硼酸盐低温玻璃的研究进展
硼硅酸盐生物活性玻璃的矿化及机理初探
硼硅酸盐生物活性玻璃的矿化及机理初探周杰;王会;崔旭;黄文旵;王德平;周萘【期刊名称】《生物骨科材料与临床研究》【年(卷),期】2024(21)3【摘要】目的探讨硼硅酸盐生物活性玻璃体外矿化成类骨层状结构的机理。
方法模拟体内环境,将硅酸盐玻璃(0B)、硼硅酸盐玻璃(2B)和硼酸盐玻璃(3B)浸泡于SBF 溶液和含有明胶的SBF溶液中1周;随后采用质量损失分析、SEM、EDS、XRD及FTIR等测试方法对多种生物活性玻璃的矿化产物进行系统分析与比较;采用固体核磁NMR对生物玻璃进行玻璃结构分析。
结果浸泡1周后,SEM观察到硼硅酸盐玻璃(2B)和不含硅的硼酸盐玻璃(3B)表面产生层状矿化产物,而硅酸盐玻璃(0B)表面只有一层矿化产物层;XRD和FTIR结果显示3种玻璃的表面产物均为含有部分羟基磷灰石的钙磷化合物;固体核磁波谱(11B)测试结果表明硼硅酸盐玻璃(2B)和不含硅的硼酸盐玻璃(3B)都存在大量[BO_(3)]平面三角体。
最后,当硼硅酸盐玻璃(2B)浸泡在含有明胶的SBF溶液后,其矿化产物仍能维持层状结构;通过EDS分析可知形成明胶有机层和含羟基磷灰石的无机层相互堆积的特殊层状结构。
结论2B和3B玻璃内部存在大量[BO_(3)]平面三角体所构造的二维平面结构。
矿化过程中,不溶性反应物沉积在二维平面结构上,从而使矿化产物呈现层状结构。
在浸泡液中添加一定量的明胶后,其可以有效地与硼硅酸盐玻璃的层状矿化结构相互匹配结合,最终堆叠形成有机相层与无机层相互交错的特殊结构。
【总页数】7页(P1-7)【作者】周杰;王会;崔旭;黄文旵;王德平;周萘【作者单位】同济大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】R318.08【相关文献】1.溶胶-凝胶低熔点硼硅酸盐生物活性玻璃增强高温熔融45S5生物玻璃多孔材料2.含锶硼硅酸盐生物玻璃的降解性能及体外生物活性3.不同模拟体液对硼硅酸盐生物活性玻璃基骨水泥矿化性能的影响4.硼硅酸盐生物活性玻璃在直流电场下的体外矿化性能5.硅烷化介孔硼硅酸盐生物玻璃微球对PMMA骨水泥生物活性和力学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。
IT-SOFC硼酸盐封接玻璃的相关性能研究
性能的测试装置示意图如图 ３ ３ － 所示。 测试时将 电池 用银浆密封于 ９ Ａ２ ９ １ 输气管一 ０ 端， 并将 电池两极使用银丝作为集流导线引出电流。
图 １封接材料制 备工艺流程图
Ｆｉ． Ｆ ｂ ｉａ ｉｎ ｐｏ ｅ ｓ ｏ ｅ ｌ ｇ ｍａｅ ｉｌ ｇ １ ａ ｒ ｔ ｒｃ ｓ ｆｓ ａｉ ｔ ｒ ｓ ｃ ｏ ｎ ａ
中图分 类号 ： Ｑ１ ４７ 文献标识码 ： Ｔ ７ ．５ Ａ
封材料的研究主要集 中在硅酸盐 、 硼酸盐 、 磷酸盐为
０ 引 言
封接材料是限制平板型固体氧化物燃料 电池发 展的重要因素之一ｆ 由于固体氧化物燃料 电池是在 ｌ １ 。 ８ ０ 一ｌ ０ ｏ高温下工作 的， ０ ℃ ０Ｃ ０ 并且封接材料同时接 触氧化性和还 原性气体 ， 还要具有 电绝缘性 ， 气密性
式电炉 中加热 ， ６０ 从 ０ ℃开始 ， １０ 以 ０ ℃为间隔 ， 每个
Ｔ Ｃ， Ｅ 热压力增加促进裂缝形成 。而且玻璃密封剂必
须是电绝缘的。 目前对平板式固体氧化物燃料 电池密
收稿 日 ：０１ ｌ １ 期 ２ １一 ３
温度点保温 １ ， ｈ 分温度段进行煅烧 ， 加热至 １０ ℃保 ４０
Ｉ— ＯＦ Ｔ Ｓ Ｃ硼酸盐封接玻璃 的相关性 能研究
陈 虎 吴 也 凡
（ 景德 镇 陶瓷 学 院 ， 江西 景德 镇 ３ ３ ０ ） ３ ０ １
