本文關(guān)鍵詞：不同氧化物對NCSP系乳白玻璃性能的影響及其化學(xué)穩(wěn)定性的研究

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【摘要】：乳白玻璃因其色澤柔和,高雅大氣,廣泛應(yīng)用于建筑、裝飾、器皿、照明和齒科材料等日常生活材料中。然而由于常規(guī)乳白玻璃中氟化物的揮發(fā),對環(huán)境和人體有很大的危害,而且在生產(chǎn)中氟化物對窯爐的侵蝕也非常嚴(yán)重,因此無氟乳濁玻璃的研究一直受到關(guān)注。磷酸鹽乳濁玻璃以磷酸鹽作為乳濁劑,避免氟化物的揮發(fā),節(jié)約了成本,減少了污染,是乳白玻璃重要發(fā)展方向之一。本文采用熔融法制備Na2O-CaO-SiO2-P2O5(簡稱NCSP)系乳白玻璃,單獨(dú)改變配方組分中的ZnO、CaO、B2O3,以及用K2O等質(zhì)量替代Na2O,利用組份的特性及優(yōu)選各氧化物之間的比例,通過體積密度、抗彎強(qiáng)度測試乳白玻璃的物理及力學(xué)性能,利用耐酸耐堿性測試材料的化學(xué)穩(wěn)定性,利用傅里葉紅外光譜(FT-IR)分析材料的分子結(jié)構(gòu)變化,利用熱膨脹儀分析乳白玻璃受熱情況的線膨脹性,利用X射線衍射(XRD)分析乳白玻璃析晶性能,利用掃描電鏡(SEM)觀察材料顯微結(jié)構(gòu),探討不同氧化物對此體系乳白玻璃結(jié)構(gòu)及性能的影響,以期望得到高白度、低膨脹系數(shù)、分相良好的乳白玻璃。后期分別采用酸、堿侵蝕制得的乳白玻璃,通過樣品的質(zhì)量損失,樣品在侵蝕液中的離子析出,掃描電鏡(SEM)觀察侵蝕后玻璃表面的變化,探討不同時間、不同濃度、不同溫度酸和堿對此體系乳白玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明:一定量ZnO的加入使玻璃乳濁程度增加,從而使得白度提高,而且少量的ZnO促進(jìn)了Na3Ca6(PO4)5晶體的生成,進(jìn)一步加入Zn O會與磷酸鹽結(jié)合生成Zn2P2O7晶體;進(jìn)而也影響了玻璃的熱力學(xué)性能,使得玻璃的抗折強(qiáng)度和密度在一定程度上得到提高;在ZnO量為5%時,熱膨脹系數(shù)最低為8.018×10-6/℃;而且ZnO的加入,降低了樣品的析晶溫度。在ZnO量的研究基礎(chǔ)上,改變CaO的添加量,CaO對此體系乳白玻璃中富磷相尺寸有較大的影響,隨著CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,玻璃由乳濁狀態(tài)變?yōu)榘肴闈釥顟B(tài),說明CaO不利于富磷相的富集,從而導(dǎo)致樣品的白度逐漸減小,CaO添加量為14%時,白度值最小為78.01%,這與Ca2+的場強(qiáng)以及離子極化率有關(guān)系;CaO量的增加促進(jìn)了Na3Ca6(PO4)5晶峰、Zn2P2O7晶峰強(qiáng)度的增大,由于晶相數(shù)量的增加,使得樣品的抗彎強(qiáng)度和密度均呈現(xiàn)遞增趨勢。在CaO量的研究基礎(chǔ)上,改變B2O3的添加量,對玻璃內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有影響,玻璃內(nèi)部的O-Si-O鍵數(shù)量減少,[BO3]三角體數(shù)量增多;富磷相的尺寸逐漸增大,分相邊緣變得更加圓潤;而且一定量B2O3促進(jìn)了Na3Ca6(PO4)5晶體的生成;因?yàn)閇BO3]三角體使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)變疏松,因此樣品的密度逐漸降低,耐酸堿性逐漸變差;B2O3量為10%時,熱膨脹系數(shù)最低為7.9221×10-6/℃。在B2O3研究基礎(chǔ)上,用K2O替代Na2O,使得富磷相尺寸變小,分相邊緣變圓潤,白度逐漸增加;當(dāng)K2O添加量為6%時,白度值最高為86.35%,這是因?yàn)镵+極化率較大,有利于降低分相表面張力;由于Na+量的減少,Na3Ca6(PO4)5晶峰強(qiáng)度逐漸變小;隨著K2O替代Na2O,又因?yàn)镵+離子半徑大于Na+離子半徑,進(jìn)而引起玻璃結(jié)構(gòu)間的空隙變大,降低了樣品的抗彎強(qiáng)度和密度,樣品的耐酸堿性變差。對性能較佳的玻璃進(jìn)行化學(xué)穩(wěn)定性研究,在鹽酸溶液和NaOH溶液中,隨著侵蝕時間的增加,玻璃失重速率先增加后降低,30天時,在NaOH溶液中玻璃樣品的失重量大約是鹽酸溶液中樣品失重量的45倍,樣品耐酸性強(qiáng)于耐堿性;溫度的升高有助于增加侵蝕液與玻璃樣品的反應(yīng)速度;樣品在鹽酸中的侵蝕機(jī)理以酸中的H+離子和樣品中的Na+離子進(jìn)行離子交換為主;而在NaOH溶液中,樣品中Si、P元素析出較多,NaOH溶液對玻璃內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,有大量的粉末掉落。
【關(guān)鍵詞】：磷酸鹽 乳白玻璃 不同氧化物 性能 化學(xué)穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ171.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 乳白玻璃的概念12
• 1.2 乳濁玻璃的乳濁機(jī)理12-14
• 1.3 乳濁玻璃的分類14-15
• 1.3.1 按乳濁機(jī)理分類14-15
• 1.3.2 按乳濁的程度分類15
• 1.3.3 按乳濁劑分類15
• 1.4 乳濁玻璃的應(yīng)用15-17
• 1.5 乳濁玻璃的應(yīng)用要求17-19
• 1.6 國內(nèi)外對乳濁玻璃的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.7 國內(nèi)外對玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.8 乳濁玻璃存在現(xiàn)有問題21-22
