O5Na2O SiO2 G12421.12 2.8825.3350.67G22320.24 2.7625.6751.33G32219.36 2.6426.0052.00G42118.48 2.5226.3352.67G52017.60 2.4026.6753.331.2㊀性能表征采用德国耐驰STA449F3综合热分析仪测试样品的差热曲线,升温速率为10ħ/min,测试范围为40~ 1000ħ,保护气氛为氩气,所有样品均采用铂金坩埚进行测试㊂用玛瑙研钵研磨筛分选取样品0.80~0.85mm 的颗粒,称取10mg进行测试㊂第1期王明忠等:Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的结构和析晶性能研究297㊀通过激光共聚焦显微拉曼光谱仪测试淬冷玻璃样品的微观结构信息㊂选用532nm的激光器,测试范围为200~1300cm-1,测试样品采用粉末样品㊂采用德国布鲁克公司的X射线衍射仪表征样品的物相演变过程,2θ角的测试范围为5ʎ~80ʎ,步长为0.02ʎ,扫描速度为10(ʎ)/min,加速电压为40kV,测试电流为40mA,X射线源为Cu Kα,采用表面抛光的块状样品进行测试㊂通过日立S-4800场发射扫描电镜表征样品的断面形貌㊂样品先超声15min除去表面的杂质,超声结束之后(将样品表面的水分用无尘纸擦拭干净)进行侵蚀(即在体积分数为2%的HNO3溶液中浸泡25s),侵蚀完毕之后,进行二次超声清洗㊂样品测试前,喷铂金40s,提高样品的导电性㊂2㊀结果与讨论2.1㊀热性能分析图1为直接淬冷玻璃样品的DSC曲线,各玻璃样品的特征温度点已标于图中,具体数值见表2㊂随着(Al2O3+P2O5)总含量减少,Na2O含量逐渐增加,玻璃的玻璃化转变温度T g从685ħ降低到622ħ㊂G1和G2样品无析晶峰,G3㊁G4和G5这3个样品分别出现2个析晶峰,对应的起始析晶温度T c和析晶峰温度T p 逐渐降低,ΔT(T c-T g)从G3样品的150ħ降低到131ħ,说明玻璃的析晶能力逐渐增强㊂其中,差热曲线上2个析晶峰说明主要有2种晶相的生成㊂表2㊀淬冷玻璃样品的特征温度Table2㊀Characteristic temperature of each component quenched glass sample/ħSample T gʃ2T cʃ2T p1ʃ2T p2ʃ2G1685G2670G3649779795886G4633763774821G5622753772818图1㊀淬冷玻璃样品的DSC曲线Fig.2㊀XRD patterns of quenched glass samples Fig.1㊀DSC curves of quenched glass samples图2㊀淬冷玻璃样品的XRD谱2.2㊀物相分析图2为淬冷玻璃样品的XRD谱,所有样品在15ʎ~35ʎ之间均呈现宽泛的馒头峰,说明淬冷玻璃样品均为非晶态,未发生析晶㊂从样品外观来看,也呈现一般玻璃所具有的透明特征㊂2.3㊀拉曼光谱分析图3为淬冷玻璃样品的Raman光谱,由于不同拉曼峰之间存在位置重叠,为了便于后续分析,将Raman 光谱进行归一化处理并进行图谱的高斯分峰拟合,结合相关文献,将Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5系玻璃常见的拉曼光谱特征振动总结在表3中㊂拉曼光谱中,576cm-1㊁497cm-1㊁472cm-1的振动和SiO2玻璃的振动相关,归属于由TO4(T=Si㊁Al)四面体组成的三元环㊁四元环㊁六元环中T O T键的混合伸缩振动㊂位于298㊀玻㊀璃硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷图3㊀淬冷玻璃样品的Raman 光谱及高斯分峰拟合曲线Fig.3㊀Raman spectra and corresponding deconvolution curves by Gaussian fitting of quenched glass samples 576cm -1的D2振动带,表明存在三元环;位于497cm -1的D1振动带,表明存在四元环;472cm -1以及低频区的拖尾,可能与三维排布的TO 4四面体组成的五元环或六元环甚至更高数量的多元环中的O 原子伸缩有关[10-11]㊂结合图3和表3可知,931~942cm -1之间的峰是由PO 3-4对称伸缩振动引起的,981~984cm -1之间的峰是由P 2O 5-7不对称伸缩振动引起的㊂随着样品中Al 2O 3和P 2O 5的总量不断减少,玻璃中Na 2O 含量的不断增加,PO 3-4对称伸缩振动和P 2O 5-7不对称伸缩振动的键的数量不断增加,这可能是由于产生的富磷相分相逐渐增加㊂在(Al 2O 3+P 2O 5)不断被(Na 2O +SiO 2)替代的过程中,Na 2O 作为网络修饰体扮演了越来越重要的角色㊂与硅酸盐结构相关的拉曼特征峰发生了很大变化,Q 4P 逐渐向低波数方向移动,G5样品的Q 4P 几乎消失,这表明硅酸盐结构的聚合度降低,这与已报道的Na 2O-SiO 2系玻璃的研究中,硅酸盐结构的聚合度随着Na 2O 含量的增多而减小的结论吻合㊂根据拉曼光谱可以推测,随着(Al 2O 3+P 2O 5)总量减少,原本作为电价平衡体的Na +被释放,以游离氧的形式存在于网络结构中,充当了网络修饰体的角色,使得原来聚合的玻璃网络结构遭到破坏㊂在此过程中,玻璃的析晶能力逐渐增强,被释放的Na +使PO 3-4四面体保持电价平衡[12]㊂表3㊀Na 2O-Al 2O 3-SiO 2-P 2O 5系统玻璃常见的拉曼光谱特征振动Table 3㊀Common Raman spectrum characteristic vibrations of Na 2O-Al 2O 3-SiO 2-P 2O 5glassesRaman shift /cm -1Corresponding characteristic vibration References 454~472Stretching-bending vibrations of T O T in five-or six-membered rings [2,9-10,13]497~502T O T vibrations in four-membered rings (D1band)[9]573~579T O T breathing vibrations in three-membered rings (D2band)[9,14]600~850T O T bending modes or motion of Si atoms;T O stretching vibrations involving oxygen motions in the T O T plane [9]931~942PO 3-4symmetrical stretching vibration [11]962~967Si O stretching vibration of Q 2P unit [10,15]981~984Asymmetric stretching vibration of P 2O 5-7[11]1008~1026Si