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铋系低熔点电子玻璃结构与性能的表征

作 者: 董福惠
导 师: 夏秀峰
学 校: 东华大学
专 业: 材料物理与化学
关键词: 铋系玻璃 无铅玻璃 低熔点电子玻璃 Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2系统 电性能 云母
分类号: TQ171.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 44次
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内容摘要


随着家用电器等领域向小型化方向的发展,采用介质涂层材料作为发热元件正成为一种发展趋势。作为导电、电阻及绝缘涂层材料基础的低熔点电子玻璃材料正迅速地得到研究和应用。铅玻璃是重要的低熔点绝缘玻璃材料,由于该玻璃在软化温度、绝缘性能及低成本等方面都具备了许多的优点,是应用最多而广泛的绝缘材料。但随着环保标准的逐步提高,铅玻璃已经被其它系统的低熔点玻璃所代替。本文基于铅玻璃在低熔点电子玻璃应用方面的限制,提出了采用无铅化的铋系低熔点电子玻璃系统取代原先的铅系玻璃,设计了Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2系的玻璃组成,通过交叉研究,对Bi2O3含量在65%-85%范围之间的铋系玻璃在其形成情况、软化温度、绝缘性能及其它电性能等方面进行了详细的研究,通过采用DTA、红外光谱、X衍射分析、体积电阻率、介电常数、介电损耗等多种测试方法对各组成的玻璃在性能及结构上进行了分析,并对组成中其它氧化物在玻璃中的作用及其含量的变化对性能的影响分别进行了研究,确定了性能符合要求的铋系统玻璃形成区域,研制了具有实用性的低熔点、高绝缘性能的电子玻璃材料。当80≤Bi2O3(wt%)≤85时,玻璃组分中Al2O3含量为4.5%是较好的添加量;而ZnO/Al2O3为1时所形成的玻璃性能最佳;而当75≤Bi2O3(wt%)≤80时,玻璃中添加少量的SiO2能够明显提高玻璃的电性能。该系统中玻璃的软化温度与体积电阻率随B2O3含量的增大而升高,介电损耗随B2O3含量的增加而降低。玻璃的烧结温度在500-520℃左右,体积电阻率达到1014Ω·cm,介电损耗在0.003左右。本文还研究了外加云母粉对玻璃性能及结构方面的影响。当云母粉添加量在3%-5%范围时,能使基础玻璃的体积电阻率提高10倍左右,且对烧结温度与介电损耗等影响较小。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章 绪论  12-30
  1.1 低熔点玻璃的概述  12-20
    1.1.1 低熔点玻璃的分类  12-15
    1.1.2 低熔点玻璃的组成特征  15-16
    1.1.3 低熔点玻璃的应用  16-20
  1.2 低熔点绝缘玻璃的研究概况  20-25
    1.2.1 国外研究概况  21-23
    1.2.2 国内研究概况  23-25
  1.3 低熔点绝缘玻璃的发展趋势  25-28
    1.3.1 低熔点绝缘玻璃的发展状况  25-26
    1.3.2 低熔点绝缘玻璃发展中存在的问题  26-28
  1.4 课题研究内容  28-30
第二章 实验与测试  30-38
  2.1 样品的制备  30-33
    2.1.1 玻璃组成  30-31
    2.1.2 实验原料  31-32
    2.1.3 样品制备  32-33
  2.2 性能测试  33-35
    2.2.1 热膨胀系数测定  33
    2.2.2 体积电阻率测定  33-34
    2.2.3 介电性能测定  34-35
    2.2.4 半球温度(烧结温度)测定  35
    2.2.5 差热分析  35
  2.3 结构测试  35-38
    2.3.1 红外吸收光谱  35-36
    2.3.2 X射线衍射  36
    2.3.3 扫描电子显微镜  36-38
第三章 结果与讨论  38-60
  3.1 玻璃组成变化对低熔点玻璃性能的影响  38-48
    3.1.1 Bi_2O_3/SiO_2含量对玻璃性能的影响  39-42
    3.1.2 Al_2O_3含量对玻璃性能的影响  42-43
    3.1.3 B_2O_3含量对玻璃性能的影响  43-44
    3.1.4 ZnO含量对玻璃性能的影响  44-46
    3.1.5 Bi_2O_3/ZnO含量对玻璃性能的影响  46-47
    3.1.6 小结  47-48
  3.2 玻璃组成的变化对结构的影响  48-52
    3.2.1 红外光谱分析  48-49
    3.2.2 XRD分析  49-51
    3.2.3 小结  51-52
  3.3 云母粉添加物对玻璃性能与结构的影响  52-57
    3.3.1 外加云母粉对玻璃转变温度的影响  53
    3.3.2 外加云母粉对玻璃电性能的影响  53-55
    3.3.3 XRD分析外加云母粉对玻璃结构的影响  55
    3.3.4 SEM分析外加云母粉对玻璃结构的影响  55-57
    3.3.5 小结  57
  3.4 符合项目要求的低熔点玻璃的组成及性能  57-60
    3.4.1 玻璃的组成  58
    3.4.2 主要的性能指标  58-60
第四章 结论  60-62
参考文献  62-67
致谢  67-68
发表文章及申请专利  68

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 玻璃工业 > 基础理论
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