摘 要
以传统的玻璃制 备方法熔融法制备 出适用于固体氧化物燃料 电池封接用的 Ｂ０ － Ｏ Ｂ Ｏ 晶玻璃 － － ０３ （
封 接材料 。球磨 ｓ 的时间可 以满足对 封接材料粉体 的制备要求 ， 的粒径分别在 ０ １ ｈ 对应 ． ｍ 和 ２ ｎ附近 ， ６ ． ｌ ９ 在相应的累积 曲线 中 ９％以上小于 ９ｚ 微 晶玻 璃 Ａ １ Ｓ Ｍ 照片显示片状的六方钡长石晶体从表面 向外生长着 并在整个微 晶玻璃 中错乱生 ９ Ｉ ． ｍ； Ｃ 的 Ｅ 长， 还夹杂着一些不规则品粒 ； ６０ ８０ 在 ５ — ０ ℃之间 ， 封接材料的电阻随温度升高而减小 ， 阻抗值 均在 ｌ‘ ｌ ｃ ２ ０一 ０Ｑ． 范围 内， 明 ｍ 说
玻璃制造的关键了解硼元素的重要性
玻璃制造的关键了解硼元素的重要性玻璃作为一种重要的建筑材料和工业原料，广泛应用于各个领域。
而在玻璃的制造过程中，硼元素的添加起着至关重要的作用。
本文将深入探讨硼元素在玻璃制造中的重要性，以及其对玻璃性能的影响。
一、硼元素的介绍硼是一种化学元素，其在自然界中以硼酸盐的形式存在。
硼元素具有很多优良的物理和化学性质，使其成为一种重要的工业化学品。
在玻璃制造中，通过添加硼元素，可以改善玻璃的性能，提高其质量和使用寿命。
二、硼元素对玻璃性能的影响1. 提高硬度和机械强度硼在玻璃中的存在可以增加玻璃的硬度和机械强度。
硼元素可以形成硼酸盐晶体结构，填充在玻璃网络结构中，从而增加了玻璃的坚硬程度，使其更加耐用和抗压。
2. 降低熔化温度和黏度硼元素还可以降低玻璃的熔化温度和黏度。
添加适量的硼元素可以使玻璃的熔化温度降低，从而减少能源消耗和生产成本。
此外，硼元素还可以提高玻璃的流动性，有利于玻璃的成型和加工。
3. 改善光学性能硼元素对玻璃的光学性能有重要影响。
硼元素可以降低玻璃的折射率和散射率，提高光的透过率和传播性能。
在光学仪器和光纤传输领域，硼元素的应用可以大大提高光学设备的性能和传输效率。
4. 增加化学稳定性硼元素的加入可以提高玻璃的化学稳定性。
硼元素与玻璃中的其他元素形成硼酸盐结构，使玻璃表面密封性更好，减少了化学物质的侵蚀和腐蚀。
因此，硼元素可以使玻璃更耐久和抗腐蚀，延长其使用寿命。
三、硼元素在玻璃制造中的应用硼元素在玻璃制造中广泛应用于不同的领域和工艺中。
1. 低温玻璃硼元素适用于低温玻璃制造。
由于硼元素能够降低玻璃熔化温度，低温玻璃的生产成本更低，同时还能保持玻璃的性能。
2. 高硼硅酸盐玻璃高硼硅酸盐玻璃是一类特殊的玻璃材料，具有低膨胀系数和优良的耐热性能。
硼元素在高硼硅酸盐玻璃的制备中起着关键作用，可以调节玻璃成分的比例和结构，从而实现对玻璃性能的优化。
3. 光纤制造硼元素在光纤制造中也发挥着重要的作用。
硼酸生产研究进展_张亨
硼酸在国民经济中占有重要位置，随着科学技 术的发展，其用途[1-3,10]日益广泛。硼酸大量用于玻 璃工业（光学玻璃，耐酸、耐热玻璃），能改善玻 璃制品耐热性能和透明性能，提高玻璃制品的机械 强度，缩短熔融时间。也用于制造无碱玻璃纤维， 用作建筑材料、绝缘材料、增强材料等。在搪瓷、 陶瓷工业中，硼酸用以增加搪瓷产品的光泽和坚牢 度，也可用作釉药和颜料成分。在冶金工业中，可 作添加剂、助熔剂及制造含硼的合金，如硼铁和硼 钢由于加有少量的硼，大大改善钢的性能，提高了 强度，具有优良的轧延性和耐腐蚀性。在医药中用 作杀菌剂、杀虫剂。在农业上用作防腐剂和微量元 素硼肥，对多种作物有增产效果，对某些作物（甜 菜、亚麻等）有防病作用。在金属焊接、皮革、照
2 生产工艺[1-12] 硼酸的生产方法随原料的品种（斜方硼砂矿、
硬硼钙石矿、硼镁矿等）而异。加工方法除酸解（硫 酸、盐酸、硝酸）矿石外，还有硫酸硼砂法、碳铵 法、多硼酸钠法、电解电渗析法、溶剂萃取法、蒸 汽蒸馏法、离子交换法、浮选法等。
