CaO/BaO对硼铝硅酸盐玻璃理化性能的影响研究开题报告

2020-04-25 20:21:06

1. 研究目的与意义（文献综述）

一、目的及意义

掺入碱土金属氧化物的硼铝硅酸盐玻璃，其化学组分为(ro-b₂o₃-al₂o₃-sio₂)，在硅酸盐玻璃中引入碱土金属氧化物ro，会影响玻璃的理化性能。玻璃的密度随着掺入碱土金属氧化物中金属离子半径的增大而增大；随着碱土金属离子半径的增大，热膨胀系数不断增大。在玻璃中用碱土金属氧化物代替碱金属氧化物，一般会使电导率下降；玻璃的弹性模量e与玻璃的化学组成、温度和热处理有关，弹性模量直接与玻璃内部组成质点间化学键强度有关，键力愈强变形愈小，氧化物对提高玻璃弹性模量的作用是cao﹥bao。本实验设计，主要是为了加深了解碱土金属氧化物在玻璃中的作用效果，选择合理的碱土金属氧化物配比，并且探究不同的ω值，设ω=cao/bao，对硼铝硅酸盐玻璃理化性能的影响，其中需要测试硼铝硅酸盐玻璃理化性能主要有硬度、化学稳定性、膨胀系数、弹性模量、介电常数和密度。了解硼铝硅酸盐玻璃国内外相关研究概况和发展趋势；确定合适的cao/bao硼铝硅酸盐玻璃组分，测试相应的理化性能；使用cao/bao复合碱土金属组分，提高铝玻璃熔化质量，优化玻璃的理化性能。

二、目前国内外研究现状分析

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2. 研究的基本内容与方案

三、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

1、基本内容

对于掺入碱土金属氧化物的硼铝硅酸盐玻璃，掺入的碱土金属离子会使得该种玻璃的理化性能得到相应的改变。在本实验中，我们将掺入的碱土金属氧化物设定为CaO和BaO，设ω=CaO/BaO，设计六组数据(见表二)，研究在不同的ω值下，测试制备的玻璃的理化性能，其中需要测量的理化性能包括硬度、化学稳定性、膨胀系数、弹性模量、介电常数和密度。通过测量，比较在不同ω值下，比较玻璃理化性能的差异，并确定合适的ω值，使玻璃的理化性能得到优化。

2、目标

制备ω值不同的六组玻璃试样，测量其相应的理化性能，比较不同的ω值对硼铝硅酸盐玻璃的影响，并找到合适的CaO/BaO复合碱土金属组分，提高铝玻璃熔化质量，优化玻璃的理化性能。

3、制备方法

本实验采用熔融法制备玻璃，熔融法包括基础玻璃的融制和基础玻璃的成型两个过程。

溶制是玻璃生产中重要的工序之一，是配合料经过高温加热形成均匀、无气泡、符合成型要求的玻璃液的过程。玻璃制品中的大部分缺陷主要在溶制过程中产生。玻璃熔制过程的好坏与产品的产量、质量、合格率、生产成本、燃料消耗和池窑寿命都有密切关系，因此进行合理的熔制，是使整个生产过程得以顺利进行并产出优质玻璃制品的重要保证。

玻璃熔体的成型方法有压制法、压延法、浇铸法、吹制法、离心法、喷吹法、浮法、焊接法等。

熔制法最大特点是可利用拉制、吹制、压延、绕注等方法使玻璃成形，且易于制备形状复杂、尺寸精确的制品，有利于于机械化、自动化生产。但是，这种方法也存在一定的问题，例如溶制温度髙、能耗大、时间长，使得到在现实生产中难于实现，热处理制度在生产中难于操控等。

4、实验药品

表一

组成	引入方式	试剂分子式	分子量（g/mol）	纯度/%
SiO₂	二氧化硅	SiO₂	60.08	99.00
MgO	轻质氧化镁	MgO	40.30	98.50
Al₂O₃	氧化铝	Al₂O₃	101.96	99.00
B₂O₃	硼酸	H₃BO₃	61.83	99.90
CaO	碳酸钙	CaCO₃	100.09	99.80
SrO	碳酸锶	SrCO₃	147.63	99.00
BaO	碳酸钡	BaCO₃	197.34	99.00
SnO₂	氧化锡	SnO₂	150.71	99.50

5、基础玻璃组分（mol%）

表二

氧化物	1	2	3	4	5	6
SiO₂	67.65	67.65	67.65	67.65	67.65	67.65
Al₂O₃	10.70	10.70	10.70	10.70	10.70	10.70
B₂O₃	9.35	9.35	9.35	9.35	9.35	9.35
MgO	3.75	3.75	3.75	3.75	3.75	3.75
CaO	8.15	7.15	6.15	5.15	4.15	3.15
SrO	0.30	0.30	0.30	0.30	0.30	0.30
BaO	0.00	1.00	2.00	3.00	4.00	5.00
SnO₂	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10
(mol.%)	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00
CaO/BaO(ω)	∞	7.15	3.08	1.72	1.04	0.63

6、实验流程

根据表二中的基础玻璃组分，制作六个不同ω值得玻璃试样，分别测量其理化性能。先按照基础玻璃组分计算，配料，混合，研磨均匀，放入铂金坩埚中，在1400℃温度下加料，而后升温至1650℃在高温升降炉中熔融，随后将玻璃液浇铸在预先加热好的石墨模具上成型,随后迅速将玻璃放入退火炉中在650℃温度下缓慢退火，消除内应力，而后随炉降温。取出烧成后的玻璃试样，测量其理化性能，分析数据得出结论。

7、拟采用的技术方案及措施

用熔融法制备玻璃，测量并分析玻璃试样的理化性能，玻璃的理化性能包括玻璃的硬度、化学稳定性、膨胀系数、弹性模量、介电常数、以及密度。拟采用的试验测试方法，用阿基米德排水法测量玻璃的密度；用全自动显微硬度仪测试玻璃样品的维氏硬度；用三点法测量玻璃的弹性模量；用阻抗分析仪测量玻璃的介电常数；关于玻璃的化学稳定性，选用块状法，测试玻璃在10%的HF溶液和5%NaOH溶液中的腐蚀情况；用热膨胀仪测量玻璃的线膨胀系数。

3. 研究计划与安排

四、进度安排

第1—2周：查阅相关文献，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需实验器材及样品制备方法、测试方法。确定实验方案及技术路线，完成开题报告。

第3—6周：初步进行实验，掌握实验的操作过程方法及测试处理技术，并进一步查阅资料，调整实验方案，为正式实验做准备，完成英文文献翻译。

第7—12周：正式进行实验，制备样品并进行各种测试，做好实验记录，进行实验结果的处理分析，开始撰写毕业论文。

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4. 参考文献（12篇以上）

五、阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇）

[1]程金树,田英良,张磊,等.sro/cao比对无碱铝硼硅酸盐玻璃热膨胀系数与低温特征粘度参考点的影响[j].材料科学与工程学报,2012,(1):98-101.

[2]李青,王世岚,周波,王丽红.无碱高铝硼硅酸盐玻璃澄清工艺研究[j].现代化工,2017,37(09):155-158 160.

[3]李青,张广涛,李赫然,郑权,王丽红.al₂o₃/sio₂摩尔比对无碱铝硼硅酸盐玻璃黏温特性的影响[j].硅酸盐学报,2017,45(10):1516-1522.

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