O stretching vibration of Q 3P unit [10,15]1113~1127Si O stretching vibration of Q 4P unit [10,15]㊀㊀Note:Q n P (n =1,2,3,4)represents phosphate complexes with different number of bridging oxygen in TO 4unit groups.2.4㊀热处理样品的XRD 分析图4(a)为各样品在800ħ等温热处理的XRD 对比,从图中可以看出,G1和G2两个样品的析晶能力较差,经800ħ㊁2h 热处理之后,G1样品仍呈现宽泛的馒头峰,G2样品在21ʎ和35ʎ出现两个较弱的析晶峰,对应NaAlSiO 4霞石晶体析出㊂G3样品出现的析晶峰仍以NaAlSiO 4晶体为主㊂G4和G5两个样品的析晶能力较强,经800ħ㊁2h 热处理之后,稳定析出了Na 3PO 4和Na 6.8Al 6.3Si 9.7O 32晶体㊂图4(b)为G3样品在不同温度下热处理的XRD 对比㊂G3样品经过650ħ㊁2h 热处理之后没有析晶峰出现,升高热处理温度到700ħ之后有尖锐的NaAlSiO 4析晶峰出现㊂随着热处理温度的升高有Na 3PO 4和Na 6.8Al 6.3Si 9.7O 32析晶峰出现,并且NaAlSiO 4析晶峰逐渐减弱,而Na 6.8Al 6.3Si 9.7O 32的析晶峰逐渐增强㊂G3样品作为中间组分样品,经过700ħ热处理之后直接析出NaAlSiO 4晶体,热处理温度升高之后逐渐过渡到以析出Na 6.8Al 6.3Si 9.7O 32晶体为主,这与霞石析晶过程中存在晶型转变的结论一致[15-16]㊂通过谢乐公式,可以估算出G3样品中NaAlSiO 4晶体尺寸为41~53nm,Na 6.8Al 6.3Si 9.7O 32的尺寸为40~43nm㊂但在G4和G5样品热处理后并未观察到NaAlSiO 4晶体,如图4(c)和图4(d)所示,在700ħ热处理之后直接析出Na 6.8Al 6.3Si 9.7O 32晶体,G4微晶玻璃第1期王明忠等:Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的结构和析晶性能研究299㊀中晶体尺寸为47~53nm,G5微晶玻璃中晶体尺寸为50~54nm㊂图4㊀微晶玻璃样品的XRD谱Fig.4㊀XRD patterns of glass-ceramics samples㊀㊀结合差热分析结果,G1和G2玻璃比较稳定,DSC曲线上未观察到析晶峰,热处理也较难析出晶体㊂随着(Al2O3+P2O5)总量减少,Na2O含量增加,玻璃的析晶能力逐渐加强,主要析出Na3PO4晶体和NaAlSiO4 (或Na6.8Al6.3Si9.7O32)霞石晶体2种晶相,和差热曲线上2个析晶峰对应㊂此外,随着(Al2O3+P2O5)含量降低,特别是Al2O3含量的降低,减少了POAl络合物出现的概率,有助于P2O5作为晶核剂分散在玻璃网络中,使得玻璃的析晶能力逐渐加强[17-18]㊂2.5㊀热处理样品的SEM分析图5为G3玻璃在不同温度下热处理2h后经酸侵蚀后的微观形貌,图5(a)中出现了密集的小颗粒,结合图4(b)的XRD结果可知,这主要与玻璃的分相有关㊂图5(b)中出现了明显的侵蚀形貌,这是由于热处理温度升高到700ħ之后,析出了NaAlSiO4霞石晶体,导致玻璃的局部稳定性降低,因而出现了小面积的侵蚀形貌㊂这表明微晶玻璃中局部存在不耐侵蚀的富磷玻璃相,受到酸侵蚀后易被侵蚀掉或者以小颗粒形式掉落到侵蚀溶液中㊂随着热处理温度升高至800ħ,NaAlSiO4㊁Na3PO4和Na6.8Al6.3Si9.7O32三种晶体同时析出,在图5(c)中可以观察到,受到侵蚀的不规则区域逐步扩大㊂样品经过900ħ热处理之后,图5(d)中微晶玻璃的原始形貌已经完全被侵蚀㊂结合XRD数据分析,由于热处理过程中会形成富磷分相区[19-20],耐酸侵蚀性较差的富磷玻璃相及析出的Na3PO4晶粒会被侵蚀掉或掉落到侵蚀溶液中㊂随着热处理温度的升高,玻璃的析晶程度逐渐加强,带走了大量的网络形成体,使母体玻璃的耐侵蚀性严重下降,因此受到酸侵蚀后仅剩部分残余玻璃相和霞石晶体(见图5(d))㊂300㊀玻㊀璃硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷图5㊀不同温度热处理后样品的SEM照片Fig.5㊀SEM images of samples heat treated at different temperatures3㊀结㊀论(1)随着(Al2O3+P2O5)摩尔分数从24%减少到20%,Na2O含量逐渐增加,玻璃化转变温度从685ħ降低到622ħ㊂当(Al2O3+P2O5)的摩尔分数为24%和23%时,样品的DSC曲线上未观察到析晶峰,说明玻璃具有较好的稳定性;当(Al2O3+P2O5)的摩尔分数为22%㊁21%和20%时,玻璃样品的DSC曲线上均出现2个明显的析晶峰㊂(2)随着(Al2O3+P2O5)含量减少,Na2O作为网络修饰体使硅酸盐玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强,拉曼光谱表明Q4P对应的振动峰逐渐向低波数方向移动,当(Al2O3+P2O5)摩尔分数为20%时,Q4P 振动峰几乎消失㊂此外,随着(Al2O3+P2O5)含量减少,特别是Al2O3含量降低,减少了POAl络合物出现的概率,有助于P2O5作为晶核剂分散在玻璃网络中,使得玻璃的析晶能力逐渐加强,这与差热分析结果相对应㊂(3)(Al2O3+P2O5)摩尔分数为22%的热处理样品存在晶型转变,700ħ热处理时以NaAlSiO4晶体为主,900ħ以Na6.8Al6.3Si9.7O32晶体为主㊂(Al2O3+P2O5)摩尔分数为21%和20%时能稳定析出Na3PO4和Na6.8Al6.3Si9.7O32晶体㊂(4)扫描电镜照片表明热处理温度升高后,耐酸侵蚀性较差的富磷玻璃相及析出的Na3PO4晶粒会被侵蚀掉或掉落到侵蚀溶液中,受酸侵蚀的区域增加,经过900ħ㊁2h热处理的G3样品仅剩残余玻璃相和霞石晶体㊂参考文献[1]㊀MARTÍN M I,ANDREOLA F,BARBIERI L,et al.Crystallisation and microstructure of nepheline-forsterite glass-ceramics[J].CeramicsInternational,2013,39(3):2955-2966.[2]㊀DESHKAR A,GULBITEN O,YOUNGMAN R E,et al.Why does B2O3suppress nepheline(NaAlSiO4)crystallization in sodiumaluminosilicate glasses?[J].Physical Chemistry Chemical 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0引言中性硼硅酸盐药用玻璃因具有优异的化学稳定性和热稳定性，被广泛应用在药品包装领域。

