外摻TiO2鐵封玻璃性能研究

引言SiO2-TiO2-SrO-R2O系列鐵封玻璃易于流散和潤濕，封接效果較好，其中R2O含量（15%~17%）較高，封接溫度相對較低，封接后玻璃沿插針爬高部分易成紡錘形，該結(jié)構(gòu)不僅增加了沿面距離，而且更有利于承受外部應(yīng)力的沖擊，從而提高絕緣子的耐擊穿電壓和機械強度，但由于堿金屬氧化物含量增加，玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到更大程度的破壞，使得化學鍵斷裂加劇、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散，因而提高了玻璃中Na+、K+導電離子的遷移率，致使封接玻璃的抗熱沖擊性能下降。本文在一款SiO2-TiO2-SrO-R2O鐵封玻璃粉基礎(chǔ)上外加TiO2，研究外摻TiO2對鐵封玻璃粉封接性能及其韌性的影響。實驗（1）實驗原料。制備一款SiO2-TiO2-SrO-R2O體系鐵封玻璃粉，玻璃氧化物設(shè)計組成見表1。稱取相應(yīng)分析純原料按比例配制并混合均勻，配得200g配合料，放置于200mL剛玉坩堝中，放入硅鉬棒升降爐中進行熔制，在1500℃下保溫2h。采用水淬出料，然后進行烘干、球磨，篩分，制得約100目玻璃粉備用。為研究外摻TiO2氧化物對玻璃封接性能的影響，分別在上述制備的玻璃粉中加入不同比例的TiO2，具體外摻比例見表2。

（2）樣品制備。稱取聚乙烯醇縮丁醛和無水乙醇，按照一定比例配置粘結(jié)劑，將配好的粘結(jié)劑與上述混合粉體一次性混合均勻，部分壓制成直徑為10mm、高3mm圓柱形。將壓制好的胚體在600~640℃進行燒結(jié)處理，實現(xiàn)排膠并使坯體致密化，放置在45#低碳鋼片上在900~960℃進行高溫封接。結(jié)果與討論（1）潤濕性能研究。SiO2-TiO2-SrO-R2O系列鐵封玻璃的特點就是潤濕性能好，封接時玻璃易于流散浸潤。所以外摻TiO2的同時，要保證封接時玻璃的高流散性，表3為各樣品高溫封接時的潤濕角。表3樣品封接時的潤濕角從表3可以看出，樣品的潤濕角隨著外摻TiO2比例的增加數(shù)值逐漸上升，在≤6%范圍內(nèi)，其潤濕角的增加值很小，其封接浸潤性相差不大，而當其比例為9%和12%，其潤濕角上升較大，分別達到33.7°和51.7°，這樣的浸潤性不足以支撐其在封接時形成紡錘體，將大大降低絕緣子的耐擊穿電壓和機械強度，因此外摻TiO2的比例不宜＞6%。圖1為測試后樣品的俯視圖。圖1樣品封接后的俯視圖從圖1中可以看出，隨著外摻氧化物的增加，A、B、C、D四個樣品邊緣圓潤，玻璃潤濕面積整體變化不大，而E、F樣品浸潤攤平面積較小，邊緣不是很圓潤。D樣品表面出現(xiàn)部分棕色花紋，且隨著外摻TiO2的比例增加其表面棕色花紋出現(xiàn)增多趨勢，故猜測當外摻TiO2比例≥6%時有晶體析出，且隨著TiO2的比例增加晶體析出量呈上漲趨勢。晶體的析出，增大了玻璃液的黏度，降低了玻璃封接潤濕性。（2）XRD測試分析。對經(jīng)過高溫封接后的樣品進行XRD分析，如圖2所示。A、B、C樣品沒有明顯的衍射峰，無晶體析出，而C、D、F析出的主晶相為金紅石，且隨著外摻氧化物的增加其衍射峰明顯增加，與上述猜測相吻合，隨著外摻TiO2的比例增加到≥6%時，析出金紅石（72-1148），且隨著外摻氧化物的增加其晶體析出量不斷增大。（3）斷裂韌性測試分析。圖3為樣品斷裂韌性測試圖。圖2樣品封接熱處理后的XRD圖圖3樣品斷裂韌性測試圖從圖3可以看出，未外摻TiO2的封接樣品經(jīng)過斷裂韌性測試后表面壓痕很深，開裂條紋較長、較深，隨著外摻TiO2的比例增加，測試壓痕逐漸變小，開裂條紋逐漸變短、變淺。金紅石晶體結(jié)構(gòu)是以［TiO6］八面體為基礎(chǔ)的晶體結(jié)構(gòu)，［TiO6］八面體彼此共棱形成了沿c軸延伸的比較穩(wěn)定的八面體鏈，鏈接則以［TiO6］八面體共用角頂相聯(lián)結(jié)，金紅石晶體的析出會大大提升封接玻璃的斷裂韌性。（4）微觀形貌分析。圖4為對不同外摻TiO2比例的玻璃樣品封接后的微觀形貌測試圖。圖4樣品的微觀形貌從圖4中可以看出，在外摻TiO2比例≤3%時，沒有明顯的晶相生成。而當外摻TiO2比例為6%時，觀察到有晶體生成，呈條狀排列，隨著外摻TiO2比例的增加，晶體析出量增加，晶體顆粒增大。從上述測試分析可知，析出為金紅石晶體，金紅石晶體為四方柱狀或針狀晶相，同時還具有平行延長方向的解理。金紅石還常見膝狀雙晶，集合體多為致密塊狀（圖4F），金紅石晶體的顏色多為黃色到褐色，表面呈現(xiàn)條痕狀，具有金屬光澤，和圖1顯示一致。結(jié)論以TiO2為外摻氧化物，添加到SiO2-TiO2-SrO-R2O系列鐵封玻璃粉中，研究不同外摻氧化物比例對其封接性能的影響，得出：（1）外摻氧化物比例≤3%時，封接過程中觀察不到有明顯晶體析出；當外摻氧化物≥6%，封接過程中有明顯晶體析出，其主晶相為金紅石，且隨著外摻氧化物比例的增加，析出晶體量明顯增加。（2）隨著封接過程中晶體析出的比例增加，樣