2.1 硫酸法加工斜方硼砂矿 将 斜 方 硼 砂 矿 石 (Na2O·2B2O3·4H2O) 破 碎 到 一
宁波化工 Ningbo Chemical Industry
2012 年第 3 期
硼酸生产研究进展
张亨 （锦西化工研究院，辽宁 葫芦岛 125000）
摘 要：介绍了硼酸的用途、物化性质、毒性、生产过程和产品标准。综述了其近十年来的生产研究进 展情况。
关键词：硼酸；性质；生产工艺；用途；进展 中图分类号：O614 文献标识码：A
沈 阳 化 工 学 院 张 丽 清 等 [23] 制 备 了 含 20%MgSO4 和 2.5%H3BO3 的 MgSO4-H3BO3-H2O 溶 液体系，在 180℃的高压容器中完成了结晶过程实 验研究。体系中只有 MgSO4·H2O 固体相被分离出 来。实验数据与简单最佳方法和一组偏微分方程的 RungeKutta 数字溶液相吻合，得到单中心界面反应 模型（MB2）描述的水镁矾结晶过程动力学方程。
浅谈硼硅酸盐玻璃的应用现状和发展趋势
浅谈硼硅酸盐玻璃的应用现状和发展趋势硼硅酸盐玻璃是一种特殊的玻璃材料，具有低热膨胀系数、低热导率、优良的电绝缘性能等特点，因此在许多领域有着广泛的应用。
本文将从应用现状、发展趋势两个方面进行浅谈。
首先，从应用现状来看，硼硅酸盐玻璃已经在许多领域得到了应用。
首先是光学领域，硼硅酸盐玻璃具有优异的光学性能，透光性高，因此被广泛应用于光学仪器、显示器、激光器等高精度光学器件的制造。
其次是电子领域，硼硅酸盐玻璃具有良好的电绝缘性能，因此可以用于电子元件的封装，如集成电路封装、电容器封装等。
此外，硼硅酸盐玻璃还广泛用于化学工业中的反应器、储罐等容器的制造，以及高温热处理器件的制造等。
其次，从发展趋势来看，硼硅酸盐玻璃的应用前景非常广阔。
首先，随着技术的发展，对高精密、高可靠性器件的需求越来越大，硼硅酸盐玻璃作为一种优质材料，在光学和电子领域的应用将会进一步扩大。
其次，随着人们对绿色、环保材料要求的提高，硼硅酸盐玻璃的优点越来越受到关注。
相比传统的玻璃材料，硼硅酸盐玻璃具有更低的能耗、更高的回收率，因此对于环保节能型设备和产品的制造来说，硼硅酸盐玻璃是一个很好的选择。
再次，硼硅酸盐玻璃在医学和生物领域的应用也有很大的潜力。
硼硅酸盐玻璃具有优异的生物相容性，可以用于人工关节、骨修复等医疗器械的制造。
此外，硼硅酸盐玻璃还可以用于制造生物芯片、生物传感器等生物技术产品。
最后，随着人们对节能减排的要求日益提高，硼硅酸盐玻璃在建筑领域的应用也具有很大的潜力。
硼硅酸盐玻璃具有较低的热导率和热膨胀系数，可以有效地提高建筑物的节能性能，因此在建筑玻璃、太阳能电池板等领域的应用前景非常广阔。
综上所述，硼硅酸盐玻璃作为一种特殊的玻璃材料，在光学、电子、化工、医学、生物和建筑等多个领域具有广泛的应用。
随着技术的不断发展，硼硅酸盐玻璃的应用前景将进一步扩大。
希望通过加强对硼硅酸盐玻璃材料的研发和应用，推动相关行业的发展，并为推动社会经济的可持续发展做出贡献。
降低玻璃熔点的方法
降低玻璃熔点的方法导言玻璃是一种常见的无机非晶体材料，具有良好的透明性、硬度和化学稳定性。
然而，由于其高熔点，玻璃的加工和制造过程相对复杂，并且需要高温条件。
因此，寻找一种方法来降低玻璃的熔点，将有助于提高玻璃的加工性能和降低制造成本。
本文将介绍几种常见的降低玻璃熔点的方法，并对每种方法的原理和应用进行详细讨论。
1. 添加助熔剂助熔剂是一种能够降低玻璃熔点的化合物。
通过向玻璃中添加助熔剂，可以改变玻璃的结构和化学成分，从而降低其熔点。
常用的助熔剂包括碳酸盐、硼酸盐和氟化物等。
1.1 碳酸盐助熔剂碳酸盐助熔剂是一种常见的降低玻璃熔点的方法。
