【摘要】：無堿鋁硼硅系統(tǒng)玻璃具有優(yōu)異的物理和化學性能,應用廣泛,是LCD與OLED現(xiàn)階段最理想的基板材料。我國高世代液晶面板行業(yè)的基板玻璃受制于美國Corning和日本AGC等行業(yè)領導型企業(yè),尚無自主知識產(chǎn)權的相關產(chǎn)品。從配方專利到工藝技術、從理論儲備到實踐經(jīng)驗都十分匱乏。國家“十三五”計劃將高世代電子玻璃的產(chǎn)業(yè)化列為重點研發(fā)專項,本課題主要研究無堿鋁硼硅系統(tǒng)玻璃的組成與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),完善電子玻璃基板基礎理論,順應電子顯示玻璃的國產(chǎn)化的趨勢。本文以SiO_2-Al_2O_3-B_2O_3-RO(R=Mg、Ca、Sr)系統(tǒng)玻璃為研究對象,研究了RO替代SiO_2、RO替代Al_2O_3以及B_2O_3替代Al_2O_3分別對無堿硼鋁硅系統(tǒng)玻璃的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、維氏硬度、彈性模量、化學穩(wěn)定性、密度、摩爾體積等方面的影響,通過化學滴定法測定了原料在熔化過程中的產(chǎn)生的B_2O_3揮發(fā)率,實驗結(jié)果表明:(1)無堿SiO_2-Al_2O_3-B_2O_3-RO系統(tǒng)玻璃中,以H_3BO_3為原料引入B_2O_3,在本課題所制定的熔制條件下,B_2O_3含量較高時,其揮發(fā)率也相對較大,當B_2O_3含量在0~12mol%范圍內(nèi)時,B_2O_3的揮發(fā)率均未超過10%。通過額外補償15%的B_2O_3來抵消熔化過程中的揮發(fā)部分,玻璃中B_2O_3的實際引入量在9~15wt%時,揮發(fā)率在7~10%之間,實際引入量在5 wt%左右時,揮發(fā)率在5%左右,最終玻璃中B_2O_3的實際含量與設定值非常接近,含量偏差不超過0.5wt%,百分比偏差不超過10%。(2)[SiO_4]的Q~0~Q~4這五種結(jié)構(gòu)單元中,Q~4和Q~3是最主要的,MAS-NMR沒有檢測到其他幾種結(jié)構(gòu)單元的共振信號,因此忽略不計。增加堿土金屬氧化物的總量或B_2O_3的含量會使得Q~4結(jié)構(gòu)單元的比例逐漸降低,同時Q~3結(jié)構(gòu)單元的比例明顯上升,RO的總量超過18 mol%或B_2O_3的含量超過12mol%時,Q~3/Q~4的比值將超過1:1。Al~(3+)主要以[AlO_4]參與玻璃的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),Al_2O_3中的[AlO_6]在玻璃中全部轉(zhuǎn)化為較低配位的結(jié)構(gòu),且隨著體系中提供游離氧的成分增多,Al~(3+)所處的化學環(huán)境的不對稱性降低。B~(3+)在無堿SiO_2-Al_2O_3-B_2O_3-RO系統(tǒng)玻璃中主要以[BO_3]存在,4配位結(jié)構(gòu)的[BO4]只占很少的一部分,因此B_2O_3主要的作用是作網(wǎng)絡外體,而RO含量增加或SiO_2、Al_2O_3含量減少都會使更多的[BO_3]轉(zhuǎn)化為[BO_4]參與三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。Si O_2和Al_2O_3有助于提高玻璃的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)緊密程度,而B_2O_3和RO均降低玻璃網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的緊密程度。游離氧增加對結(jié)構(gòu)單元形成的相對轉(zhuǎn)化率大致符合[AlO_4]Si-NBO[BO_4]。(3)RO在13.5~19.5mol%之間替換Al_2O_3時,硬度在647~661kgf/mm2范圍內(nèi)單調(diào)增大,彈性模量在78.62~81.43GPa之間單調(diào)增大;RO在10~20mol%內(nèi)替換SiO_2時硬度的總體趨勢類似,數(shù)值也相近,但不是單調(diào)增加,彈性模量在73.83~82.49GPa范圍內(nèi)單調(diào)增加;B_2O_3替換Al_2O_3,硬度從705 kgf/mm2單調(diào)降低至634 kgf/mm2,彈性模量從91.2GPa單調(diào)降低至77.5GPa。增加R~(2+)使玻璃硬度、彈性模量增大,結(jié)構(gòu)解聚使硬度、彈性模量減小,總的來看,在該組成區(qū)間內(nèi)R~(2+)對硬度與彈性模量的貢獻起主導作用。(4)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變疏松使玻璃在HF中抗侵蝕性能減弱,且這是影響玻璃的抗HF侵蝕性能的主要因素。SiO_2在玻璃中含量降到63 mol%以下會使抗HF侵蝕性能有一定程度的增強,B_2O_3有助于提高玻璃的抗HF侵蝕性能,但B_2O_3含量大于8 mol%時,使網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)過度解聚而明顯降低玻璃的抗HF侵蝕性能。(5)玻璃在NaOH溶液中的抗腐蝕性能主要受到R2+離子(主要是Ca~(2+)的作用)含量以及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的緊密程度的影響,其中堿土金屬陽離子占主導作用。R~(2+)離子含量升高,導致玻璃的抗NaOH腐蝕性能增強,R~(2+)離子含量不變時,玻璃的抗NaOH腐蝕性能則隨著網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的解聚而逐漸降低。(6)本文研究的組成區(qū)域內(nèi),密度在2.41~2.63g/cm3內(nèi)單調(diào)變化,摩爾體積則與密度呈相反趨勢單調(diào)變化,摩爾體積主要取決于離子半徑較大的O~(2-)含量與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的疏松程度。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ171.1
【圖文】：

