基于复合涂层应用的低熔点玻璃的制备与研究

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近年来,随着玻璃表面深加工技术的发展,在平板玻璃表面进行艺术装饰与保护逐渐成为研究热点。其中,低熔点玻璃性能优劣对喷墨涂层技术起到至关重要的影响。ZnO-B2O3-SiO2(ZBS)系统玻璃具有较低的熔化温度和良好的热稳定性、电绝缘性,可用于玻璃表面深加工等领域,但是目前针对玻璃打印涂层技术用的ZBS系统低熔点玻璃研究较为匮乏。因此,研究基于复合涂层应用的低熔点玻璃及其烧结性能对于推动整个玻璃基复合涂层的应用有着重要的意义。本文首先以ZBS低熔点玻璃为研究对象,采用XRD、SEM、DSC、Raman、硬度分析、耐酸碱性等测试方法对低熔点玻璃进行研究。首先研究了不同氧化物含量对低熔点玻璃网络结构、理化性能的影响;其次针对复合涂层探究了最优热处理制度;利用ZrO2与色料复相增韧的原理,探索了在玻璃基复合涂层中ZrO2增强涂层的可行性,并研究其最佳的掺量。经过以上研究得到以下结论:(1)在三元系统中,SiO2和B2O3都以网络形成体存在,[BO3]的含量有明显增加,玻璃结构比较不稳定。在四元系统中,Al2O3作为网络外体填充网络间隙,使玻璃体中非桥氧减少,玻璃网络结构增强,B2O3仍然主要以三配位硼氧平面三角体[BO3]形式存在;(2)在五元系统中,除了Al2O3之外,Na2O和CaO也作为网络外体,填充了网络间隙,使结构变得更加紧密。在多元系统中,增加桥氧,玻璃结构更加密实。随着ZnO量的增加,[ZnO4]数量也增加,虽然其基团振动频率弱,但是由于其数量多,还是在A0样中检测到了[ZnO4]中的Zn-O振动峰。当ZnO含量为32 wt%时,其性能达到最佳,耐酸碱性为A级,硬度值为628.9 Hv;(3)随着玻璃组分中K2O含量的增加低熔点玻璃的结构呈现先变松散后又变致密的过程,其热膨胀系数呈现先减小后又逐渐增大,样品K5的Tg降低到了489℃。在同等掺杂情况下,当RO掺杂量较少时,氧化物影响效应顺序为MgO>CaO>BaO;对提高玻璃硬度的作用大致是:MgO>BaO>CaO。综合性能测试和结构分析,性能最佳的两个化学组成是C3和C4化学组成;(4)选择了C3和C4化学组成的低熔点玻璃粉末进行复合涂层制备,综合所有性能与形貌的测试,C3化学组成的低熔点玻璃粉末更适合应用于复合涂层。在560℃热处理时,C3样品的复合涂层表面无裂纹、无孔隙,表面光泽度好;在85°时的光泽度达到76.1。同样,C3复合涂层样品显微硬度值达到最大值579Hv。其耐酸碱等级分别是B、A级。(5)当ZrO2颗粒引入之后,复合涂层的硬度值明显提高,引入2 wt%ZrO2颗粒后,复合涂层显微硬度值分别提高27.25%,在85°时的光泽度达到76.4。Zr4+会与低熔点玻璃粉在热处理过程中有少量的Zr4+进入了玻璃内部的网络结构。
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