棕色中性药用硼硅酸盐玻璃加入氧化铁和氧化钛作为着色剂，可以有效阻隔紫外线透过药品容器玻璃，防止瓶内药品受到光线照射而变质，从而延长药品保质期。

中性硼硅酸盐玻璃含有较多的氧化硼（B2O3≥8%），氧化硼在玻璃高温熔化过程中很容易挥发，造成实际生成玻璃的氧化硼含量可能与设计值有较大差异，影响玻璃的实际性能；且挥发的氧化硼也会侵蚀玻璃熔窑，造成熔窑使用年限缩短。

氧化硼的化工引入原料可以是硼酸、硼酸酐、零水硼砂、五水硼砂、十水硼砂，本文通过向棕色中性硼硅酸盐玻璃加入不同硼引入物原料，研究其对玻璃硼挥发率、光学性能、高温黏度、线膨胀系数、羟基值等性能的影响。

1实验（1）玻璃组分设计棕色中性硼硅酸盐玻璃，在玻璃组分中加入Fe2O3和TiO2作为着色剂，其他组分元素包括SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、BaO、B2O3，所用的原料分别为石英砂、氧化铝、碳酸钙、氧化镁、纯碱、碳酸钾、碳酸钡及各种硼引入原料，硼引入原料包括硼酸、硼酸酐、零水硼砂、五水硼砂、十水硼砂（除石英砂为矿物原料外，其他原料皆是AR级试剂）。

本文研究不同硼引入原料对棕色中性硼硅酸盐玻璃的影响。

设计五组实验玻璃组分为：（SiO2＋Al2O3）76.6%，Fe2O30.40%，（CaO＋MgO＋BaO）1.65%，（Na2O＋K2O）7.35%，B2O3 10.40%，TiO2 3.80%。

