Na_2O_Al_2O_3_B_2O_3玻璃的热学性质和红外光谱

大于 1, 所以在玻璃中铝的配位以四面体配位为主, 铝参与玻璃网络的形成, 是网络形成体。
2. 3 玻璃样品的红外光谱性质
பைடு நூலகம்为了研究 N a2 O-A l2 O3-B2 O3 系统低熔点玻璃的结构, 测定了玻璃的红外光谱。在图 5中波数为 1325cm-1附近
为 B-O 的特征峰 [ 9] , 在波数为 740cm-1左右为 A lO4 ( 四配 位 ) 的吸收峰, 在波数为 500cm-1左右为 A lO4 ( 六配位 ) 的 吸收峰, 在波数 3400cm-1附近是结晶水的的吸收峰位置。
0% ~ 70% , A l2O 3 的摩尔分数 0% ~ 37% , B2O 3 的摩尔 F ig. 1 The phase diagram of N a2O-A l2O3-B2O3 system g lass( mo%l )
分数 26% ~ 100% , 其它 R2 O ( R 2O 为 L i2 O、K2 O )的摩尔分数 2% ~ 20% , 其中 B2 O3 是网络形成体, R2 O 为网
胀主要受硼酸盐玻璃 中阳离子与非 桥氧之间 的相互作 图 4 N a2O /B2 O3 = 0. 67( A l2O3 含量为 20mo %l )时
用。在 N a2 O-A l2O 3-B2O 3 系统玻璃中阳离子 N a+ 和 K + 能
随 K2O 含 量增加玻璃的膨胀系数变化
不能在硼酸盐链之间形成交联, 而 A l3 + 带有 3个电荷, 能 F ig. 4 N a2 O /B2O3 = 0. 67w ( A l2O3 ) = 20mo %l chang e o f glass
玻璃的转变温度 ( T g ) 由 NETZSCH DSC204以 5e /m in的升温速度测得; 热膨胀系数在国产 BZY 型热膨 胀仪上进行测定; 玻璃样品的结构基团采用德国布鲁克公司 VECTOR-22傅立叶红外光谱仪进行测定。
2 结果与讨论
2. 1 玻璃的转变温度 ( Tg ) 图 2为④号玻璃的 DSC 结果曲线, DSC 曲线上的吸热峰代表玻璃的转变温度范围, 从图中可以看出样
硼酸盐玻璃既有科学研究的意义又有工业价值, 因为它有独特的分子结构, 并提供某些独特的物理性 质: 如低的玻璃转变温度和软化温度, 较高的膨胀系数等 [ 1, 2] 。
硼酸盐低熔点玻璃作为一种焊料应用于真空和电子技术、激光和红外技术、高能物理、宇航工业和化学 工业等领域; 它作为热敏电阻、晶体三极管和微型电路的防护层而应用于微电子学中。在半导体仪器仪表的 无壳密封中应用无机玻璃比有机电介质在防潮和坚固性方面都具有很明显的优越性 [ 3] 。因此本文根据已 有研究成果, 研制了基于 N a2 O-A l2 O3-B2O 3 系统的环保型无铅低熔点玻璃 [ 4, 5] , 并对其热学性质做了详细研 究, 从而确定出了良好的玻璃组成, 使其满足各种用途的条件。
160 研究快报
硅 酸盐 通报
第 25卷
围内, 设计了玻璃的成玻区间, 并在不同区间内选取一系
列实验点进行了平行实验。分别由分析纯的碳酸钠、氢氧
化铝、硼酸、碳酸钾引入 N a2O、A l2 O3、B2 O3、K2O。 由图 1 可 以看 出: 在 N a2 O-A l2O 3 区 域 和 A l2 O3-
Therm al Stability and Infrared Spectra of N a2O-A l2O3-B2O3 G lass
YIN H ai-rong1, WU L i-hua1, CH EN F u2, AN Bai-jiang3
( 1. Schoo l ofM aterials Science and Engineering, Shaanx i U n iversity of Science and Technology, X ianyang 2. Q inhuangdao G lass Indu stry R esearch & D es ign Inst itute, Q inhu angdao 066004; 3. Shaanx i B aogu ang V acuum E lectric D ev ice Co. , Ltd, Bao ji 721304 )
由图中可知铝主要以 A lO4 ( 四配位 ) 为主, 参与玻璃网络
第 4期
殷海荣等: N a2O-A l2O3-B2O3 玻璃的热学性质和红外光谱
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取代 N a2O 的量逐渐增加, 玻璃的 T g 点逐渐降低。这能说明 / 混合碱效应 0可以明显降低玻璃的 T g 点。 2. 2 玻璃的热膨胀系数
将玻璃样品做成 100mm 左右的条状试样后, 由室温升至 300e , 升温速率 3~ 5e /m in, 记录千分表读 数, 按下式计算玻璃的热膨胀系数, 式中的差值部分表示修正:
促进离子之间的交联 [ 6-8 ] 。
