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TiO2BaOSiO2系统高折射率玻璃微珠的研制一

2022-04-28 来源:安宁市机械信息网

TiO2—BaO—SiO2系统高折射率玻璃微珠的研制一

摘要:以TiO2—BaO—SiO2系统为高折射率玻璃微珠的玻璃系统,采用X射线衍射、梯度炉、光学显微镜等测试手段探讨了玻璃微珠的析晶、成型方法和折射率的测定方法。结果表明,TiO2—BaO—SiO2玻璃系统随着TiO2/BaO摩尔比的增大,析晶倾向增大,所制得的玻璃微珠通过固体介质熔融比较法测得2.0<nD<2.1。

关键词:TiO2—BaO—SiO2系统;玻璃微珠;高折射率

高折射率(nD≥1.9)玻璃微珠是制造回归反光新型光学功能复合材料的核心。回归反光材料是由高折射率玻璃微珠、反光衬底材料、耐候性高分子树脂及高性能胶粘剂组成的复合型贴膜材料。随着我国对基础设施建设投资力度的加大,尤其是西部大开发战略的实施,回归反光材料的需求量越来越大。目前国内使用的贴膜材料几乎全部是从美国3M公司进口。高折射率玻璃微珠在我国只有少数厂家采用铂金坩埚熔融法生产,其产品技术参数很不稳定,且设备投资大、耗能高、成品率低,难以大规模批量生产。所以,深入研究高折射率玻璃微珠的化学组成、成型方法以及性能参数的测定评价等,对于完善高折射率玻璃微珠的生产工艺,提高产品质量及降低成本等,在我国具有非常重要的意义。

本文以TiO2—BaO—SiO2系统为高折射率玻璃微珠的玻璃系统,采用X射线衍射、光学显微镜等手段探讨了玻璃微珠的析晶、成型方法和折射率的测定方法。

1 实验部分

实验中TiO2、BaCO3和SiO2等均采用分析纯试剂。将各种原料按照一定的配比,称量混合均匀后,在刚玉坩埚中熔化并保温一定时间,将熔融液迅速倒入水中进行淬冷,得到的玻璃粉采取两种方式成珠。采用日本理学D/max 2200 X射线衍射仪进行物相分析。利用梯度炉测定玻璃析晶温度范围,成珠后的样品采用德国Leitz Laborluxl2 POL型光学显微镜进行玻璃微珠的失透、珠径和圆整度的观察。

2 分析与讨论

2.1 玻璃微珠组分的确定

nD=1.93时球状透明体的焦距恰在球体的表面,此时作成的反射膜回归反射性能最好。普通玻璃不足以达到如此高的折射率,提高折射率的方法是在玻璃成分中加入折射率高的组分离子,如pb2+、Ba2+、Bi3+、Ti4+等。由于pb2+有毒,不符合环保要求,而TiO2—Bi2O3系统形成玻璃的范围又极窄,因而选择TiO2—BaO—SiO2系统作为玻璃微珠的系统。

根据蒋亚丝的研究成果,为了达到高折射率,组成必须考虑各组分的比例。TiO2太少时,折射率低;TiO2太高时,熔化困难。TiO2和BaO共存时,使玻璃的熔化温度下降。BaO含量太高时,对坩埚的侵蚀相当严重。ZnO的折射率较高,能适当提高玻璃的耐碱性,ZnO含量过高时,将增大玻璃的析晶倾向。结合本研究几次尝试性的工作,确定TiO2的含量范围(wt%)为30~50,BaO的含量范围为30~50,SiO2的含量为12~13。因影响玻璃折射率的主要因素为TiO2与BaO的含量,通过改变二者的比例,确定玻璃配方的化学组成(如表1所示)。

(待续)

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