MgO含量对无碱铝硼硅酸盐玻璃结构及性能的影响

引言TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器，是目前国际上发展较为成熟且应用十分广泛的产品，这种显示器不仅能满足画面上的细腻清晰、色彩上的“多”和“真”、反应速度更快，还具有轻薄、无辐射、抗干扰、亮度高、工作电压低、低能耗、更加环保等特点。而无碱铝硼硅酸盐玻璃作为TFT-LCD液晶显示的关键材料，其性能很大程度上决定了TFT-LCD的质量优劣。同时，TFT-LCD液晶显示对超薄基板玻璃提出了高化学稳定性、高热稳定性、无碱无砷、低密度以及高弹性模量等性能要求。基板玻璃性能的不断优化和产品不断推陈出新都离不开对SiO2-Al2O3-B2O3-RO系统玻璃的深入研究。本文在以前实验的基础上研究MgO含量的不同对无碱铝硼硅酸盐玻璃结构及性能的影响。实验本文中SiO2由石英砂引入，Al2O3由高纯氧化铝粉引入，B2O3由硼酸引入，MgO由氧化镁引入，CaO、SrO分别由碳酸钙和碳酸锶引入，BaO由硝酸钡引入，SnO2作为澄清剂。按照表1的玻璃配方，在V型混料机中混合均匀得到配合料，然后将配合料倒入铂金坩埚，放入高温马弗炉中，按照图1的工艺进行熔制，退火后得到实验样品。为了保证其他氧化物之间的相对比例不变，本实验只单独改变MgO的含量，配方计算时再进行归一化处理。结果与讨论（1）红外光谱分析。图1为不同MgO含量的玻璃样品红外分析谱图。图1不同MgO含量的玻璃样品红外分析谱图从图1中可以看出，不同MgO含量的玻璃样品出峰位置基本一致，且玻璃中主要基团对应的吸收峰主要集中在1630、1450、1075、950、782、686、460cm-1处。（2）XPS能谱分析。图2为不同MgO含量的玻璃样品XPS分析图谱。图2不同MgO含量玻璃样品的XPS分析图谱从图2中可以看出，该体系中，随着MgO含量的增加，非桥氧的相对含量从68.96%增加至87.79%，桥氧的相对含量从31.04%降低至12.21%。这主要是因为碱土金属氧化物是玻璃形成外体中游离氧的主要提供者，起断键和电荷补偿作用。由于MgO中Mg2+是具有高场强的碱土金属离子，它更容易促进非桥氧的形成。（3）密度测试分析。图3为不同MgO含量的玻璃样品密度变化趋势。由图3中可以看到，随着MgO含量的增加，玻璃的密度呈增加的趋势，这主要是因为MgO是网络外体，在玻璃结构中起到填充网络空隙的作用，加之Mg2+离子半径较小，虽然导致了硅氧四面体连接的断裂，但是并不会引起网络结构的扩大，使得结构紧、密度增大。图3不同MgO含量的玻璃样品密度值（4）黏度测试分析。图4为不同MgO含量玻璃样品的黏温曲线图。从图4中可以看到，黏度随着温度的升高而降低。比较M1~M4样品，随着MgO含量的增加，熔体高温黏度逐渐下降。这主要是因为MgO是网络外体，在玻璃结构中起到填充网络空隙的作用，加之MgO含量从0.26%升至3.26%，使得玻璃结构中非桥氧键含量增加，离子团聚合程度下降，直接导致熔体黏度的下降。图4不同MgO含量玻璃样品的黏温曲线（5）析晶性能测试。图5为梯温炉法测试的不同MgO含量玻璃样品的析晶温度曲线。图5梯温炉法测试不同MgO含量玻璃样品的析晶温度从图5可以看到，随着MgO含量的增加，玻璃样品的析晶温度呈先减小后增加的趋势，析晶温度距离成形温度的差值也呈现先增加后减小的趋势。在无碱铝硼硅酸盐玻璃的生产过程中，析晶温度与成形温度的差值越大，析晶现象才能更有效地减少。因此，结合测试结果，可以看到，随着MgO含量的增加，玻璃样品的析晶倾向先减小再增加。（6）析晶显微形貌分析。为进一步研究析晶形貌及成分，采用光学显微镜对析晶较为强烈的区域进行观察，并利用拉曼光谱仪分析晶相及组成，图6为M1~M4玻璃样品析晶部分的光学显微照片。

图6M1~M4玻璃样品析晶部分的光学显微照片从图6可以看出，各试样中所析出的晶体形貌一致，均呈现类似爪状的晶型。因此，晶体的种类也应该一样或相似。无碱Al2O3-B2O3-SiO2系统析出的晶体以石英为主，包括方石英、磷石英等。通过拉曼光谱进一步确定所析出晶体的形态及组成。图7为M4玻璃样品中晶相的拉曼光谱测试结果。从图7可以看到，分析结果为Cristobalite，即方石英。图7M4玻璃样品中晶相的拉曼光谱测试结果结论（1）随着MgO含量的增多，无碱铝硼硅酸盐玻璃中桥氧含量减少，非桥氧含量增加。（2）随着MgO含量的增多