expansion coeffic ient fo r increase o f content o fK 2O
A l2O 3 是本系统玻璃的重要组分之一, 引入一定量的 A l2 O3 可以使玻璃的化学稳定性得到改善, 抗失透
性能增加, 但随着玻璃中 A l2O3 含量的逐渐增大, 性质-M 组成关系曲线 ( 对应 A l2O3 的含量 ) 出现铝反常现 象, 玻璃的电导率、介电损耗出现极值。在 N a2O-A l2 O3-B2 O3 系统低熔点玻璃中, N a2O / A l2 O3 物质的量之比
1实 验
1. 1 玻璃的制备 1. 1. 1 实验方案
在 N a2 O 的物质的量分数 0% ~ 70% , A l2O3 的物质的量分数 0% ~ 37% , B2 O3 的物质的量分数 26% ~ 100% 范
项目基金: 佛山市科学技术局专项资金 ( 04040181) . 作者简介: 殷海荣 ( 1962-) , 男, 副教授. 从事生物材料及功能玻璃方面的研究.
络外体, A l2 O3 是网络中间体。所制玻璃样品的组成基本相同, 主要改变 R2 O 中的 N a2 O 和 K 2O 含量来改变
玻璃的性能, 最终确定最好的玻璃组成。
编号
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
表 1 Na2O-A l2O3-B2O3 三元系统玻璃的组成
T ab. 1 Com posit ion of Na2 O-A l2O3-B2O 3 ternary system glass
712081;
Abstract: The low m e lt ing g lass o f N a2O-A l2O3-B2O3 system w as prepared, and the form ing range o f N a2O-A l2O3-B2O3 w as confirm ed. By testing and analyzing g lass tem perature, expansion coeff ic ient and in frared spectra, it is show n that the g lass has low er temperature for g lass-m e lting and transit ion, and h igher therm al expansion coefficien.t An absorpt ion band of w ater appeared on near infrared reg ion, character istic abso rpt ion band o f B-O, A -l O appeared on m iddle infrared reg ion, and the re lation o f g lass transition tem perature, infrared spectra and com position w as analysed. K ey w ord s: bo rate g lass; low m elting g lass; therm a l stab ility; infrared spectra
( 1. 陕西科技大学材料科学与工程学院, 咸阳 712081; 2. 秦皇岛玻璃工业研究设计院, 秦皇岛 3. 陕西宝光真空电器股份有限公司, 宝鸡 721304)
066004;
摘要: 制备了 N a2O-A l2O3-B2 O3 系统低 熔点玻璃, 确定了 N a2 O-A l2 O3-B2O 3 系 统玻璃成 玻范围, 研究了玻 璃的转变 温度 ( T g )、热膨胀系数 ( A)和玻璃的红外光谱, 表明 这种玻 璃的熔 化温度 低、转 变温度 也较低、玻璃 的热膨 胀系数 较大, 在近红外区有一水分的吸收带, 在中红外区有 B-O、A -lO 的特征吸收带, 以及玻璃的 T g、A与玻璃组成的关系。 关键词: 硼酸盐玻璃; 低熔点玻璃; 热性质; 红外光谱
品玻璃在 400. 4e 时玻璃的基线斜率有些改变, 即是玻璃的转变温度 ( T g ) 。 图 3是 K2 O 含量不同时玻璃的 T g 点变化曲线。由图 3可以看出在 B2 O3、A l2 O3 含量不变时, 随着 K2 O
图 2 w ( K2 O ) = 12% 时玻璃样品的 D SC曲线 F ig. 2 w ( K 2O ) = 12% the D SC curve o f g lass samp le
第 25卷 第 4期 2006年 8月
硅 酸盐通 报
BU LLET IN OF THE CH IN ESE CERAM IC SOC IETY
V o.l 25 N o. 4 A ugust, 2006
Na2O-A l2O3-B2O3 玻璃的热学性质和红外光谱
殷海荣 1, 武丽华1, 陈 福 2, 安百江 3
B2 O3 区域都不能形成玻璃, 只有在 N a2 O-B2 O3 区域才 能形成玻璃, 并且可通过添加 A l2O3 来改善玻璃的结 构和性能。