高硼硅玻璃材料结构及性能分析

摘要：在当前的社会生活中，高硼硅玻璃被广泛应用于实验室、生物制药、化工生产等领域，并为生产研究提供了极大的支持，本文介绍了高硼硅玻璃产品的常见成型方式、材料的结构测试与性能表征，以期在明确高硼硅玻璃材料结构性能的基础上，为其制定针对性的质量提升方式，希望能够给读者带来启发。

关键词：高硼硅玻璃；材料结构；材料性能

引言：高硼硅玻璃作为一种具有良好光学、热学性能的特种玻璃，在众多领域发挥了极为重要的作用，在实际使用过程中，不同成型方式生产的高硼硅玻璃产品样式也较为多样，现阶段，为保证不同高硼硅玻璃产品质量切实满足社会生产的需要，对其材料结构与性能表征加以测试，成为了一项极为必要的工作。

一、高硼硅玻璃产品的常见成型方式

在当前的高硼硅产品生产过程中，较为常见的产品成型方式包括机吹、人吹、拔管、二次加工等，不同工艺的产品生产流程存在一定的差异，具体来说，首先，机吹产品的生产流程为生产原料—生产配料—物料熔化—溶液吹制—爆口—捏嘴—印标—退火；其次，人吹产品的生产流程为玻璃原料—玻璃配料—物料熔化—挑蘸料—滚铃—吹小泡—人工吹制—爆口—捏嘴—印标—退火；再次，拔管产品的生产流程为玻璃原料—玻璃配料—物料熔化—成型—截管/退火—再切—烤口—包装；最后，二次加工产品生产主要是指将玻璃半成品进行二次加热，使其局部变形、软化，然后通过对其进行切割、钻孔等操作的方式，使玻璃产品能够满足产品生产的需要[1]。

二、高硼硅玻璃材料结构测试与性能表征

（一）傅里叶变换红外光谱（FTIR）测试

在当前的物质世界中，物质内部分子处于不停振动状态当中，各种简正振动的叠加汇聚成了物质中分子的总振动，在当前的高硼硅玻璃材料结构测试的过程中，由于简正振动存在红外活性，因此，可以应用一束波长连续的红外光透过高硼硅玻璃材料的样品，然后通过分析红外光的吸收情况，对其物质内部结构进行科学的判定。同时，在当前的高硼硅玻璃材料结构分析过程中，红外光谱不仅可以实现材料物质分子结构的基础性研究，还可以分析材料的物质化学组成。具体来说，在应用红外线光谱进行高硼硅玻璃材料分析的过程中，可以通过测定材料分子键长度与键角大小，并对其进行定性分析的方式，推断材料分子的立体结构。此外，在测量过程中，还可以依据测得的力常数，明确分子化学键的强弱，然后以此为基础对材料的内部结构基团进行定量分析。具体的分析方法为，先依据吸收光谱出现的位置，判定基团位置，然后依据吸收光谱的强度，分析材料中基团的含量。以某高硼硅玻璃材料为例，在对其进行红外光谱测试的过程中，可选择的测试仪器为Nexus傅里叶变换红外光谱仪，在测试过程中，可以在室温条件下，先用K61a85368d051e_html_3e081712abb49b76.gif r压片法将高硼硅玻璃材料制成粉末，然后取2mg的玻璃粉末与200mg的K61a85368d051e_html_3e081712abb49b76.gif r粉末进行玻璃材料结构的半定量分析，消除粉末浓度对压片的影响，在测试过程中，扫描波数范围在400—4000cm-1之间。

