Sebagai bahan anorganik amorf, sifat -sifat kaca ditentukan oleh komposisi kimia dan mikrostrukturnya. Dalam sistem kaca arus perdana seperti natrium kalsium silikat kaca, kaca borosilicate, dan lain -lain, sebagai tambahan kepada komponen utama SIO ₂, pemilihan dan nisbah bahan tambahan oksida secara langsung mempengaruhi pembentukan lebur, sifat mekanikal, kestabilan kimia, dan ciri -ciri fungsional kaca.Magnesium oksida (MGO), sebagai oksida logam bumi alkali yang tipikal, memainkan peranan penting dalam mengawal struktur, mengoptimumkan prestasi, dan memperbaiki proses dalam komposisi kaca kerana radius ion kecilnya (0.072 nm) dan kekuatan medan yang tinggi (z/r ² = 6.25). Artikel ini secara ringkas menganalisis mekanisme dan nilai praktikal magnesium oksida dalam kaca dari enam dimensi: proses lebur, sifat mekanikal, kestabilan kimia, sifat terma, kualiti optik, dan senario aplikasi.
1 、 Melaraskan proses lebur dan pembentukan: Mengurangkan penggunaan tenaga dan meminimumkan kecacatan
Proses lebur kaca adalah proses menukar bahan mentah pepejal ke dalam cair seragam dan mengeluarkan gelembung dan jalur. Magnesium oksida mengoptimumkan kualiti lebur dan pembentukan dengan mengawal kelikatan dan ketegangan permukaan cair.
Dalam natrium kalsium silikat kaca, komponen tradisional adalah SIO ₂ (70%-75%), Na ₂ O (12%-16%), dan CaO (6%-10%), MgO (3.5%-4%)。 CaO dan MGO adalah kedua -dua logam alkali. Pada suhu tinggi (> 1400 ℃), mg ² ⁺ bertindak balas dengan Ca ² ⁺ dan menggabungkan dengan oksigen yang tidak merapatkan untuk melemahkan tahap pempolimeran rangkaian oksigen silikon, mengurangkan kelikatan cair, dan mempercepatkan pembubaran bahan mentah dan melarikan diri dari bubbles; Dalam tahap pembentukan suhu rendah (<1000 ℃), ciri-ciri kekuatan medan tinggi mg ² ⁺ meningkatkan daya intermolecular, meningkatkan kelikatan cair (seperti dalam mandi timah yang membentuk, kelikatan meningkat sebanyak kira-kira 8%), mengelakkan ubah bentuk. Kesan kawalan dwi "pengurangan kelikatan suhu tinggi dan peningkatan kelikatan suhu rendah" mengurangkan penggunaan tenaga relau lebur, memendekkan masa lebur sebanyak 10%-15%, dan mengurangkan kadar gelembung sebanyak lebih daripada 30%, meningkatkan kecekapan pengeluaran dengan ketara.
Di samping itu, magnesium oksida dapat menghalang kecenderungan penghabluran cair. Apabila kaca mencairkan sejuk, ca ² ⁺ mudah membentuk fasa kristal seperti kalsium feldspar (caal ₂ si ₂ o ₈) dengan Sio ₂, yang membawa kepada kehilangan kaca (seperti jalur dan kecacatan batu). Radius ionik mg ² ⁺ adalah lebih kecil daripada Ca ² ⁺ (0.099 nm), dan ia mempunyai keserasian yang lebih kuat dengan rangkaian oksigen silikon, yang dapat menghalang pertumbuhan nukleus kristal melalui "kesan pengisian". Dalam pengeluaran kaca rata, apabila jumlah MGO ditambah adalah 2% -4%, suhu had atas penghabluran dalam cair berkurangan sebanyak 15-25 ℃, dengan berkesan mengembangkan julat suhu pencetakan dan mengurangkan kecacatan penghabluran yang disebabkan oleh bawah tanah tempatan.
2 、 Memperkukuhkan sifat mekanikal: meningkatkan kekuatan dan ketangguhan
Kelembutan kaca pada dasarnya disebabkan oleh gangguan jarak jauh susunan atom dalam mikrostruktur, sementara magnesium oksida meningkatkan sifat mekanikalnya dengan mengoptimumkan ketumpatan rangkaian dan kekuatan ikatan ionik.