（2）玻璃熔化温度制度按照（1）的玻璃配方进行配料，将混合均匀的250 g玻璃配合料加入到300 mL铂铑合金坩埚内，再将坩埚放进实验高温炉中；高温炉经4 h升温至1650 ℃，保温7 h后，快速将熔融玻璃液倒入浇注模具成型，随后将已固化成型的玻璃移入到已加热至650 ℃的马弗炉中；在马弗炉内保温1 h后断开其电源，样品玻璃随炉冷却退火。

2结果与讨论（1）不同硼引入原料对玻璃硼挥发的影响制备得到的1#～5#玻璃样品实际氧化硼含量测试结果见表1。

玻璃中氧化物的分类
玻璃中氧化物根据其化学成分可以分为以下几类：
1. 硅酸盐玻璃（silicate glass）：是最常见的玻璃类型，由硅（SiO2）和其他金属氧化物组成，如钠（Na2O）、钾
（K2O）、钙（CaO）、铝（Al2O3）等。

硅酸盐玻璃具有良好的化学稳定性和热稳定性，是制造容器、窗户、光纤等广泛应用的材料。

2. 硼酸盐玻璃（borate glass）：由硼酸（B2O3）和金属氧化物组成，常见的是硼酸钠玻璃。

硼酸盐玻璃具有低熔点和低粘度，可以用于制造光学玻璃、放射性废物储存材料等。

3. 磷酸盐玻璃（phosphate glass）：由磷酸（P2O5）和金属氧化物组成，常见的是磷酸盐钠玻璃。

磷酸盐玻璃具有良好的生物相容性和化学稳定性，被广泛应用于医疗领域，如制造人工骨骼和牙科修复材料。

4. 氟酸盐玻璃（fluoride glass）：由氟化物（如氟化锂、氟化锆等）和金属氧化物组成。

氟酸盐玻璃具有较高的透过率和较低的折射率，特别适用于红外光学和激光领域。

此外，还有氮化硅玻璃（silicon nitride glass）、碟状玻璃（borosilicate glass）等玻璃类型，它们的分类与氧化物的成分有关。

1.碱金属氧化物
碱金属氧化物加入到熔融石英玻璃中，促使硅氧四面体间连接断裂，出现非桥氧，使玻璃结构疏松、减弱，导致一系列性能变坏，如热膨胀系数增大，电导和介电损耗、弹性模量、硬度、化学稳定性和黏度等下降。

2.二价金属氧化物作用
第一类：碱土金属氧化物
BeO MgO CaO SrO BaO 其离子周围具有8个电子外层结构，属于惰性气体型结构
第二类：易还原金属氧化物
ZnO CdO PbO 其离子具有18（或18+2）电子外层结构，为非惰性气体型阳离子，其电子云易变形，极化率较大，配位状态不稳定，在还原条件下易还原为金属
3.氧化铝
改善玻璃结构和性能
4.氧化硼
B2O3是实用玻璃中重要组分之一。

