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王衍行等:组成对高硼硅玻璃粘度和膨胀系效的影响
组成对高硼硅玻璃粘度和膨胀系数的影响
王衍行,祖成奎,陈江
(中国建筑材料科学研究总院石英与特种玻璃研究院,北京100024)
摘要:研究了组成调整对高硼硅玻璃粘度和膨胀
2实验
系数的影响。结果表明,随着n(B2O23)/n(SiO2)比增
大,玻璃粘度减小,而膨胀系数增大。增加Al2O3含
实验所用原料除稀土氧化物纯度为9.99%外,
量,玻璃粘度增大,但膨胀系数基本没有变化。Li2O其余均为对应的金属氧化物或碳酸盐的分析纯原料
具有助熔作用,可显著降低玻璃粘度,而增大膨胀系将配合料按一定比例混合均匀,采用铂金坩埚在1520
数。ZnO也衰现出助熔效果,但比Li2O作用弱。CaO
1550℃C下熔制3~4h。将熔化澄清好的玻璃液浇注
取代Na2O时,玻璃高温粘度变化较小,而低温粘度明在预热的石墨模具上,待玻璃定型后将其立即放人预
显增大。加入ZnO和CaO,玻璃膨胀系数降低。外加先升温至520℃的马弗炉中进行退火、冷却,之后经过
少量的TO2、ZrO2和La2O。可降低玻璃粘度,膨胀系磨抛和切割制成测试所需尺寸;另外将熔融玻璃液直
数稍有增大。E玻璃与 Kovar合金的膨胀系数具有优接倒入冷水中进行水淬,将水淬玻璃料放入烘箱中烘
异匹配性,可满足 Kovar合金封装要求,表现出良好的干,再稍微破碎成大小均匀的颗粒,以便进行玻璃粘度
应用前景。
测试。表1为高硼硅玻璃样品设计组成。
关键词:高硼硅玻璃;组成;粘度;膨胀系数;封接
采用日产VAD-H型高温粘度计测试玻璃粘度
中图分类号:TQ171
文献标识码:A此粘度计根据升球法原理。利用德国 NETZSCH DIL
文章编号:1001-9731(2012)21-2985-04
402C膨胀仪测试了玻璃的热膨胀系数,升温速度为
1引言
5℃/min,一直加热到玻璃软化点为止
高硼硅玻璃是指B2O3含量超过10%(质量分数,3结果与讨论
下同)的硅酸盐系统玻璃。该类玻璃具有优异可见光3.1组成对高硼硅玻璃粘度的影响
透过率(≥90%)、低膨胀系数、良好化学稳定性和耐热
粘度是玻璃制备过程中一个重要参数,它贯穿于
性等特点,在航空、仪器、照明及防火等领域应用广玻璃生产的各个阶段,从熔制、澄清、均化、成形直到退
泛:?。在高硼硅玻璃大家族中,膨胀系数为(48~51)火均与粘度密切相关,即通过考察玻璃高温粘度特性,
X10~/℃的 Kovar封接玻璃是光电探测器外壳、电真可以确定玻璃的熔制制度和成形工艺。
空器件和集热管的关键材料,对其封接密封性和服役
图1是B2O3取代部分SiO2对高硼硅玻璃粘度的
可靠性具有重要影响。
影响。从图1可以看出,随着n(B2O3)/n(SiO2)增大,
相对于普通的钠钙硅玻璃, Kovar封接玻璃组成玻璃的粘度逐渐减小。分析粘度曲线的斜率发现,随
具有一定的特殊性,SiO2和B2O3含量较高,分别达到着B2O3含量增大,玻璃粘度的变化量逐渐变缓
65%~75%和16%~25%,碱金属含量较低,约为6%
SiO2和B2O)作为玻璃形成体氧化物,在玻璃结
~11%,同时含有2%~6%的Al2O3,以确保玻璃具有构中起骨架作用,对玻璃粘度起决定性作用。在高硼
良好的理化和封接性能。组成的特殊性使得该玻璃硅玻璃中,B2O3以[BO2]形式存在。随着B2O3取代
制备技术中存在较大难度,主要表现为熔点高、粘度部分SiO2,一方面,玻璃中[BO]增多,使得玻璃网络
大、熔化过程中硼挥发严重、气泡和条纹难以满足光学连接增强,玻璃粘度有增大趋势;另一方面,玻璃中
质量要求等?。目前,国际上只有德国 Schott公司[SiO4]含量减小,玻璃网络连接减弱,玻璃粘度降低
和美国 Corning公司采用微型浮法技术生产出高光学由于[SiO]的单键能比[BO4]的大,使[SiO:]骨架对
质量的 Kovar封接玻璃?。在国内,只有少数研究机高硼硅玻璃粘度的影响比[BO]大,因此,玻璃整体粘
构对 Kovar封接玻璃的制备技术进行了一定研究。本度表现为下降
文探讨了组成调整对髙硼硅玻璃粘度和膨胀系数的影
与钠钙硅浮法玻璃相比,组成该高硼硅玻璃的澄
响,为改善其制备技术提供理论基础和实验指导
清温度(对应粘度为10Pa?s)比浮法玻璃高出约
80℃,而成形温度(对应粘度为100Pa?s)则高出近
基金项目:国家自然科学基金资助项目(60808024)
收到初稿日期:2012-05-02
收到修政稿日期:2012-07-10
通讯作者:王衍行
作者简介:王衍行(1975-),男,山东济宁人,高级工程师,博土,主要从事特种玻璃制备与性能研究。