Peningkatan kekerasan dan modulus elastik: kekuatan medan tinggi mg ² ⁺ membentuk ikatan ionik yang kuat dengan ion oksigen, mengurangkan bilangan spesies oksigen yang tidak merapatkan (yang merupakan titik lemah dalam struktur rangkaian). Dalam natrium kalsium silikat kaca, apabila MGO menggantikan 10% -20% CAO, kekerasan Vickers kaca meningkat dari 5.5 GPa hingga 6.2 GPa, dan modulus elastik meningkat dari 68 GPa hingga 75 GPa. Ini kerana tenaga mengikat antara mg ² ⁺ dan silikon oksigen tetrahedra (kira -kira 640 kJ/mol) lebih tinggi daripada Ca ² ⁺ (kira -kira 560 kJ/mol), menjadikan struktur rangkaian lebih padat. Sebagai contoh, menambah 3% -5% MGO kepada kaca fotovoltaik meningkatkan rintangan calar permukaan sebanyak 20%, mengurangkan kerosakan permukaan semasa pengangkutan dan pemasangan.
Pengoptimuman kekuatan lenturan dan ketangguhan: Kekuatan lenturan kaca bergantung kepada rintangan penyebaran "mikrokek" dalam struktur, dan magnesium oksida memainkan peranan dengan menyempurnakan saiz kecacatan rangkaian. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa dalam natrium kalsium silikat kaca yang mengandungi MGO, panjang purata mikrokrek dipendekkan dari 8 μ m hingga 5 μ m, dan kadar penyebaran retak dikurangkan sebanyak 30%. Selepas menggantikan 25% CaO dengan MGO dalam kaca botol, kekuatan lentur meningkat dari 45 MPa hingga 58 MPa, dan rintangan kesan badan botol meningkat sebanyak 25%, dengan ketara mengurangkan masalah letupan semasa proses pengisian. Di samping itu, magnesium oksida dapat mengurangkan indeks keburukan (tenaga fraktur/modulus elastik) kaca. Dalam gelas tahan haba borosilikat, menambah 4% -6% MGO dapat mengurangkan indeks kelembutan sebanyak 12% dan meningkatkan ketangguhannya terhadap kejutan haba.
Kestabilan kimia kaca (rintangan air, rintangan asid, rintangan alkali) bergantung kepada rintangan struktur rangkaian ke hakisan ion luaran. Magnesium oksida meningkatkan kesesuaian alam sekitar dengan meningkatkan ketumpatan rangkaian dan daya mengikat ion.
Penambahbaikan rintangan air: Dalam kaca silikat silikat natrium, kadar penghijrahan tinggi Na ⁺ menjadikannya mudah larut dalam air (membentuk "lapisan alkali"), manakala mg ² ⁺ dapat mengurangkan kadar pembubaran Na ⁺ melalui "pertukaran ion". Dalam ujian rintangan air ISO 719, kadar penurunan berat badan kaca kalsium natrium tanpa MGO adalah 0.15 mg/cm ². Selepas menambah 3% MGO, kadar penurunan berat badan menurun kepada 0.08 mg/cm ². Ini disebabkan oleh daya mengikat yang lebih kuat antara mg ² ⁺ dan rangkaian oksigen silikon, yang menghalang penembusan molekul H ₂ o ke dalam bahagian dalam kaca. Ciri ini memanjangkan hayat perkhidmatan kaca yang mengandungi MGO sebanyak lebih daripada 30% dalam persekitaran lembap seperti membina dinding tirai dan akuarium.
Rintangan alkali yang dipertingkatkan: Dalam persekitaran alkali, OH ⁻ menyerang ikatan Si-O-Si, yang membawa kepada perpecahan rangkaian, sementara pengenalan mg ² ⁺ dapat membentuk "lapisan penyangga alkali". Selepas menambah 5% -7% MGO kepada gentian kaca yang digunakan dalam bahan komposit berasaskan simen, kadar pengekalan kekuatan gentian kaca direndam dalam larutan alkali dengan pH = 13 selama 28 hari meningkat dari 65% hingga 82%. Ini kerana mg ² ⁺ dan OH ⁻ bentuk mg (OH) ₂ precipitates, menyekat liang -liang di permukaan kaca dan melambatkan penembusan larutan alkali.
