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                鉛玻璃各氧化物的選擇方法

                2021-01-24 09:54
                來源:未知
                        根據實踐經驗以及大量的文獻表明,合適成分的硼硅酸鹽玻璃具有較低的軟化點和熔點,熱膨脹系數較小,具有良好的熱穩定性、化學穩定性和電學性能。
                        網絡生成體氧化物能單獨生成鉛玻璃,如Si02, B203, P205, Ge02和As205等,在鉛玻璃中能形成各自特有的網絡體系。在本實驗中選擇Si偽和氏偽作為主要的網絡生成體氧化物。但是單純含有Si02和B203成分的熔體,由于它們的結構不同(前者為層狀結構,后者為架狀結構),因此難以形成均勻一致的熔體。在高溫冷卻過程中,將各自集成一個體系,形成互不溶解的兩層玻璃(即分相)。這時需要加入適量的Na2O(或者其他堿性氧化物),使硼的結構發生變化,通過Na2O提供的游離氧,由硼氧三角體田偽]轉變為硼氧四面體[BO41使硼的結構從層狀結構向架狀結構轉變,為B203和Si仇形成均一的玻璃創造了條件。
                        PbO雖然不能形成醫用鉛玻璃的網絡結構,但是Pb0的加入可以降低玻璃的熔點。Pb是重金屬元素,核外電子層多,離子半徑大,電子云容易變形,這些都決定了鉛玻璃電阻大,介質損耗小,折射率和色散高,以及吸收高能輻射等一系列特性。
                晶態PbO中存在一種四方錐體[PbO4的結構單元,Pb2+離子的惰性電子處于遠離四個氧離子的一面。一般認為,在高鉛玻璃中均存在這種四方錐體,它形成一種螺旋形的鏈狀結構,在玻璃中與硅氧四面體【SiO習通過頂角或共邊相連接,形成一種特殊的網絡,如圖3.1所示.正是這種特殊的網絡,使PbO-Si2系統具有很寬的玻璃形成區,并決定了PbO在硅酸鹽熔體中的高度助熔性。鑒于PbO的以上優點,故在Si02和B203中加入適量PbO,成為Si02-B203-PbO為主體的玻璃。Pb0的不足之處在于使玻璃的介電常數變大,并且其屬于重金屬氧化物,具有一定的毒性。
                        CaO屬于網絡外體氧化物,Ca2+屬于網絡外體離子,配位數一般為6, Ca2+在結構中的活動性很小,一般不易從玻璃中析出,在高溫時活動性較大。CaO可以有效阻止玻璃中堿金屬離子的遷移,所以其可以增加玻璃的電阻率和化學穩定性,同時可以降低玻璃的介質損耗。所以在本實驗設計的玻璃中引入CaO。但是,CaO的含量過多,將使玻璃的粘度變大,脆性增大,同時析晶傾向增大,這與Ca2+對結構的集聚作用有關。MgO屬于中間體氧化物,作用類似于CaO。 MgO取代部分Ca0后,可以降低玻璃的析晶能力和調整玻璃的料性。因而引入少量的Mg0.
                        Na20和K20等堿金屬氧化物屬于網絡外體氧化物,對Na20. K20而言,Na+K+是一種淺勢阱、低激活能的弱系離子,其半徑較大,場強小,與氧結合力較弱,氧離子易于擺脫陽離子的束縛,是“游離氧”的提供者,主要起斷網作用,使玻璃結構疏松。Na2O能夠顯著降低玻璃的軟化點,增大熱膨脹系數,但對玻璃的化學穩定性有不良影響;K20的作用和Na2O類似,但K+的半徑較大,難以在玻璃網絡中移動。由于LTCC基板復合材料需要在較低的溫度下燒成,所以一般均需加入堿金屬氧化物以降低玻璃的軟化溫度和復合材料的燒結溫度,同時也可降低玻璃的熔煉溫度和復合材料制備工藝上的困難。因此在玻璃熔制過程中引入少量的Na2O和K2O.
                        根據以上分析,在設計的鉛玻璃中應該含有SiO2, B2O3, PbO, CaO. MgO和適量的堿金屬氧化物等,同時加入少量的coo著色。

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