它在玻璃中的作用比较特殊，它是玻璃形成氧化物，能单独生成玻璃。

它既能改善玻璃一系列性能，又具有良好的助熔性，这是它的最大特点。

在高温条件下只能以硼氧三角体存在，这是B2O3降低玻璃高温黏度的主要原因。

但在低温时，在一定条件下B3+有夺取游离氧形成硼硅四面体的趋势，使结构趋向紧密，故硼又能提高玻璃的低温黏度。

在使用氧化硼时必须考虑硼的
反常性。

第40卷第3期2021年3月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.40㊀No.3March,2021碱金属氧化物Na 2O 对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响梅㊀涛1,黄启忠1,王绍斌2,潘富强2,冯秀鹏2,李洪雪2(1.中南大学,粉末冶金国家重点实验室,长沙㊀410083;2.珠海市巨海科技有限公司,珠海㊀519110)摘要:通过调整陶瓷结合剂中碱金属氧化物Na 2O 含量,来探究碱金属氧化物Na 2O 对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响㊂当n (Na 2O)/n (SiO 2)=0.1时,磨具试样的强度(57.7MPa)和硬度(117HRB)达到最大值㊂随着碱金属氧化物Na 2O 添加量的增加,结合剂的耐火度随之显著降低,流动性显著增加㊂磨具试样断口SEM 照片表明,适量的碱金属氧化物Na 2O 能够使磨具断面空隙减少,孔隙度降低,结合剂与磨料分布更加均匀,结合剂与磨料结合界面更加紧密㊂XRD 分析表明,磨具试样在720ħ下烧结,结合剂中除了玻璃相还产生了一种晶相,结合剂中碱金属氧化物Na 2O 的含量对烧结后产生的晶相种类无影响㊂关键词:金刚石磨具;碱金属氧化物Na 2O;陶瓷结合剂;抗弯强度;硬度;流动性中图分类号:TB332㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2021)03-0978-06Effect of Alkali Metal Oxide Na 2O on Performance of Vitrified Bond Diamond Abrasive ToolsMEI Tao 1,HUANG Qizhong 1,WANG Shaobin 2,PAN Fuqiang 2,FENG Xiupeng 2,LI Hongxue 2(1.State Key Laboratory of Powder Metallurgy,Central South University,Changsha 410083,China;2.Zhuhai Juhai Technology Co.,Ltd.,Zhuhai 519110,China)Abstract :By adjusting the content of alkali metal oxide Na 2O in the vitrified bond,the effect of alkali metal oxide Na 2O on the performance of the vitrified bond diamond abrasive tool was explored.When n (Na 2O)/n (SiO 2)=0.1,the strength (57.7MPa)and hardness (117HRB)of the abrasive sample are the maximum.With the increase of the alkali metal oxide Na 2O,the refractoriness of the vitrified bond decreases significantly,and the fluidity significant increases.The SEM image of the fracture surface of the abrasive tool sample shows that a proper amount of alkali metal oxide Na 2O reduces the voids and porosity of the abrasive tool section,the distribution of vitrified bond and abrasive material is more uniform,and the bonding interface between vitrified bond and abrasive material is closer.XRD analysis show that the abrasive sample is sintered at 720ħ.In addition to the glass phase,a crystal phase is produced in the bond.The content of alkali metal oxide Na 2O in the bond has no effect on the type of crystal phase produced after sintering.Key words :diamond abrasive tool;alkali metal oxide Na 2O;vitrified bond;bending strength;hardness;fluidity收稿日期:2020-10-22;修订日期:2020-11-16作者简介:梅㊀涛(1995 ),男,硕士研究生㊂主要从事金刚石磨具陶瓷结合剂的研究㊂E-mail:1926727566@通信作者:黄启忠,博士,教授㊂E-mail:qzhuang@0㊀引㊀言精密加工是衡量一个国家制造技术水平高低的重要标志,是现代高技术产业发展的基础㊂随着现代工业技术的发展,人们对高精密机械加工磨具的性能要求越来越高㊂作为重要加工技术的磨削加工也面临着技术革新,对超硬耐磨材料的性能要求也越来越高[1-6]㊂陶瓷结合剂金刚石/立方氮化硼磨具是实现高速㊁高效㊁高精磨削的首选高性能磨具产品,已在汽车液压挺杆㊁凸轮轴㊁曲轴㊁油喷油嘴㊁机床部件㊁轴承㊁刀具等许多加工用途中取得了很好的磨削应用效果,制备技第3期梅㊀涛等:碱金属氧化物Na2O对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响979㊀术可以满足各种规格模具需要,使用线速度可达160m/s[7]㊂国内对陶瓷结合剂磨具制品的研究与国外相比存在较大的差距,但近些年来国内的科研工作者们也做了大量的研究工作㊂主要有燕山大