碳酸盐助熔剂可以与玻璃中的硅酸盐结合，形成低熔点的碱金属硅酸盐。
这种碱金属硅酸盐具有较低的熔点，可以有效降低玻璃的熔点。
常用的碳酸盐助熔剂包括碳酸钠和碳酸钾等。
1.2 硼酸盐助熔剂硼酸盐助熔剂是另一种常用的降低玻璃熔点的方法。
硼酸盐助熔剂可以与玻璃中的硅酸盐结合，形成硼硅酸盐。
硼硅酸盐具有较低的熔点，可以降低玻璃的熔点。
常用的硼酸盐助熔剂包括硼酸钠和硼酸铝等。
1.3 氟化物助熔剂氟化物助熔剂是一种特殊的助熔剂，可以显著降低玻璃的熔点。
氟化物助熔剂可以与玻璃中的硅酸盐结合，形成氟硅酸盐。
氟硅酸盐具有非常低的熔点，可以大幅度降低玻璃的熔点。
常用的氟化物助熔剂包括氟化钠和氟化铝等。
2. 调整玻璃成分除了添加助熔剂，调整玻璃的成分也是一种常见的降低玻璃熔点的方法。
通过改变玻璃中的化学成分，可以改变玻璃的结构和熔点。
2.1 调整硅酸盐含量硅酸盐是玻璃的主要组成部分，调整硅酸盐的含量可以影响玻璃的熔点。
一般来说，硅酸盐含量越高，玻璃的熔点越高。
因此，降低玻璃的硅酸盐含量可以有效降低玻璃的熔点。
2.2 调整氧化物含量除了硅酸盐，玻璃中还包含其他氧化物，如氧化钠、氧化钙和氧化铝等。
调整这些氧化物的含量可以改变玻璃的结构和熔点。
一般来说，氧化钠和氧化钙含量越高，玻璃的熔点越低。
3. 改变玻璃的结构除了调整玻璃的成分，改变玻璃的结构也是一种降低玻璃熔点的方法。
硼硅酸盐玻璃组成、结构与性能的研究
生物活性玻璃的制备及应用的研究进展
生物活性玻璃的制备及应用的研究进展摘要：生物活性玻璃是一种具有特殊组成和结构的硅酸盐玻璃材料。
通过熔融法、溶胶-凝胶法等制备的生物活性玻璃，广泛应用于骨骼修复、口腔治疗以及创口愈合等方面。
已成为材料科学、医学以及生物科学等学科的热点，越来越受到人们的重视。
本文主要介绍了生物活性玻璃的相关性质、制备方法以及在各方面的广泛应用。
关键词：生物活性玻璃；溶胶-凝胶法；骨骼修复正文生物材料，包括生物玻璃、生物玻璃陶瓷、生物磷酸钙陶瓷以及生物复合材料、生物涂层等，是一类可对肌体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能的材料[1、2]。
由于其具有较高的生物活性、生物相容性和化学稳定性[3]，近几十年来的研究十分活跃。
生物活性玻璃(bioactive glass，BG) 是一种具有特殊组成和结构的硅酸盐玻璃材料，由美国佛罗里达大学Hench教授在1969年研发出来的。
具有与骨组织形成化学性结合能力，与骨组织和软组织均有良好的结合能力，在植入体内后生物活性玻璃外表即与体液发生离子反应，最终在玻璃外表形成类似骨中无机矿物的低结晶度碳酸羟基磷灰石层(HCA)，因化学组成与生物体的骨骼相似，容易与周围的骨骼形成牢固的化学键合即骨性结合，具有优良的骨诱导性、骨传导性及生物相容性，已成为材料科学、医学以及生物科学等学科的热点，越来越受到人们的重视，特别是生物活性玻璃复合材料的研发成功，更是给人类健康带来了又一突破性进展，广泛开展生物活性玻璃复合材料的研究具有重要的理论价值和应用价值[4-6]。
1 生物活性玻璃的制备方法1.1 熔融法熔融法是制备生物玻璃最常用的方法之一，采用该方法制备的生物玻璃密实无孔、比外表积小。
熔融法的一般制备工艺是将原料混合均匀后，在千摄氏度以上的高温下熔融成玻璃液，保温一段时间后淬冷，得到成品。
熔融法制备工艺简单、易于大规模生产，但是通过熔融法制得的生物玻璃，其组成范围和生物活性都受到一定的局限，因为高温容易使配料中的磷等元素挥发、使其成分的控制难以精确，而且玻璃的高温熔制容易导致Si-OH官能团的减少，且得到的生物材料中Ca2+的溶解性能相对较低，这些因素都会降低材料的生物活性。
载替考拉宁治疗骨髓炎症的硼酸盐生物玻璃药物载体的研究
