不同氧化物对NCSP系乳白玻璃性能的影响及其化学稳定性的研究

发布时间：2017-08-19 14:10

  本文关键词：不同氧化物对NCSP系乳白玻璃性能的影响及其化学稳定性的研究

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【摘要】：乳白玻璃因其色泽柔和,高雅大气,广泛应用于建筑、装饰、器皿、照明和齿科材料等日常生活材料中。然而由于常规乳白玻璃中氟化物的挥发,对环境和人体有很大的危害,而且在生产中氟化物对窑炉的侵蚀也非常严重,因此无氟乳浊玻璃的研究一直受到关注。磷酸盐乳浊玻璃以磷酸盐作为乳浊剂,避免氟化物的挥发,节约了成本,减少了污染,是乳白玻璃重要发展方向之一。本文采用熔融法制备Na2O-CaO-SiO2-P2O5(简称NCSP)系乳白玻璃,单独改变配方组分中的ZnO、CaO、B2O3,以及用K2O等质量替代Na2O,利用组份的特性及优选各氧化物之间的比例,通过体积密度、抗弯强度测试乳白玻璃的物理及力学性能,利用耐酸耐碱性测试材料的化学稳定性,利用傅里叶红外光谱(FT-IR)分析材料的分子结构变化,利用热膨胀仪分析乳白玻璃受热情况的线膨胀性,利用X射线衍射(XRD)分析乳白玻璃析晶性能,利用扫描电镜(SEM)观察材料显微结构,探讨不同氧化物对此体系乳白玻璃结构及性能的影响,以期望得到高白度、低膨胀系数、分相良好的乳白玻璃。后期分别采用酸、碱侵蚀制得的乳白玻璃,通过样品的质量损失,样品在侵蚀液中的离子析出,扫描电镜(SEM)观察侵蚀后玻璃表面的变化,探讨不同时间、不同浓度、不同温度酸和碱对此体系乳白玻璃化学稳定性的影响。研究结果表明:一定量ZnO的加入使玻璃乳浊程度增加,从而使得白度提高,而且少量的ZnO促进了Na3Ca6(PO4)5晶体的生成,进一步加入Zn O会与磷酸盐结合生成Zn2P2O7晶体;进而也影响了玻璃的热力学性能,使得玻璃的抗折强度和密度在一定程度上得到提高;在ZnO量为5%时,热膨胀系数最低为8.018×10-6/℃;而且ZnO的加入,降低了样品的析晶温度。在ZnO量的研究基础上,改变CaO的添加量,CaO对此体系乳白玻璃中富磷相尺寸有较大的影响,随着CaO质量分数的增加,玻璃由乳浊状态变为半乳浊状态,说明CaO不利于富磷相的富集,从而导致样品的白度逐渐减小,CaO添加量为14%时,白度值最小为78.01%,这与Ca2+的场强以及离子极化率有关系;CaO量的增加促进了Na3Ca6(PO4)5晶峰、Zn2P2O7晶峰强度的增大,由于晶相数量的增加,使得样品的抗弯强度和密度均呈现递增趋势。在CaO量的研究基础上,改变B2O3的添加量,对玻璃内部的结构有影响,玻璃内部的O-Si-O键数量减少,[BO3]三角体数量增多;富磷相的尺寸逐渐增大,分相边缘变得更加圆润;而且一定量B2O3促进了Na3Ca6(PO4)5晶体的生成;因为[BO3]三角体使得内部结构变疏松,因此样品的密度逐渐降低,耐酸碱性逐渐变差;B2O3量为10%时,热膨胀系数最低为7.9221×10-6/℃。在B2O3研究基础上,用K2O替代Na2O,使得富磷相尺寸变小,分相边缘变圆润,白度逐渐增加;当K2O添加量为6%时,白度值最高为86.35%,这是因为K+极化率较大,有利于降低分相表面张力;由于Na+量的减少,Na3Ca6(PO4)5晶峰强度逐渐变小;随着K2O替代Na2O,又因为K+离子半径大于Na+离子半径,进而引起玻璃结构间的空隙变大,降低了样品的抗弯强度和密度,样品的耐酸碱性变差。对性能较佳的玻璃进行化学稳定性研究,在盐酸溶液和NaOH溶液中,随着侵蚀时间的增加,玻璃失重速率先增加后降低,30天时,在NaOH溶液中玻璃样品的失重量大约是盐酸溶液中样品失重量的45倍,样品耐酸性强于耐碱性;温度的升高有助于增加侵蚀液与玻璃样品的反应速度;样品在盐酸中的侵蚀机理以酸中的H+离子和样品中的Na+离子进行离子交换为主;而在NaOH溶液中,样品中Si、P元素析出较多,NaOH溶液对玻璃内部骨架结构破坏严重,有大量的粉末掉落。
【关键词】：磷酸盐 乳白玻璃 不同氧化物 性能 化学稳定性
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 乳白玻璃的概念12
• 1.2 乳浊玻璃的乳浊机理12-14
• 1.3 乳浊玻璃的分类14-15
• 1.3.1 按乳浊机理分类14-15
• 1.3.2 按乳浊的程度分类15
• 1.3.3 按乳浊剂分类15
• 1.4 乳浊玻璃的应用15-17
• 1.5 乳浊玻璃的应用要求17-19
• 1.6 国内外对乳浊玻璃的研究现状19-20
• 1.7 国内外对玻璃化学稳定性的研究现状20-21
• 1.8 乳浊玻璃存在现有问题21-22
• 1.9 本课题提出和研究的意义22-23
• 第二章 实验23-30