實驗流程圖如圖 2-1 所示。以旭硝子 AN100、康寧 Eagle XG 等優(yōu)秀、成熟的商用電子顯示基板玻璃組成為參照，設計合適的氧化物組成，采用傳統(tǒng)熔融技術進行玻璃制備，通過設計不同組成，獲得具有不同性能和微觀結(jié)構(gòu)的玻璃樣品，在對玻璃的性能進行表征，主要運用魔角旋轉(zhuǎn)固體核磁共振技術（MAS-Figure 2-1 Experimental ideals and processes

原子核除了會自旋之外，還會繞 B0運動，這種運動方式類似于陀螺，被稱為 Larmor 進動，如圖2-3 所示。自旋量子數(shù)是原子核的固有屬性，不同自旋量子數(shù)的原子核會產(chǎn)生不同的自旋特性，也并非所有原子核都有自旋運動。質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)都為偶數(shù)的原子核沒有自旋運動，其自旋量子數(shù) I = 0，這類原子核不能產(chǎn)生磁矩，也就不能產(chǎn)生共振吸收，如12C、16O、22S 等。I＝1/2 和 I＞1 的兩種原子核能夠產(chǎn)生共振吸收，但它們的原子核表面電荷分不一樣布（圖 2-3）。自旋量子數(shù) I ≥ 1 的原子核電荷分布不均勻，呈橢球形，這類原子核對于電磁波的共振吸收較為復雜，稱為四極矩核，如2H（I = 1）、14N（I = 1）、11B（I = 3/2）、35Cl（I = 3/2）、79Br（I= 3/2）、81Br（I = 3/2）、17O（I = 5/2）、27Al（I = 5/2）等。而對于自旋量子數(shù) I =

原子核在 B0磁場中的的共振頻率用 v 表示（式 2-2），對于同一種原子核，磁旋比γ為常數(shù)保持不變。原子核的磁旋比γ越大，磁性就越強，越容易被檢出圖 2-5 質(zhì)子磁矩取向示意圖Figure 2-5 Proton magnetic moment orientation

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2 黃良釗;;B_2O_3-SiO_2-La_2O_3-RO系統(tǒng)玻璃的光吸收[J];硅酸鹽通報;1989年03期

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5 慕東;胡志華;沈保羅;;純鎳滲硼硅處理工藝及組織性能研究[J];稀有金屬材料與工程;2015年08期

6 劉謨t

本文編號：2775683