掺杂Bi2O3对无铅晶质玻璃折射率和密度的影响

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摘 要：使用不同种类氧化物来替代铅水晶玻璃中的氧化铅，掺杂物会对玻璃性能产生一定影响，文章通过掺杂bi2o3来获得无铅晶质玻璃，并研究了bi2o3对玻璃折射率和密度的影响。

关键词：晶质玻璃；无铅；折射率；密度

1 概述

晶质玻璃又被称为水晶玻璃，经常用于制造器皿和装饰品，它具有很多的优点。晶质玻璃的折射率较大，具有透明度高这一特点，同时当人们敲击时声音清脆，会让人感觉到厚重的金属质感，且其如天然水晶般晶莹剔透。

晶质玻璃的发展已有千载，人类对于晶质玻璃的探索过程也是漫长的。早期人们发现了天然水晶，然后是合成水晶，最后到了水晶玻璃，当然也就是我们所说的晶质玻璃。晶质玻璃和天然水晶有着相同的光泽度、折射率以及清脆悦耳的声音，但晶质玻璃更适合于批量生产，应用于实践生活中，因为晶质玻璃相对于天然水晶来说更易获得和切割，且生产工艺简单，利于人们生产。

随着时代的发展，人民物质精神生活水平也在逐渐提高， 越来越多的人们开始追寻水晶，这使得国内外均开始了水晶热。同时施华洛世奇水晶（swaroski crystal）也开始被迪奥、香奈尔等这些国际名牌时装所使用以来装点，这便大大促使了水晶应用从首饰、装饰品、陈列品等所谓的高级层面走下，开始走向时装、鞋帽、钟表等大众日常生活这一层面[1][2]。当然，水晶的应用并不只停留于人们衣帽时装的装饰品这一面上，一些国际知名的建筑玻璃企业也大都开始致力于将水晶置于高档建筑装饰上方面，大力开发、生产水晶平板玻璃及水晶玻璃建筑制品。在国外，早年便拥有大批的水晶迷，并成立了水晶俱乐部；而在国内的县市与乡镇中也有专门从事水晶玻璃加工的水晶城、水晶宫。

为了改善含铅晶质玻璃制备无铅晶质玻璃，传统的方法是选择物质能够替代玻璃中的pbo成分，但不改变其物理化学性能。大多研究工作是从折射率方面考虑取代pbo。通过以往的研究发现，可以选用的氧化物特点是具有大的折射率系数。

2 bi2o3对无铅晶质玻璃密度的影响

通过分析研究rcs系统的基础组分，以及基础成分对玻璃各种性能的影响，最终得出较合适的玻璃基础组分，选用玻璃的组成为： sio2 70%、k2o 2.95%、na2o 12%、cao 5%、al2o3 0.55%、zno 8.5%（质量分数）。其中，sio2占有较大的比例，属于主要的成分，可以用来组建晶制玻璃的网络骨架；na2o和k2o可以改变晶质玻璃的温度性能，这是因为他们可以产生混合碱效应；cao的引入能改善玻璃料性。zno的加入可以使玻璃更容易加工。在玻璃中分别添加不同质量分数（5%，10%，15%，20%，25%）的氧化铋。玻璃各氧化物组成如表所示：

玻璃的组分有关，组分种类比例不同，玻璃的密度差别很大，不同密度的玻璃具有的折射率也不同。从玻璃密度和折射率的关系可知，若要获得折射率较高的晶质玻璃，就需要获得密度相对大的玻璃。通过计算得

组分对玻璃的密度影响比较大，图1加入不同量的bi2o3对应的玻璃密度变化趋势图。

从图中可以得出，bi2o3含量的增加，玻璃式样密度逐渐增大。当w（bi2o3）=5%时，所制备的玻璃密度在2.97g/cm3以上，当 w（bi2o3）=25%时，得到最大的密度为3.6126g/cm3，普通rcs系统玻璃密度在2.5g/cm3左右，此次实验获得玻璃式样的玻璃密度比普通玻璃有明显提高，由数据可见，掺杂bi2o3有提高晶质玻璃玻璃密度作用。

3 bi2o3对无铅晶质玻璃折射率的影响

通过阿贝折射仪的测量，不同含量bi2o3对应的玻璃折射率见表3：

fig. 2sample contents of bi2o3 glass refractive index curve

由图可见，随着bi2o3含量的不断增大，玻璃试样的折射率逐渐增加。折射率最低为1.5722而最高可达1.6164，远超高铅玻璃折射率的水平，这说明掺加bi2o3使玻璃折射率明显提高。

4 结束语

随着bi2o3含量的增加，玻璃密度随着bi2o3含量的增加而变大，当w（bi2o3）=25%时达到最大值，玻璃密度为 3.6126g/cm3。玻璃的折射率随着bi2o3含量的增加而变大， bi2o3的加入对于提高晶质玻璃的折射率有着明显促进作用，当w（bi2o3）=25%时折射率最大，最大值nd=1.6164。

参考文献

[1]durmas r h. extraction of lead from crystalware[j].j.amer cer soc.1995

，74 （5）： 70-77.

[2]datto r，tal. propertirs of crystal glass and preparation[j]. j. am.ceram. soc.n.3v，1956，39：109～112.

[3]王承遇，陶瑛，等.玻璃成分设计与调整[m].化学工业出版社，2006.

[4]王承遇，陶瑛.水晶玻璃的过去、现在与未来[j].玻璃，2007，6：7-23.