电子基板玻璃是现今一种十分热门的材料,由于其良好的性能使其成为液晶显示器行业发展的重要原材料之一。电子基板玻璃主要分为两类,分别是含碱电子基板玻璃和无碱电子基板玻璃。含碱玻璃中的碱金属离子会严重影响显示器的显像性能和寿命且会造成产线的污染。相比之下,无碱玻璃不含有碱金属离子使其成为当前电子基板玻璃的主流配方。本文以碱土金属氧化物(RO)为切入点,采用高温熔融法制备了以RO为变量的无碱铝硼硅酸盐系统玻璃来研究电子基板玻璃的理化性能和混合碱土效应。本文通过不同测试手段和FTIR、NMR和XPS等方法分别对玻璃的物化性能和微观结构进行了表征,研究了 RO对玻璃理化性能的影响和分析其影响机理,并且对玻璃的内部结构进行模拟。本文得出的结论如下:(1)添加MgO和CaO玻璃样品的密度呈现出增大的趋势,原因为Mg2+和Ca2+半径小,填充于网络结构中的空隙使得结构更加紧密;添加SrO玻璃样品的密度前期增大的原因为Sr2+的相对原子质量较大会影响玻璃的平均原子质量增大,之后网络结构断裂从而使得密度出现降低的情况;添加BaO玻璃样品的密度先减少后增加,原因为Ba2+的半径过大使网络结构扩张导致密度下降,之后BaO提供游离氧,[BO3]逐步转化为[BO4]使得网络结构变得致密。(2)由于RO的断网作用,使得玻璃的硬度出现下降的趋势。添加相同含量RO玻璃样品的硬度由于半径的原因以MgO、CaO、SrO和BaO的顺序不断降低。(3)除了添加MgO的玻璃样品介电常数上下波动,其余均出现先上升后下降的趋势。其原因是阳离子原子核的正电荷会吸引O2-的电子云,使O2-最外层的电子云发生变形;O2-上过多的负电荷会对阳离子的电子云产生排斥作用,使电子云发生变形。以上两方面结合使得玻璃的介电常数发生变化。而Mg2+半径较小,电子与核联系紧密,电子云不易发生变形且Mg2+的极化力较小,不能使O2-最外层电子云发生较大变化,导致其极化率较低,因此介电常数变化不明显。(4)HF与玻璃不能生成保护膜阻止反应的继续进行使得耐酸性降低。同时,R2+的增多,促使反应向加剧侵蚀的方向进行。玻璃的耐碱性随着RO的增多而逐渐升高,组分中RO不断增多,在玻璃表面产生更多不溶于碱溶液的物质导致R2+无法移动到玻璃表面,阻止玻璃继续被侵蚀。玻璃的耐水性呈现出先升高后降低的趋势,除添加MgO的另外三组样品耐水性最后则升高。样品由于水化反应生成硅酸凝胶膜使得耐水性提高;之后由于桥氧不断被破坏形成非桥氧且[BO3]易被极性水分子的亲电子侵蚀而导致耐水性出现下降的情况;最后,其余三组样品耐水性升高的原因为[BO3]不断转化为[BO4],被极性水分子的亲电子侵蚀缓缓减弱。(5)MgO替换CaO的玻璃样品的硬度、介电常数和热膨胀系数均发生非线性变化且在k=0.5附近取得极小值。空位不匹配会使空位的性质发生变化导致硬度下降;玻璃网络结构中出现阻塞效应最终导致其介电常数的下降;用MgO替换CaO会使得[AlO4]单元的不对称性降低,结合镁离子与网络的相互作用较弱使得热膨胀变小。