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离子交换对硼硅酸盐平板玻璃结构和性能的影响

石丽芬  
【摘要】: 硼硅酸盐平板玻璃的网络完整性和结构紧密程度好,相对于普通钠钙硅玻璃,具有许多优良的性能,例如较好的机械性能、光学性能、热学性能、化学性能和可加工性,在许多领域得到广泛的应用,特别是硼硅酸盐平板玻璃可以应用于显示器基板、太阳能电池基板和盖板以及防火玻璃。随着硼硅酸盐平板玻璃应用领域的拓展和新产品的开发,硼硅酸盐平板玻璃的增强成为关注的焦点之一。高性能硼硅酸盐平板玻璃有望在玻璃幕墙、建筑防火玻璃和防弹玻璃等领域占据更重要的位置。 本文在低于Tg温度下对4mm硼硅酸盐平板玻璃进行离子交换增强处理。运用电子探针、扫描电镜和红外反射光谱等微观结构测试方法,结合抗折强度、显微硬度、热稳定性和透过率的测定,研究熔盐成分、离子交换制度与硼硅酸盐平板玻璃结构和性能的关系。通过实验确定合理的熔盐成分和离子交换制度,制备出高性能的硼硅酸盐平板玻璃,探讨了添加剂的作用机理和离子交换增强的机理。 研究结果表明: 1.当熔盐中添加剂的添加量、交换制度合适时,经过离子交换后,硼硅酸盐平板玻璃的抗折强度、显微硬度和热稳定性得到提高,K~+离子浓度从表面向玻璃内部衰减,交换深度可达10~22μm,Si-O键向低波数方向偏移,而B-O键向高波数方向偏移。 2.抗折强度、显微硬度、热稳定性分别随着KNO_3熔盐中KOH和K_2H_2Sb_2O_7·2H_2O的增加先升高后降低。当KOH的添加量为0.4%时,效果比较明显,抗折强度达到157.43MPa,显微硬度达到569.35Kg·mm~(-2);而当K_2H_2Sb_2O_7·2H_2O的添加量为0.6%时,效果最明显,抗折强度可达168.38MPa,显微硬度为587.68Kg·mm~(-2),分别是原始玻璃的1.73倍和1.3倍,交换深度可达22.5μm。 3.硼硅酸盐平板玻璃在添加0.6%K_2H_2Sb_2O_7·2H_2O的KNO_3混合熔_盐中不同交换温度和交换时间下进行离子交换处理。在转变温度以下硼硅酸盐平板玻璃抗折强度随交换温度的升高和交换时间的延长而增加,但强度并不是随时间延长而无限增加的。交换制度为490℃,10h时硼硅酸盐平板玻璃的各项性能比较好。 论文得到了武汉市科技攻关项目(200870834412)的资助。


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