学㊁湖南大学㊁天津大学和河南工业大学团队,另外中南大学㊁北京科技大学㊁武汉理工大学㊁钢铁研究总院等也有一些团队进行陶瓷结合剂金刚石磨具的研究㊂研究方向主要集中在结合剂改性㊁造孔㊁结合剂增韧增强和磨料处理四个方面㊂在结合剂改性方面:翟浩冲等[8]研究了添加Li2O㊁ZnO㊁MgO对陶瓷结合性能的影响,发现在特定的摩尔比(n(Li2O)ʒn(ZnO)=2ʒ1,n(MgO)ʒn(Li2O)=0.67ʒ1)下,该性能更为优异㊂李玉萍等[9]研究了LiF和CaF2对铝硅系陶瓷结合性能的影响,研究表明,添加CaF2的结合剂有明显的结晶性,并且与添加CaF2的陶瓷结合剂相比,添加LiF陶瓷结合剂的熔点低㊁强度高㊂王鹏等[10]研究分析了添加不同的碱金属氧化物对钠硼铝硅为基础体系的陶瓷结合剂的耐火度㊁热膨胀系数㊁机械强度等的影响,发现不同的碱金属氧化物对结合剂的影响效果相似,但程度上略有差别㊂于艳妍[11]在陶瓷结合剂中加入了氧化锡,研究发现,当添加9%(质量分数)的氧化锡时,样品的强度最高,此时,结合剂的流动性和结合剂与磨粒的润滑性㊁润湿性都有了很大的提高㊂李志宏等[12]深入地研究了添加CaO对陶瓷结合剂的影响,发现随着CaO含量的增加,陶瓷结合剂的耐火度降低,尽管CaO会使磨具强度降低,但在陶瓷结合剂磨具中适当引入CaO是可以的㊂碱金属氧化物Na2O作为陶瓷结合剂的重要组成成分,在结合剂改性方面存在着很大的研究价值㊂可以通过改变结合剂的耐火度㊁流动性㊁硬度和强度来影响陶瓷结合剂超硬材料磨具的使用效率与寿命㊂耐火度是结合剂在高温下软化时的温度,直接影响着磨具的烧成温度㊂流动性是指结合剂高温熔体黏度的倒数,对磨具制造及产品性能有重要影响[13]㊂结合剂与磨粒的结合状态和结合剂本身的机械强度是影响磨具机械性能的重要因素㊂结合剂流动性好,能促使结合剂较均匀地分布在金刚石磨粒周围并包裹磨粒,增加了磨具强度㊂若结合剂流动性过低,结合剂不易流动,不能均匀地分布于磨粒之间,会影响结合剂对磨粒的结合强度,从而影响磨具的强度[14]㊂单位体积内键的数目(即网络结构的疏密程度)对结合剂的机械强度有着重要影响,碱金属Na2O提供非桥氧,破坏网络结构,使网络结构稀疏,磨具强度降低[15]㊂因此,研究碱金属氧化物Na2O对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响对探索高性能的金刚石磨具有重要意义㊂基于此,本工作研究碱金属氧化物Na2O与SiO2的不同含量比值对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响㊂1㊀实㊀验1.1㊀结合剂和磨具试样的制备陶瓷结合剂的原料是由二氧化硅㊁氧化钠㊁氧化硼㊁氧化铝,氧化锌,氧化镁等组成,各组分原料全部购于西陇化工,纯度为分析纯㊂表1为本文对照试验所用的结合剂各组分与二氧化硅的摩尔比㊂表1㊀陶瓷结合剂中各原料与二氧化硅的摩尔比Table1㊀Molar ratio of each raw material to silica in the vitrified bondNo.Na2O Li2O ZnO MgO SiO2B2O3Al2O3ZrO2TiO2 A10.040.20.050.0510.20.080.020.02 A20.060.20.050.0510.20.080.020.02 A30.080.20.050.0510.20.080.020.02 A40.10.20.050.0510.20.080.020.02 A50.120.20.050.0510.20.080.020.02 A60.140.20.050.0510.20.080.020.02 A70.160.20.050.0510.20.080.020.02首先,将陶瓷结合剂的原料称重㊁均匀混合后加入刚玉坩埚中;然后将其置于熔块炉中以5ħ/min升温至1400ħ,保温3h;再将熔融的液体迅速倒入水中淬冷;最后经球磨㊁干燥㊁过筛(200目(74μm))得到结合剂玻璃粉原料㊂经激光粒度仪测得玻璃粉原料粒度为4μm,并冷压成高8mm㊁直径10mm的圆柱生坯㊂980㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷将结合剂㊁金刚石和石蜡按m(结合剂)ʒm(金刚石)ʒm(石蜡)=100ʒ40ʒ7的质量比均匀混合㊂再将混合料在5MPa压强下双面冷压成30mmˑ6mmˑ6mm的条状生坯和高8mm,直径10mm的圆柱状生坯㊂试样在720ħ下空气氛围中烧结并保温2h,然后自然冷却至室温㊂1.2㊀分析和测试采用SJY-1400影像式烧结点试验仪测定,将等量的A1~A7结合剂玻璃粉原料按照指定的仪器磨具压制样品,然后放入仪器中进行耐火度测试,通过平面流淌法测试不同结合剂的流动性,升温速率为3ħ/min;将烧结完成的30mmˑ6mmˑ6mm的条状样品放在万能材料试验机上进行三点抗弯测试,跨距为24mm,加载速度为0.1mm/min;采用HR-150DT型洛氏硬度仪测定,将烧结完成的高8mm㊁直径10mm的圆柱状样品进行测试,每组测表征磨具烧结试样的硬度;将结合剂玻璃粉原料压制成的圆柱状生坯样品用热膨胀系数测试仪PCY测定结合剂的热膨胀系数,以3ħ/min的速率升温至450ħ,空气氛围;将经过抗弯强度测试后的样品断口用酒精清洗后,进行喷金处理,用FEIQUANTA-200型扫描电子显微镜(SEM)观察样品的形貌结构;采用SIEMENs5000型X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)仪分析样品的物相组成,测试范围为5ʎ~90ʎ,扫描速度为5(ʎ)/min㊂2㊀结果与讨论2.1㊀Na2O含量对结合剂耐火度和流动性的影响图1㊁图2显示了不同Na2O摩尔含量(下同)对结合剂耐火度和流动性的影响,可以看出随着结合剂中n(Na2O)/n(SiO2)比值的增大,结合剂的耐火度不断降低,流动性不断提高,这是因为碱金属氧化物Na2O属于网络外体氧化物,提供非桥氧的能力强,起断网作用,破坏硅氧三维网络结构,结合剂中大型四面体群分解为小型四面体群,自由度活动度增大,结合剂抵抗高温能力降低,流动性提高㊂图1㊀不同Na2O含量对结合剂耐火度的影响Fig.1㊀Influence of different Na2O content onrefractoriness of thebond 图2㊀不同Na2O含量对结合剂流动性的影响Fig.2㊀Influence of different Na2O content onfluidity of the