载替考拉宁治疗骨髓炎症的硼酸盐生物玻璃药物载体的研究张欣;贾伟涛;顾刈非;张长青;黄文旵;王德平【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2010(025)003【摘要】本实验制备了用于治疗骨髓炎的以硼酸盐生物活性玻璃为基体负载抗菌素的药物载体系统.此药物载体系统的固相为硼酸盐生物玻璃,其组成为6Na_2O-8K_2O-SMgO-22CaO-54B_2O_3-2P_2O_5(mol%);液相为壳聚糖/柠檬酸/葡萄糖溶液;所载药物为水溶性药物-替考拉宁.在体外的磷酸盐缓冲溶液(PBS)的浸泡实验中,对载体系统中的药物释放、机械性能以及玻璃基体的生物降解性进行了测试,通过高效液相色谱仪测定浸泡溶液中替考拉宁的含量.实验表明,这种硼酸盐生物活性玻璃基药物载体系统中的药物缓释可持续30d;其中,在缓释的第一周内药物缓释量仅达到72%.通过Peppas模型对药物缓释行为进行模拟,证明药物的释放过程符合Fick扩散定律.实验结果还表明,经XRD物相分析证实,这种硼酸盐生物玻璃基体在药物释放的过程中转化为羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA),显示出药物载体系统的体外生物活性.在以兔子为动物模型的体内实验中,药物载体系统治愈了兔子胫骨中的骨髓炎,而且又促进骨创伤处新骨的生成.实验证明,硼酸盐生物活性玻璃是一种既能负载抗菌素药物治疗骨髓炎,又能促进骨修复的优良的生物材料.【总页数】6页(P293-298)【作者】张欣;贾伟涛;顾刈非;张长青;黄文旵;王德平【作者单位】同济大学材料学院,生物工程与信息技术材料研究所,上海,200092;上海市第六人民医院,上海200233;同济大学材料学院,生物工程与信息技术材料研究所,上海,200092;上海市第六人民医院,上海200233;同济大学材料学院,生物工程与信息技术材料研究所,上海,200092;同济大学材料学院,生物工程与信息技术材料研究所,上海,200092;同济大学教育部先进土木工程重点实验室,上海,200092【正文语种】中文【中图分类】TB321【相关文献】1.载硼酸盐系无机抗菌玻璃及其性能研究 [J], 刘金彩2.载铜型硼酸盐系抗菌玻璃的制备与性能 [J], 曹红葵3.应用可生物降解材料载抗生素治疗慢性骨髓炎的研究进展 [J], 刘一秀;白希壮;阿良4.硼酸盐生物玻璃和自体髂骨移植对新西兰兔桡骨大段骨缺损修复的对比研究 [J], 关俊杰;张解元;王会;黄文旵;汪泱;谢宗平5.载铜型硼酸盐系抗菌玻璃的制备及性能研究 [J], 王旭;程俊华;焦宝祥;陆洪彬;王占红因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
含磷硼酸盐玻璃材料物化性质的研究
胀 系 数 下 降 ，玻 璃 的 密 度 和 折 射 率 增 加 。
关 键 词 硼 酸 盐 玻 璃 Ｐ 物类 号 ：Ｔ ７ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — １ ８ （ ０ ７ ３ ０ ３ ４ Ｑ１ １ ０ ３ ９ ７ ２ ０ ）０ —０ ０ —０
化温度 ，软 化温 度和 转变 温度 ，而且 磷 酸盐 玻璃 的
化 学稳 定性 一 般 比较 差 。本 文 主要 在 Ｙｂ 、Ｅ 。 抖 ｒ
为 测得 玻璃 的化学 稳定 性 ，将 玻璃 试样 加 工成
１ ５ｍｍ × １ ０ ｍｍ × ２ ｍｍ 大 小 基 本 一 致 的 长 方 块 ，
玻 璃 达不 到的特 殊性 ，如高 的热 膨胀 系 数 ，低 的熔
用排 液 失 重 法 测 玻 璃 的 密 度 ，用 ｗＹＶ— 棱 Ｖ