（二）热膨胀性能测试

对于高硼硅玻璃材料来说，其热膨胀性能不仅与玻璃的热膨胀系数存在着直接的关系，还与后续玻璃产品的使用情况间存在着直接的联系。在当前的高硼硅玻璃材料热膨胀性能测试过程中，可以采用示差法。具体来说，在应用示差法的过程中，由于石英玻璃棒或管有着良好的热稳定性，在温度发生变化时，其热膨胀系数变化极小，因此，可以将石英玻璃棒或管当做示差法比较的参照物。在应用示差法对高硼硅玻璃材料的热膨胀性能进行测试时，可以将高硼硅玻璃材料试样与石英玻璃放到同一环境下，随着环境温度的提升，样品与石英玻璃均出现了一定的膨胀，但可以发现，样品的膨胀比石英玻璃大，这种情况的出现导致了试样与石英玻璃发生相对位移，而这个位移可以看做是参比物与待测样本间的膨胀差值，当得到具体的膨胀差值后，再依据已知的石英玻璃膨胀系数，以公式61a85368d051e_html_ef1a1a00b8b2d6ab.gif =61a85368d051e_html_5c7bc50a0bebae0b.gif +61a85368d051e_html_f4c7045e06c8144e.gif 为基础，计算样品的热膨胀系数，式中61a85368d051e_html_ef1a1a00b8b2d6ab.gif 指的是线膨胀系数，61a85368d051e_html_2afa0f00123a8cf2.gif 指的是初始长度，61a85368d051e_html_f4c7045e06c8144e.gif 指的是石英玻璃的膨胀系数。在进行高硼硅玻璃材料的热膨胀性能测试时，可以先将样品切割并打磨成4mm61a85368d051e_html_2bf7769d8d0ad795.gif 4mm61a85368d051e_html_2bf7769d8d0ad795.gif 25.40mm的样品条，然后选择同规格的石英玻璃棒作为参照物，在对其进行热膨胀系数测量的过程中，可以应用DIL2012STD膨胀仪，控制仪器的升温速度为5℃/min，加热温度的范围在25—900℃之间。

（三）高温粘度测试

粘度是玻璃熔体在一定温度下的粘性表征。对高硼硅玻璃产品的所有生产制作流程进行分析，可以发现，很多工艺流程均与粘度有着密切的关系。对玻璃进行分析可以发现，其粘度主要取决于熔体的内部结构，而其内部结构由于玻璃的化学组成与所处环境温度有着直接的关系。当前高硼硅玻璃材料熔体中往往包含着较多大小不一的配位多面体群，群体、群体间的空隙以及金属离子共同构成了熔体的结构，在高温环境下，玻璃的空隙增大，这使得金属离子的穿插移动难度大大下降，此时玻璃的粘度下降；在低温环境下，玻璃的空隙减小，金属离子的穿插难度上升，玻璃的粘度增大。现阶段，较为常用的玻璃粘度测试方法包括陷入法、旋转法、升球法等。若采用升球法对玻璃流体的粘度进行测试，那么可以选择高温旋转粘度仪作为测试主要仪器，取200g的玻璃块状样品，控制企业内的温度范围在1100—1550℃之间，在测试过程中，玻璃流体的粘度发生变化，仪器中与流体接触的转子粘性力矩发生变化，此时可以通过转速变化情况对玻璃粘度进行推断。

（四）化学稳定性测试

高硼硅玻璃产品在实际应用过程中，往往会受到空气、水、酸、碱等介质的侵蚀，为了进一步延长高硼硅玻璃产品的使用寿命，提升玻璃产品的化学稳定性，降低上述介质对玻璃的损伤，成为了一项极为必要的工作。现阶段，为切实了解高硼硅玻璃材料的化学稳定性，可以应用粉末法、表面法等方法，对玻璃的化学稳定性进行测试。具体来说，若采用表面法测试高硼硅玻璃的化学稳定性，那么在测试前可以先将材料制备成规则的块体，首先，将其放置到装有去离子水的烧杯中，测试水对材料块体的腐蚀情况；其次，将块体放到装有1mol61a85368d051e_html_e46468a3ea6ef539.gif L盐酸的烧杯中，测定酸对材料的腐蚀情况；最后，将块体放到装有装有1mol61a85368d051e_html_e46468a3ea6ef539.gif L氢氧化钠溶液、1mol61a85368d051e_html_e46468a3ea6ef539.gif L碳酸钠溶液的聚四氟乙烯烧杯中，测试碱对材料的腐蚀情况。在将材料放入烧杯中以后，可以采用将烧杯密封的方式，避免酸碱物质的挥发，然后再将材料在烧杯中放置一个月后，去除样品，用去离子水去掉块体表面残留的溶液，并用酒精烘干块体，通过称重的方式，了解不同溶液对块体的腐蚀情况。由于玻璃块体在腐蚀液中会损失一部分的质量，在完成块体质量称量后，可以用损失的质量除以块体的表面积，从而得到块体的单位表面积质量损失[2]。

结论：总而言之，在当前的高硼硅产品生产过程中，为保证产品的质量能够切实满足后续产品使用的需要，应用合适的方法对其材料结构进行测试，了解材料的性能表征，成为了切实把控产品质量波动的有效方式之一。

参考文献：

[1]吴文玲.高硼硅玻璃的产品质量控制[J].江苏建材,2018(01):9-11.

[2]徐正本,王宏彦,张超.高硼硅玻璃全电熔窑生产工艺控制探讨[J].冶金与材料,2018,38(06):114-115.