摘 要

硼硅酸盐玻璃是以SiO₂、B₂O₃为基本成分的一种玻璃。由于具有较低的热膨胀系数、良好的热稳定性和化学稳定性、耐腐蚀性强、优异的光学性能和电学性能、较高的机械强度和机械可加工性、适用于各类实践环境等优点，硼硅酸盐玻璃逐渐进入人们的视线并且在人们的日常生活中得到了越来越广泛的应用。例如我们日常接触到的输液瓶、玻璃仪器、日光灯管以及液晶显示器、手机触摸屏都应用到了硼硅酸盐玻璃。它的应用也不局限于生活中，随着科技的不断发展硼硅酸盐玻璃已经多样化地使用在仪器、防火、电子、生物和制药等行业。而锌硼硅玻璃就是其中已得到广泛关注的一种。

论文主要研究B₂O₃的引入量变化对ZnO-B₂O₃-SiO₂玻璃结构和性能的影响，以确定合适的B₂O₃引入量。通过光谱分析了ZnO-B₂O₃-SiO₂玻璃在不同B₂O₃含量下的结构变化，其中的玻璃组成从三元变化到四元到五元，再到多元，探究ZnO-B₂O₃-SiO₂玻璃在不同B₂O₃含量下的结构变化。

研究结果表明：在三元玻璃系统中，随着B₂O₃含量的增加，玻璃中[SiO₄]的数量有减小的趋势,[BO₃]的数量逐渐增加,[BO₄]的数量有一定地减少。随着ZnO含量的减少，[ZnO₄]的含量也逐渐减少。合适的B₂O₃引入量为20-30mol%为佳，过多或过少都会导致[BO₄]的含量降低，玻璃结构稳定性降低。在多元玻璃系统中，碱金属氧化物比碱土金属氧化物更能促进层状的[BO₃]转化成网状的[BO₄]，且等量时，K₂O比Na₂O效果更好。玻璃结构稳定性和致密性，依次，三元玻璃弱于四元玻璃弱于五元玻璃弱于多元玻璃。

本文的特色：主要为研究的对象从三元组成逐渐变化到多元组成，再通过红外光谱研究其结构变化。

关键词：锌硼硅玻璃；B₂O₃；红外光谱

Abstract

Borosilicate glass is a kind of glass whose basic ingredients are SiO₂ and B₂O₃.Because it has low thermal expansion coefficient,good thermal stability and chemical stability,strong corrosion resistance,excellent optical properties and electrical properties,high mechanical strength and mechanical advantages of working ability,and is suitable for all kinds of practice occasions.the boron silicate glass has gradually caught more and more attention and has been applied more and more widely in the daily life of people.Such as the infusion bottle,the glass apparatus,the fluorescent tube,the liquid crystal displays and the mobile phone touch screen,which are all tightly related to our daily life.Nevertheless,its application is not limited in the daily life.With the continuous development of science and technology,the boron silicate glass is also used in diverse fields,like instruments,fire protection,electronics,biology,pharmaceutical industries and so on.And zinc borosilicate glass is one of those that are widely paid attention to.

This thesis mainly focus on how the changes of B₂O₃ quantity influence the structure and properties of ZnO-B₂O₃-SiO₂ glass,and determine the appropriate amount of B₂O₃.The structure of ZnO-B₂O₃-SiO₂ is analyzed through infrared spectra when the amount of B₂O₃ varies.And the component of glass varies from three components to four components and to five components and finally to multiple components.

And the results are that:with the increasing of B₂O₃,the [SiO₄] in the glass has a tendency to decrease,and the amount of [BO₃] is increased while the amount of [BO₄] does not decrease considerably.

The advantage of this thesis is that the glass components varies from three components to four, five and multiple components.

Key Words：zinc borosilicate glass；B₂O₃；infrared spectra

目 录

摘要 Ⅱ

Abstract Ⅲ

第一章 绪 论 1

1.1 硼硅酸盐玻璃研究背景 1

1.2 玻璃中的常见氧化物 2

1.2.1 氧化硼（B₂O₃） 2

1.2.2 氧化锌（ZnO） 3

1.2.3 氧化硅（SiO₄） 3

1.3 硼硅系统玻璃结构和性能 3

1.3.1 热学性能 4

1.3.2 光学性能 4

1.3.3 机械性能 4

1.3.4 化学性能 4

1.4 ZnO-B₂O₃-SiO₂玻璃的结构组成 4

1.5 锌硼硅玻璃研究现状及发展前景 6

1.6 研究的目的及意义 7

第二章 实验方法及测试 9

2.1 实验流程 9

2.2 玻璃的组成设计 9

2.3 实验设备 10

2.4 玻璃的制备 11

2.5 玻璃的结构及性能测试 11

2.5.1 傅里叶红外光谱（FTIR）测试 11

2.5.2 拉曼光谱（Raman）测试 12

第三章 实验结果分析 13

3.1 光谱分析 13

3.1.1 三元系统玻璃 13

3.1.2 四元系统玻璃 15

3.1.3 五元系统玻璃 17

3.1.4 多元系统玻璃 19

第四章 结论 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1硼硅酸盐玻璃研究背景

起初，当阿贝（Abbe）和肖特（Schott）开始关注并制备硼硅酸盐玻璃，那是在19世纪末，随着时代发展，关于硼硅酸盐玻璃的研究甚至有了开始超越钠钙硅玻璃的趋势，进行的推广使用也变得更加密集，受到的赞美也纷至沓来，关于硼硅酸盐类型玻璃的结构与性能的钻研与测试在国内外十分众多，从而反映其近些年发展之迅速。

徐建梅和谭劲^[1]结合了一些现代化的测试手段，如扫描电镜、红外光谱等等，研究了硼硅酸盐在不一样的分相温度下和不一样的保温时间下，玻璃分相因此会有怎么样的变化，进而研究了Na₂O-B₂O₃-SiO₂的结构与工艺，得出结论：当玻璃的分相温度越低，分相时间越长，分相也更加剧烈更加严重，与此同时，硼氧三角体向硼氧四面体变化的比例也越大。

许靖琨^[2]等研究了Li₂O对ZnO-B₂O₃-SiO₂玻璃关于热膨胀系数的差异时,得出结论如下：在ZnO-B₂O₃-SiO₂系统中掺杂质量分数有所区别的Li₂O时，通过XRD，傅立叶红外光谱等分析了Li₂O对玻璃的影响的结果都有所差别。