bond2.2㊀Na2O含量对磨具硬度和强度的影响硬度和抗弯强度是衡量磨具机械性能的重要参数,一般情况下,抗弯强度高的试样具有较高的洛氏硬度㊂图3㊁图4显示了不同Na2O含量对磨具硬度和抗弯强度的影响,随着结合剂中Na2O含量的增大,当n(Na2O)/n(SiO2)<0.1,结合剂的流动性增加,结合剂包裹金刚石的状态良好,磨具强度和硬度不断增大,n(Na2O)/n(SiO2)>0.1时,碱金属Na2O含量过多,结合剂网络结构破坏程度较大,网络结构稀疏,磨具强度和硬度逐渐降低㊂当n(Na2O)/n(SiO2)=0.1,磨具强度(57.7MPa)和硬度(117HRB)取得最大值㊂第3期梅㊀涛等:碱金属氧化物Na 2O 对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响981㊀图3㊀不同Na 2O 含量对磨具硬度的影响Fig.3㊀Influence of different Na 2O content on hardness of abrasivetools 图4㊀不同Na 2O 含量对磨具抗弯强度的影响Fig.4㊀Influence of different Na 2O content on bending strength of abrasive tools2.3㊀Na 2O含量对结合剂热膨胀系数的影响图5㊀不同Na 2O 含量的结合剂在450ħ的热膨胀系数Fig.5㊀Thermal expansion coefficient of bond with different Na 2O content at 450ħ结合剂的热膨胀系数与磨料的热膨胀系数的匹配性对磨具的机械性能有很大影响㊂通常要求两者相等或相近,这样在温度发生变化时,两者伸缩一致,不会因产生热应力而降低结合强度[16]㊂图5显示了不同Na 2O 含量的结合剂在450ħ的热膨胀系数,随着结合剂中Na 2O 含量的增大,结合剂的热膨胀系数不断增大㊂玻璃结合剂的网络骨架对膨胀起着重要作用,三维架状结构越完整,玻璃的热膨胀系数越小,但在碱金属氧化物Na 2O 的断网作用下,玻璃结构遭到破坏,热膨胀系数增大㊂金刚石的热膨胀系数为4.5ˑ10-6K -1,A4㊁A5结合剂(n (Na 2O)/n (SiO 2)=0.1)的热膨胀系数分别为4.6ˑ10-6K -1㊁4.7ˑ10-6K -1,两者相差不大㊂结合剂A6和A7的热膨胀系数与磨料相差较大,对应着抗弯强度降低,符合图4抗弯强度变化趋势㊂2.4㊀显微结构和XRD 分析图6显示了不同n (Na 2O)/n (SiO 2)(A1-0.4㊁A4-0.1㊁A7-0.16)金刚石磨具的微观结构㊂可以看出图6(a)中空隙较多,存在很多连通孔,孔隙网络化高,致密化程度低㊂图6(b)中连通孔减少,隔离闭孔增多,致密化程度提高㊂图6(c)中孔隙进一步减少,致密化程度进一步提高㊂图6(d)中结合剂与金刚石磨料之间存在缝隙,结合不牢固,图6(e)~(f)中结合剂和金刚石磨料完美结合,结合牢固㊂原因是A1㊁A4㊁A7样品中结合剂Na 2O 含量依次增多,耐火度依次降低,流动性依次增加,结合剂包裹金刚石程度依次提高㊂耐火度偏高,烧结过程中结合剂不能很好地包裹磨料,结合剂与磨料结合不牢,磨具硬度和强度降低㊂图7为A4样品的XRD 谱,展示了材料的相结构和结晶性能,从图中可知,在烧结之后,样品中除了结合剂水淬形成的玻璃相和加入的金刚石相,结合剂中还产生新的结晶相 硅锂石㊂图8为A1~A7样品的XRD 谱,从图中可以看出,结合剂中碱金属氧化物Na 2O 含量变化对结晶相的种类不产生影响,7种样品所产生的相结构相同,硅锂石结晶相的含量不同㊂随着结合剂中Na 2O 含量的增大,A1样品到A7样品,硅锂石相的含量先增多后减少,A4样品中硅锂石相最多㊂这与磨具样品的强度㊁硬度变化规律相同,所以结合剂中晶相的产生对磨具性能有一定的强化作用㊂982㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷图6㊀不同n (Na 2O)/n (SiO 2)(A1-0.4㊁A4-0.1㊁A7-0.16)陶瓷结合剂金刚石磨具断面的微观结构Fig.6㊀Microstructure of the cross-section of vitrified bond diamond abrasive tools with different n (Na 2O)/n (SiO 2)(A1-0.4,A4-0.1,A7-0.16)图7㊀A4结合剂的XRD 谱Fig.7㊀XRD pattern of A4vitrified bond 图8㊀不同Na 2O 含量结合剂的XRD 谱Fig.8㊀XRD patterns of vitrified bonds with different Na 2O content 3㊀结㊀论(1)碱金属氧化物Na 2O 对陶瓷结合剂磨具样品的硬度和强度的影响规律相似,随着结合剂中Na 2O 含量的增大,磨具样品的硬度和强度先增大后减小,当结合剂中n (Na 2O)/n (SiO 2)=0.1时,强度和硬度达到最大㊂(2)SEM 照片显示,随着结合剂中Na 2O 含量的增大,磨具样品中孔隙数量不断减少,孔隙尺寸不断降低,样品致密性不断提高,结合剂能更好地包裹金刚石㊂(3)XRD 谱显示,随着结合剂中Na 2O 含量的增大,结晶相的数量先增大后减少㊂结合剂中产生的结晶相对磨具样品有一定的强化作用,当结合剂中n (Na 2O)/n (SiO 2)=0.1时,结合剂中结晶相含量最多,样品强度和硬度也达到最大㊂第3期梅㊀涛等:碱金属氧化物Na2O对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响983㊀参考文献[1]㊀侯永改.陶瓷磨具制造[M].北京:中国轻工业出版社,2010.HOU Y G.Ceramic abrasive tool manufacturing[M].Beijing:China Light Industry Press,2010:58-61(in Chinese).[2]㊀黄秉磷.陶瓷磨具制造[M].北京:机械工业委员会机械磨具工业局,1985.HUANG B 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浅述Ｂ２０３在玻璃瓶组成中的作用雀龙虎目前大部分实用玻璃都属于钠钙硅为基础的玻璃，例如：瓶罐玻璃、器皿玻璃，保温瓶玻璃等，为了进一步改善玻璃的性能，在钠钙硅成分的基础上可以加入Ａｌ，Ｏ，、Ｂ，Ｏ，在玻璃中出现“硼一铝反常”现象，当Ｎａ，Ｏ／Ｂ，０，＝１的时候，通过Ｎａ，Ｏ提供的游离氧，由硼氧三角体（ＢＯ，）转变为Ｂ，Ｏ，和ＳｉＯ，形成均匀一致的玻璃骨架创造了条件，使得折射率、密度、硬度、化学稳定性等出现极大值，热膨胀系数出现极小值，而电导、介电损耗，表面张力则不出现硼反常现象。