镜 折射 仪 测 玻 璃 的 折 射 率 。玻 璃 的 转 变 温 度 ， 软 化 温度 Ｔ ｒ以及 热 膨 胀 系 数 用 德 国 耐 弛 Ｄ Ｌ ０ Ｉ ４２ 型 热膨 胀仪 测 量 。红 外 光 谱 用 德 国 Ｂ ｕ ｅ 公 司生 ｒｋ ｒ 产 的 Ｖｅｔｒ ３傅 立 叶 变 换 红外 谱 线 仪 测 量 ，扫 描 ｃｏ３ 波数 段 为 ４ ０ ０ ｍ ０ ￣４０ ０ｃ ，分辨 率 为 ０ ３ｃ 。 ． ｍ＿ 。
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硼酸盐低温玻璃的研究进展*殷海荣,陈福,武丽华(陕西科技大学材料科学与工程学院,陕西咸阳712081)摘要:介绍了硼酸盐低温玻璃结构和性质,概括了硼酸盐低温玻璃在封接领域、涂料领域以及低温金属珐琅制备中的应用。
低温玻璃的表征方法主要有:软化温度、线膨胀系数、化学稳定性等。
总结了硼酸盐低温玻璃的研究进展。
说明了硼酸盐低温玻璃适用于上述的领域,最后提出了硼酸盐低温玻璃发展前景和有待深入研究的问题。
关键词:硼酸盐玻璃;低温玻璃;硼反常中图分类号:TQ128+.54文献标识码:A文章编号:1006-4990(2005)10-0010-03The progress of research on borate low-te m perat ure glassY in H a irong,Chen Fu,W u L i h ua(School of M a terial Science and E ngineer i ng Shaanx i Univers it y of Science and T echnology,Shaanx i X iany ang712081,China)Abstrac t:The structure and properties o f borate lo w-te mperature g lass are i ntroduced.T he app licati on of borate l ow -te m pe rature g l ass i n sea ling fi e l d,dope fi e l d and the prepa ration o f l ow-temperature m eta l ena m e l i s genera lized.T he lo w-te m pe rature glass is cha racte rized by soften i ng temperature,line r expansible coeffi c i ent and chem ical stab ility.T he prog ress o f research on borate l ow-temperature g lass is su mm ar i zed.T he conc l usi on i s drawn that t he abov e fields are fit for the bo rate l ow-te mperature g lass.F ina lly the deve lop m ent directi on o f borate l ow-temperat ure g l ass and t he proble m s for furthe r study are put for w ard.K ey word s:borate g l ass;lo w-te m pe rature glass;boron anom aly硼酸盐低温玻璃作为一种焊料应用于真空技术和电子技术中,它还可以成为易熔釉和珐琅(铝搪瓷)的一种组分,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。