• 1.9 本課題提出和研究的意義22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)23-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與配方設(shè)計(jì)23-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)工藝流程25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備26
• 2.4 性能表征26-30
• 2.4.1 體積密度26-27
• 2.4.2 白度27
• 2.4.3 透過率27
• 2.4.4 抗彎強(qiáng)度27-28
• 2.4.5 熱膨脹性28
• 2.4.6 差熱分析（DSC）28
• 2.4.7 掃描電子顯微鏡分析（SEM）28
• 2.4.8 X射線衍射分析（XRD）28-29
• 2.4.9 傅立葉紅外光譜（FT-IR）29
• 2.4.10 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）29-30
• 第三章 ZnO、CaO對乳白玻璃性能的影響30-47
• 3.1 前言30-31
• 3.2 ZnO添加量對乳白玻璃性能的研究31-38
• 3.2.1 ZnO添加量對乳白玻璃微觀結(jié)構(gòu)的影響32-33
• 3.2.2 ZnO添加量對乳白玻璃析晶性能的影響33-34
• 3.2.3 ZnO添加量對乳白玻璃DSC曲線的影響34-35
• 3.2.4 ZnO添加量對乳白玻璃白度的影響35-36
• 3.2.5 ZnO添加量對乳白玻璃熱膨脹性的影響36
• 3.2.6 ZnO添加量對乳白玻璃體積密度和抗彎強(qiáng)度的影響36-38
• 3.3 CaO添加量對乳白玻璃性能的研究38-45
• 3.3.1 CaO添加量對乳白玻璃微觀結(jié)構(gòu)的影響39-41
• 3.3.2 CaO添加量對乳白玻璃析晶性能的影響41-42
• 3.3.3 CaO添加量對乳白玻璃透過率的影響42
• 3.3.4 CaO添加量對乳白玻璃白度的影響42-43
• 3.3.5 CaO添加量對乳白玻璃熱膨脹系數(shù)的影響43-45
• 3.3.6 CaO添加量對乳白玻璃體積密度和抗彎強(qiáng)度的影響45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 B_2O_3、K_2O/Na_2O對乳白玻璃性能的影響47-65
• 4.1 前言47-48
• 4.2 B_2O_3添加量對乳白玻璃性能的研究48-57
• 4.2.1 B_2O_3添加量對乳白玻璃微觀結(jié)構(gòu)的影響49-52
• 4.2.2 B_2O_3添加量對乳白玻璃析晶性能的影響52-53
• 4.2.3 B_2O_3添加量對乳白玻璃白度和透過率的影響53-54
• 4.2.4 B_2O_3添加量對乳白玻璃熱膨脹系數(shù)的影響54-55
• 4.2.5 B_2O_3添加量對乳白玻璃體積密度的影響55-56
• 4.2.6 B_2O_3添加量對乳白玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的影響56-57
• 4.3 Na_2O、K_2O對乳白玻璃性能的研究57-64
• 4.3.1 Na_2O、K_2O對乳白玻璃微觀結(jié)構(gòu)的影響57-59
• 4.3.2 Na_2O、K_2O對乳白玻璃析晶性能的影響59
• 4.3.3 Na_2O、K_2O對乳白玻璃白度的影響59-60
• 4.3.4 Na_2O、K_2O對乳白玻璃熱膨脹系數(shù)的影響60-62
• 4.3.5 Na_2O、K_2O對乳白玻璃抗折強(qiáng)度和密度的影響62-63
• 4.3.6 Na_2O、K_2O對乳白玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的影響63-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 第五章 乳白玻璃在酸堿中化學(xué)穩(wěn)定性的研究65-77
• 5.1 前言65
• 5.2 實(shí)驗(yàn)65
• 5.3 玻璃在酸中化學(xué)穩(wěn)定性的研究65-71
• 5.3.1 鹽酸中浸泡時間對樣品化學(xué)穩(wěn)定性的影響65-66
• 5.3.2 鹽酸濃度對樣品化學(xué)穩(wěn)定性的影響66-67
• 5.3.3 鹽酸溫度對樣品化學(xué)穩(wěn)定性的影響67-69
• 5.3.4 鹽酸對乳白玻璃的侵蝕機(jī)理69-71
• 5.4 玻璃在堿中化學(xué)穩(wěn)定性的研究71-76
• 5.4.1 NaOH溶液中浸泡時間對樣品化學(xué)穩(wěn)定性的影響71-72
• 5.4.2 NaOH溶液濃度對樣品化學(xué)穩(wěn)定性的影響72-73
• 5.4.3 NaOH溶液溫度對樣品化學(xué)穩(wěn)定性的影響73-74
• 5.4.4 NaOH溶液對乳白玻璃的侵蝕機(jī)理74-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 第六章 全文總結(jié)77-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 碩士期間發(fā)表成果83-84
• 致謝84

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 湯李纓;王靜;程金樹;田培靜;;ZnO對MgO Al_2O_3 SiO_2微晶玻璃結(jié)構(gòu)與透光性能的影響(英文)[J];硅酸鹽學(xué)報;2011年01期

2 倪亞茹;張其土;陸春華;許仲梓;;稀土硼鋁硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)及其耐堿性研究[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2006年03期

3 田清波;李偉;王s，

本文編號：701142