Ｂ，Ｏ，是实用玻璃中的重要组分，不仅能独立生成玻璃，而且能改善玻璃的一系列性能。

在高温时，以硼氧三角体存在，降低玻璃粘度，有利于溶化和澄清；在低温时，能由Ｂ３＋夺取游离氧形成硼氧四面体，使结构趋向紧密，制品的强度得到提高，特别对于多次循环使用的玻璃制品来讲，是极其重要的组分之一。

现在大部分生产瓶罐的厂家已不再加入Ｂ，Ｏ，，其主要原因是硼砂价位太高。

瓶罐生产厂家为了节约成本，只用价位低的原料。

玻璃制品本身属于脆性材料，其化学稳定性等性质与玻璃组成有关外，还与成型方法，受热历史及制品的形状、规格尺寸、壁厚均匀性等因素有关，由此，在生产过程中，还应加以严格控制，从壁厚薄均匀度上考虑应尽量采用压吹法生产。

综上所述，含硼玻璃瓶在实际使用过程中的优点主要体现在以下几点：第一：能降低玻璃的膨胀系数，膨胀系数越小，玻璃瓶的耐热急变性能越强，热稳定性越好。

膨胀系数小的玻璃瓶，使用过程中在温度变化较大的情况下，发生炸裂的现象将大大减少。

如北方地区室内与室外温差较大，所以含硼的饮料瓶和牛奶瓶等的炸裂现象将会大大减少。

第二：能提高玻璃瓶的化学稳定性，能使玻璃瓶有效地抵抗碱性物质，酸性物质的侵蚀。

不含硼的玻璃瓶经碱液等物质经常浸泡后，玻璃的内外壁将会有浸出物析出，时间长了，玻璃表面将会没有光泽、有“发毛”的感觉，大大缩短了使用寿命。

由于牛奶瓶食品卫生的需求特殊性及对洗瓶的反复使用要求高，一般使用次数将达（５０次～７０次）。

磷酸盐玻璃的制备及其组分影响研究磷酸盐玻璃是一种热塑性玻璃，具有良好的生物相容性和生物活性，可用于医学、生命科学等领域的药品缓释系统、组织修复和生物传感器等。

本文将探讨磷酸盐玻璃的制备过程以及组分对其性质的影响。

一、磷酸盐玻璃的制备磷酸盐玻璃通常使用熔融法制备。

首先将所需的化学物质按照一定的比例混合，加热至高温熔融状态，然后迅速冷却。

具体步骤如下：1. 挑选材料。

磷酸盐玻璃可以使用多种化学物质制备，常见的有氧化磷酸三钙（Ca3(PO4)2）、碳酸钙（CaCO3）、磷酸二氢铵（NH4H2PO4）等。

2. 混合物制备。

将所需的化学物质按照一定的质量比例混合均匀，通常需要使用高能量机械研磨机将化学物质研磨成细粉末。

3. 热处理。

将混合物放入高温炉中，加热至高温状态，大约需要一到两个小时。

为了防止混合物发生热解，通常需要采取缓慢升温的方式。

4. 熔融。

在高温状态下，混合物开始熔融并形成玻璃。

熔融时间通常需要控制在几分钟内，以保持玻璃的均匀性和透明度。

5. 冷却。

迅速将熔融的玻璃倒入冷却盘中，或者通过水冷却来快速降温。

6. 缩孔。

由于玻璃的制备过程中会产生缩孔，需要再次进行加热，并且采取适当的措施来使缩孔尽量缩小。

二、组分对磷酸盐玻璃的影响磷酸盐玻璃的性质受到其成分的影响，改变化学组分可以实现预期的性质变化。

以下是组分对磷酸盐玻璃性质的影响。

1. 氧化钙（CaO）氧化钙是最常见的磷酸盐玻璃成分之一。

增加氧化钙含量可以使玻璃具有更高的熔融温度和更好的机械性能。

然而，高含量的氧化钙会影响玻璃的生物活性和生物相容性。

2. 磷酸三铝（AlPO4）磷酸三铝可以增强玻璃的机械性能和化学稳定性，但会降低玻璃的生物活性和生物降解性。

在一些应用中，需要在不影响玻璃稳定性的情况下增加磷酸三铝的含量。

3. 硅酸二钙（Ca2SiO4）硅酸二钙是一种玻璃强化剂，可以提高磷酸盐玻璃的机械性能。

它还可以降低熔融温度，提高玻璃形成能力。