低温玻璃应具有低的软化温度或低的熔化温度。
熔化温度的降低与电子或阴离子对正电荷的屏蔽程度有关。
阴离子对阳离子的屏蔽在很大程度上决定于物质的结构及其性质,增大阴离子与阳离子的比例也能改善阳离子的屏蔽程度,从而降低物质的熔化温度。
由此可以认为:决定玻璃易熔性的组分可以是某些重金属离子、含有18个或者更多电子的最外电子层的离子、易形变的大离子和带小电荷的离子[1]。
当前研究的硼酸盐低温玻璃主要有:B2O3-L i2O-M e O系统(M e O包括Be O,M gO,Ca O,ZnO,Sr O,Ba O);B2O3 -Be O-M g O系统;Na2O-A l2O3-B2O3系统;B2O3-L i2O-Be O-M g O系统;B2O3-ZnO-PbO系统;B2O3-PbO-S i O2系统等。
而后两*基金项目:佛山市科学技术局专项资金(项目编号:04040181)。
者含有铅,对环境的污染较大,必然会被淘汰。
1硼酸盐低温玻璃的结构和性质1.1硼酸盐玻璃B2O3能单独形成玻璃,B2O3对形成玻璃的影响取决于两个方面。
[BO3]三角体是不对称的,而且尽管玻璃态B2O3的结构比较弱,但是[BO3]原子团的重排还是需要较大的活化能。
B O3原子团是由B3+居于中心的三角体所组成的,这些三角体并不能使玻璃结构具有像S i O4原子团那样的强度,因为S i O4的键价分布于三度空间,而不是二度空间。
因此,在高温范围内,融化温度低的B2O3削弱玻璃的结构,而使玻璃具有易熔的性能。
硼酐的熔化温度比较低而熔融时粘度又比较高,这种现象可以这样来解释:各原子团之间的力不可能是很大的,但它们的对称性低,因而要使它们移动就需要较高的活化能。
硼酐能形成易熔玻璃的原因是B3+的电子结构10无机盐工业I N ORGAN I C C H E M I C ALS I N DUSTRY第37卷第10期2005年10月使它参加生成不对称的原子团,这样就使O2-能更好地屏蔽S i4+原子核,因为硼离子的特点就是比较容易极化。
有的学者认为,玻璃态的B2O3是由平面结合起来的[B O3]原子团的无序网络所组成的。
而X射线衍射得出以下结论:[B O3]原子团并不是一种平面结构,而是硼离子稍微离开了平面,形成了[BO3]四面体。
对于玻璃态的B2O3网络来说,已经注意到它有比今天所认为的大得多的有序性。
借助X-射线衍射结构分析和核磁共振法对B2O3-H2O 系的玻璃结构进行研究得出了这样的结论:每个硼原子都被3个氧原子所包围,而每个氧原子又被2个硼原子所包围[2]。
1.2B3+的配位状态当B2O3含量较低时,B3+以单个[BO3]三角体形式存在,随着B2O3含量增加,部分[BO3]三角体转变成[B O4]四面体;当B2O3含量增加到一定程度时,通过[BO3]三角体与[BO4]四面体之间的桥氧离子的联接而形成含有[BO3]三角体与[BO4]四面体的环状结构[3-4]。
2[BO3]+[BO4]OBOOBOB O OO+O2-1.3低温玻璃的性能1.3.1软化温度软化温度是最重要的性能之一,它决定了这种或者那种玻璃的熔化程度。
软化温度低的硼酸盐玻璃可以作为涂料或者焊料应用于不能耐高温的各种零件上。
简单的硼酸盐玻璃的软化温度为300~ 600e。
其特点是在成分)性能关系的曲线上存在着极大值或者极小值。
这与硼反常现象相吻合。
1.3.2线膨胀系数线膨胀系数对于评定各种釉,特别是评定各种易熔玻璃具有特别重要的意义,这些釉和玻璃通常都被作为各种涂层焊料而用于各种材料的焊接。
正确的选择被涂材料和涂料本身的线膨胀系数才能保证该组件的强度和耐久性。
在硼酸盐玻璃中线膨胀系数与浓度的关系曲线上有极小值。
