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1 對釉料及微晶玻璃(包括玻璃)的熔化溫度的影響
三氧化二硼(B2O3)成分是最有效的強熔劑之一。它作為強熔劑體現(xiàn)在兩個方面。一方面三氧化二硼的加入,降低了配料系統(tǒng)的液相線溫度。有人作過研究,對于硼硅酸鹽的玻璃相,每1%的B2O3就可以降低液相線溫度達35~60℃。對于含堿金屬氧化物比較少的硼硅酸鹽玻璃相來說,這種作用較大;而對于含堿金屬氧化物比較多的硼硅酸鹽玻璃相來說,這種作用較小。三氧化二硼作為強助熔劑體現(xiàn)的第二個方面是,它會加速、強化熔化過程。特別是三氧化二硼較少時,這種加速熔化過程更為顯著。有人提出,平均每加1%的B2O3將能縮短熔化時間達20%~30%。
2 對釉料及微晶玻璃(包括玻璃)的黏度的影響
三氧化二硼對釉料及微晶玻璃的粘度的影響依其加入量的多少、所處溫度而變。在溫度的影響方面,一般來說,在玻璃轉(zhuǎn)變點到軟化點的低溫范圍內(nèi),它不會降低玻璃熔體的粘度,反而比Na2O、PbO的降低粘度作用差。當(dāng)然在這一溫度范圍內(nèi),B2O3替代SiO2則會明顯降低粘度,特別在B2O3≤10%范圍內(nèi)更是如此。而在較高溫度范圍內(nèi),B2O3總是能夠大幅度降低體系的粘度,即使在1100℃左右的中溫范圍內(nèi),這種作用仍然較為明顯。三氧化二硼的降低體系粘度的作用可與氧化鋅媲美。
綜合上述溫度不同、粘度影響也不同的作用可以看出,與堿金屬成分相比,三氧化二硼對粘度的影響也有短性的趨勢。但與SiO2、Al2O3耐高溫成分相比,它們降低粘度的作用是全溫度范圍的。在添加量影響方面,由于硼同時會有兩種配位(3或4),同時硼又是缺電子元素,可與堿金屬生成一系列化合物,所以B2O3成分的多少對體系粘度的影響呈現(xiàn)復(fù)雜性。一般來說,在低含量范圍內(nèi),隨著B2O3含量的增加,其降低體系粘度的作用呈現(xiàn)增加趨勢。但在高含量的范圍內(nèi),其降低體系粘度的作用則呈現(xiàn)減小的趨勢。隨著三氧化二硼加入量的進一步增多,反而會使粘度增加。不過,對所有釉料及微晶玻璃而言,它們的B2O3加入量都沒有達到形成“硼反常”的高含量的范圍,所以三氧化二硼對粘度都表現(xiàn)為大幅度降低的作用。
3 對釉料及微晶玻璃的熱膨脹性能的影響
在通常的添加量的范圍內(nèi),三氧化二硼會降低釉料及微晶玻璃的熱膨脹系數(shù),提高它們的抗熱沖擊強度,這也有利于匹配陶瓷坯體的性能。三氧化二硼降低熱膨脹的性能來源于兩個因素:一是三氧化二硼的加入可以減少增加熱膨脹系數(shù)的堿金屬氧化物成分的加入量;另外,B-O較高的鍵強度,再加上在B2O3≤15%的條件下,硼取配位數(shù)為4的結(jié)構(gòu)狀態(tài),這種狀態(tài)會強化硼鋁硅酸鹽玻璃相的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),致使這些釉料及微晶玻璃的玻璃相的熱膨脹系數(shù)降低,在加合性計算硼鋁硅酸鹽玻璃相的熱膨脹系數(shù)時,硼的加合因子都取負值。
硼降低熱膨脹系數(shù)的作用和降低熔化溫度、粘度作用的結(jié)合,使它成為研制釉料及微晶玻璃時優(yōu)先選擇的原料成分。不過,需要注意的是,研制高硼釉和玻璃時要注意硼反常現(xiàn)象。當(dāng)添加超高含量的三氧化二硼時,會由于導(dǎo)致硼取3配位數(shù)的(BO3)三角體的增多,而這種三角體與其它基團聯(lián)結(jié)多以屬于氫鍵等弱鍵的形式,松弛了玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這時增加B2O3的含量反而會造成熱膨脹系數(shù)的增加,這就是硼反常的現(xiàn)象。