P2O5、Fe2O3和Sb2O3對Bi2O3-ZnO-B2O3體系玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、鉍酸鹽封接玻璃由于具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低、熱膨脹系數(shù)適宜等特性，在電子元器件、電真空器件、等離子體顯示器的封接方面有較廣泛的應(yīng)用。但是鉍酸鹽玻璃中Bi2O3含量較高（50～80wt％），而且Bi2O3價(jià)格昂貴，使得鉍酸鹽體系玻璃成本較高。另外Bi2O3屬于重金屬氧化物，密度較大，導(dǎo)致鉍酸鹽玻璃漿料比重大，容易產(chǎn)生分層離析，嚴(yán)重影響封接品質(zhì)。通過在鉍酸鹽玻璃中用質(zhì)量較輕的P2O5、Fe2O3、Sb2O3等氧化物取代Bi2O3來改善其性能，

2、具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文采用熔融淬冷法制備了Bi2O3-ZnO-B2O3-RnOm(RnOm=P2O5,Fe2O3,Sb2O3)四元系統(tǒng)玻璃，通過紅外光譜（FTIR）、拉曼光譜（Raman）、核磁共振譜（NMR）、X射線衍射方法（XRD）研究了玻璃的結(jié)構(gòu)變化，采用差示掃描量熱法（DSC）、熱膨脹儀研究了玻璃的熱穩(wěn)定性、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、初始析晶溫度（Tc）、熱膨脹系數(shù)（α）、玻璃軟化點(diǎn)（Ts）等熱學(xué)性能，通過

3、阿基米德排水法測試了玻璃的密度（ρ），采用失重法研究了玻璃的耐水性。研究結(jié)果如下：
　　P2O5摻入量在0～15mol%之間時(shí)能夠形成均勻的非晶態(tài)玻璃。P2O5取代Bi2O3后，玻璃結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了O–P–O鍵和P–O–B鍵，沒有P=O的存在，磷氧多面體與硼氧多面體之間的交叉結(jié)合緊密加強(qiáng)，玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。隨著P2O5含量的增加，[BiO3]和[BiO6]結(jié)構(gòu)基團(tuán)減少，[BO4]向[BO3]轉(zhuǎn)變，[BO3]相對含量增加。當(dāng)P2O5含量

4、為0～5mol%時(shí)，玻璃的熱穩(wěn)定性隨 P2O5含量增加而變差；P2O5含量在7.5～15mol%時(shí)，玻璃熱穩(wěn)定性良好。隨著P2O5含量的增多，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和軟化點(diǎn)升高，熱膨脹系數(shù)逐漸減小。P2O5的引入降低了鉍酸鹽體系玻璃的密度，并且極大地改善了鉍酸鹽玻璃的耐水性。
　　Fe2O3摻入量在0～10mol%之間時(shí)能夠形成均勻的非晶態(tài)玻璃。Fe2O3取代Bi2O3后，F(xiàn)e2O3沒有參與玻璃的網(wǎng)絡(luò)形成，而是以玻璃網(wǎng)絡(luò)修飾體存在于玻璃結(jié)

5、構(gòu)間隙。隨著Fe2O3含量的增加，[BiO3]和[BiO6]結(jié)構(gòu)基團(tuán)減少，[BO4]向[BO3]轉(zhuǎn)變，[BO3]相對含量增加。當(dāng)Fe2O3含量在0～2.5mol%時(shí)，玻璃熱穩(wěn)定性略有下降，當(dāng)Fe2O3含量在5～10mol%時(shí)，玻璃熱穩(wěn)定性快速降低。隨著Fe2O3含量的增多，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和軟化點(diǎn)升高，熱膨脹系數(shù)逐漸減小。Fe2O3的引入降低了鉍酸鹽體系玻璃的密度。當(dāng)Fe2O3含量在0～2.5mol%時(shí)，玻璃的耐水性快速提高，當(dāng)Fe2O3

6、含量在5～10mol%時(shí)，玻璃的耐水性緩慢提高。
　　Sb2O3摻入量在0～2.5mol%和15～25mol%時(shí)，能夠形成均勻的非晶態(tài)玻璃。Sb2O3取代Bi2O3后，Sb2O3參與了玻璃的網(wǎng)絡(luò)形成。玻璃結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了Sb-O鍵的非對稱伸縮振動(dòng)和Sb-O-Sb鍵的反對稱伸縮振動(dòng)。隨著Sb2O3含量的增加，[BiO3]和[BiO6]結(jié)構(gòu)基團(tuán)減少，[BO4]向[BO3]轉(zhuǎn)變，[BO3]相對含量增加。當(dāng)Sb2O3含量在0～2.5mol%時(shí)

7、，玻璃熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，Tg升高；當(dāng)Sb2O3含量在15～25mol%時(shí)，玻璃熱穩(wěn)定性先降低后升高，17.5mol%時(shí)，熱穩(wěn)定性最差，而Tg先升高后降低，17.5mol%時(shí)，Tg最高。隨著Sb2O3含量的增加，玻璃體系的熱膨脹系數(shù)逐漸減小，軟化點(diǎn)逐漸升高。Sb2O3的引入降低了鉍酸鹽體系玻璃的密度。當(dāng)Sb2O3含量在0～2.5mol%時(shí)，玻璃的耐水性提高，當(dāng)Sb2O3含量在15～25mol%時(shí)，玻璃的耐水性先升高后降低，17.5mol%時(shí)，