1.3.3化学稳定性化学稳定性决定了这种玻璃是否能应用。
如果化学稳定性差,则不能应用。
例如焊料玻璃,如果它在通常条件下在空气中不至于被破坏,就认为它在化学稳定性方面是合用的。
二元N a2O-B2O3系统玻璃的化学稳定性较差[5],常加入Ba O,ZnO等来加强网络结构,使玻璃的化学稳定性变得更好。
1.3.4其它性能电气性能:硼酸盐玻璃的电阻很高。
这是由于硼酐本身具有较高的绝缘性能和在空间网络中B O3(BO4)结构单元的密堆积所决定的。
低温玻璃在红外光谱区的透过率:某些玻璃在红外光谱区有较高的透过率。
硫酸盐玻璃在12L m 处有明显的透过率,而硼酸盐玻璃在这个光谱区是完全吸收的。
2研究现状与应用现状2.1低熔封接玻璃的应用2.1.1非结晶性封接玻璃通常非结晶性封接玻璃的封接方法有两种:高温法和常温法。
高温法适用于低温玻璃:将预热后的待封接组件、零件浸在液态的封接玻璃中15s后取出,在空气中对接5s后迅速将封接件放入马弗炉中退火,保温一定时间后,让其自然冷却至室温。
常温法是将玻璃粉用粘合剂混合,形成一种膏状混合物,涂敷的零件干燥脱水后才放入炉子中加热,达到封接温度时,在炉内保温30m in左右后冷却至室温。
硼酸盐非结晶型玻璃的膨胀系数可在较大的范围内调节,但是由于硼酸盐玻璃中含有的碱金属氧化物而影响绝缘性能。
2.1.2结晶性封接玻璃作为熔封用的结晶性玻璃焊料与通常所说微晶玻璃有区别,前者在熔融状态下就开始析晶,这时的粘度较小,流散性好,在熔封过程中就完成析晶,有利于气密封接。
对于结晶性封接玻璃焊料,它的流动性好,结晶速率不宜过快,软化点不宜过高。
结晶型硼酸盐封接玻璃应用最广泛的是B2O3-ZnO-PbO系统和B2O3-ZnO系统等。
这类封接玻璃在封接过程中析出的主要晶相为锂霞石、B-锂辉石、堇青石等[6]。
2.2在玻璃涂料中的应用汽车涂料的范围很广,包括汽车车身涂料、货厢用涂料、车架等部件用耐腐蚀涂料,发动机部件、底盘、铸锻件、毛坯和冲压件半成品用涂料、车内装饰件用涂料和特种涂料等,其中最具代表性且变化最大的是汽车车身涂料[7]。
涂料耐热性的好坏取决于树脂的耐热性和添加填料的耐热性,有机硅树脂及其改性树脂的耐热温度范围在200~450e,要使涂料获得较高的耐热温112005年10月殷海荣等:硼酸盐低温玻璃的研究进展度,必须在涂料中加人耐高温填料。
加入熔点低的易熔玻璃,能够在较低的温度下熔化形成珐琅体,可以使涂料从有机层转化为无机层,从而提高了涂料的耐热温度。
易熔玻璃的种类比较多,有铅玻璃、硼玻璃、钒玻璃、磷酸盐玻璃等,这些玻璃的熔点<700e,可以选为高温涂料的填料。
在涂料中选择玻璃料必须是经济适用、环保型的材料。
硼玻璃的融化温度在400~600e范围,有机硅树脂及其改性树脂的受热分解温度在这个温度范围内。
硼玻璃的主要成分是硼酐、三氧化二铋。
该类玻璃的化学稳定性好,硬度和强度高,以它制成的涂料耐热性能优异[8]。
2.3作为低温金属珐琅(铝搪瓷、景泰蓝)的应用随着金属的用量越来越大,对金属的保护成为一个重要的课题,特别是对于铝,给铝涂珐琅以提高金属抗腐蚀和抗褶皱的能力。
铝搪瓷是一种轻型的无机复合塑性材料,具有结构轻、不燃、耐腐蚀、不易污染、可以有多种颜色、表面鲜明悦目、卫生等特点,还可以进行切削、钻孔、精密加工,具有密着性好、能耗低等优异特性[9]。
景泰蓝是中国特种工艺品之一。
它是用紫铜做成器物的胎,把铜丝掐成各种花纹焊在铜胎上,填上珐琅彩釉然后烧成。
明代景泰年间在北京开始大量制造,珐琅彩釉多用蓝色,所以称为景泰蓝。
在铝搪瓷、景泰蓝中引入B2O3。
B2O3既是典型的基体剂,又是优良的助熔剂,它具有极强的表面能的[B O3]三角体,熔度低,浸润性好,膨胀系数小,具有小的表面张力和低的弹性模量。