• 2.1 实验原料与配方设计23-25
• 2.2 实验工艺流程25-26
• 2.3 实验设备26
• 2.4 性能表征26-30
• 2.4.1 体积密度26-27
• 2.4.2 白度27
• 2.4.3 透过率27
• 2.4.4 抗弯强度27-28
• 2.4.5 热膨胀性28
• 2.4.6 差热分析（DSC）28
• 2.4.7 扫描电子显微镜分析（SEM）28
• 2.4.8 X射线衍射分析（XRD）28-29
• 2.4.9 傅立叶红外光谱（FT-IR）29
• 2.4.10 电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）29-30
• 第三章 ZnO、CaO对乳白玻璃性能的影响30-47
• 3.1 前言30-31
• 3.2 ZnO添加量对乳白玻璃性能的研究31-38
• 3.2.1 ZnO添加量对乳白玻璃微观结构的影响32-33
• 3.2.2 ZnO添加量对乳白玻璃析晶性能的影响33-34
• 3.2.3 ZnO添加量对乳白玻璃DSC曲线的影响34-35
• 3.2.4 ZnO添加量对乳白玻璃白度的影响35-36
• 3.2.5 ZnO添加量对乳白玻璃热膨胀性的影响36
• 3.2.6 ZnO添加量对乳白玻璃体积密度和抗弯强度的影响36-38
• 3.3 CaO添加量对乳白玻璃性能的研究38-45
• 3.3.1 CaO添加量对乳白玻璃微观结构的影响39-41
• 3.3.2 CaO添加量对乳白玻璃析晶性能的影响41-42
• 3.3.3 CaO添加量对乳白玻璃透过率的影响42
• 3.3.4 CaO添加量对乳白玻璃白度的影响42-43
• 3.3.5 CaO添加量对乳白玻璃热膨胀系数的影响43-45
• 3.3.6 CaO添加量对乳白玻璃体积密度和抗弯强度的影响45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 B_2O_3、K_2O/Na_2O对乳白玻璃性能的影响47-65
• 4.1 前言47-48
• 4.2 B_2O_3添加量对乳白玻璃性能的研究48-57
• 4.2.1 B_2O_3添加量对乳白玻璃微观结构的影响49-52
• 4.2.2 B_2O_3添加量对乳白玻璃析晶性能的影响52-53
• 4.2.3 B_2O_3添加量对乳白玻璃白度和透过率的影响53-54
• 4.2.4 B_2O_3添加量对乳白玻璃热膨胀系数的影响54-55
• 4.2.5 B_2O_3添加量对乳白玻璃体积密度的影响55-56
• 4.2.6 B_2O_3添加量对乳白玻璃化学稳定性的影响56-57
• 4.3 Na_2O、K_2O对乳白玻璃性能的研究57-64
• 4.3.1 Na_2O、K_2O对乳白玻璃微观结构的影响57-59
• 4.3.2 Na_2O、K_2O对乳白玻璃析晶性能的影响59
• 4.3.3 Na_2O、K_2O对乳白玻璃白度的影响59-60
• 4.3.4 Na_2O、K_2O对乳白玻璃热膨胀系数的影响60-62
• 4.3.5 Na_2O、K_2O对乳白玻璃抗折强度和密度的影响62-63
• 4.3.6 Na_2O、K_2O对乳白玻璃化学稳定性的影响63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 乳白玻璃在酸碱中化学稳定性的研究65-77
• 5.1 前言65
• 5.2 实验65
• 5.3 玻璃在酸中化学稳定性的研究65-71
• 5.3.1 盐酸中浸泡时间对样品化学稳定性的影响65-66
• 5.3.2 盐酸浓度对样品化学稳定性的影响66-67
• 5.3.3 盐酸温度对样品化学稳定性的影响67-69
• 5.3.4 盐酸对乳白玻璃的侵蚀机理69-71
• 5.4 玻璃在碱中化学稳定性的研究71-76
• 5.4.1 NaOH溶液中浸泡时间对样品化学稳定性的影响71-72
• 5.4.2 NaOH溶液浓度对样品化学稳定性的影响72-73
• 5.4.3 NaOH溶液温度对样品化学稳定性的影响73-74
• 5.4.4 NaOH溶液对乳白玻璃的侵蚀机理74-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 全文总结77-78
• 参考文献78-83
• 硕士期间发表成果83-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 汤李缨;王静;程金树;田培静;;ZnO对MgO Al_2O_3 SiO_2微晶玻璃结构与透光性能的影响(英文)[J];硅酸盐学报;2011年01期

2 倪亚茹;张其土;陆春华;许仲梓;;稀土硼铝硅酸盐玻璃结构及其耐碱性研究[J];材料科学与工程学报;2006年03期

3 田清波;李伟;王s，

本文编号：701142