Peraturan rintangan asid: Untuk boron yang mengandungi gelas (seperti gelas optik), magnesium oksida dapat menghalang hidrolisis rangkaian oksigen boron. Dalam kaca borosilikat, b ³ ⁺ dengan mudah menggabungkan dengan H ⁺ untuk membentuk [bo ∝] ³ ⁻, yang membawa kepada perpecahan rangkaian, sementara kekuatan medan tinggi mg ² ⁺ dapat menstabilkan struktur tetrahedral [bo ₄] ⁻. Selepas menambah 2% -3% MGO, kadar penurunan berat badan kaca dalam larutan 10% HCl menurun sebanyak 40%, menjadikannya sesuai untuk tingkap instrumen ketepatan dalam persekitaran berasid.
4 、 Mengoptimumkan sifat terma: Kurangkan pekali pengembangan dan meningkatkan rintangan haba
Koefisien pengembangan haba (CTE) adalah parameter utama dalam komposit kaca, logam, seramik, dan bahan lain. Magnesium oksida mencapai kawalan tepat CTE dengan menyesuaikan ciri -ciri getaran rangkaian.
Aditif teras kaca pengembangan yang rendah: dalam pembesaran yang rendah borosilikat kaca (seperti kaca Pyrex), MGO berfungsi secara sinergistik dengan B ₂ O3 dan Al ₂ O3 untuk mengurangkan amplitud getaran haba melalui "pengisian rangkaian". Radius ion mg ² ⁺ adalah kecil dan boleh tertanam dalam jurang rangkaian oksigen silikon/boron oksigen, mengehadkan kelonggaran rangkaian pada suhu tinggi. Apabila jumlah MGO ditambah ialah 4% -6%, CTE kaca berkurangan dari 3.2 × 10 ⁻⁶/℃ hingga 2.8 × 10 ⁻⁶/℃, memenuhi keperluan yang sepadan untuk pengedap dengan logam seperti tungsten dan molibdenum (logam CTE adalah kira -kira 4 × 10 ⁻⁶/℃). Sebagai contoh, dalam kaca pengembangan yang rendah yang digunakan untuk pembungkusan elektronik, pengenalan MGO mengurangkan tekanan haba pada antara muka pengedap sebanyak 25%, mengelakkan keretakan yang disebabkan oleh berbasikal suhu.
Penambahbaikan rintangan kejutan terma: Rintangan kejutan terma kaca bergantung kepada kesan gabungan CTE dan kekonduksian terma, dan magnesium oksida dapat mengoptimumkan kedua -dua secara serentak. Dalam natrium kalsium silikat kaca, menambah 3% MGO mengurangkan CTE dari 9.0 × 10 ⁻⁶/℃ hingga 8.2 × 10 ⁻⁶/℃, meningkatkan kekonduksian terma dari 1.05 w/hingga 1.18 Ciri -ciri ini menjadikan kaca yang mengandungi MGO sesuai untuk peralatan dapur (seperti panci baking), lampu kereta (menanggung turun naik suhu dari -40 ℃ hingga 120 ℃), dan senario lain.
5 、 Pastikan kualiti optik: Mengekalkan ketelusan, mengawal indeks biasan
Kaca optik mempunyai keperluan yang ketat untuk ketelusan, indeks biasan (ND), dan pekali penyebaran (Δ D), dan magnesium oksida telah menjadi bahan tambahan yang ideal untuk kaca optik berfungsi kerana sifat pewarna yang tidak berwarna dan lemah.
Penyelenggaraan ketelusan yang tinggi: MGO sendiri adalah oksida yang tidak berwarna dan tidak memperkenalkan ion logam peralihan (seperti Fe ³ ⁺, Cr ³ ⁺), yang boleh mengelakkan pewarna kaca. Dalam kaca fotovoltaik ultra putih, apabila penambahan MGO dikawal pada 2%-3%, transmisi cahaya yang kelihatan (400-700 nm) boleh mencapai lebih dari 94.5%, yang hanya 0.3%lebih rendah daripada kaca silikon tulen dan jauh lebih tinggi daripada kaca yang mengandungi Fe ₂ O ∝ (transmisi <91%). Di samping itu, magnesium oksida dapat mengurangkan gelembung dan kecacatan penghabluran dalam kaca, seterusnya mengurangkan kerugian penyebaran cahaya, dan meningkatkan keseragaman transmisi cahaya tingkap kaca untuk rangefinder laser sebanyak 15%.
Indeks refraktif dan kawalan penyebaran: Indeks refraktif molar (r = 3.2) MgO adalah antara CaO (r = 4.0) dan ZnO (r = 3.0), dan pemalar optik kaca boleh ditala dengan baik dengan menyesuaikan jumlah yang ditambah. Selepas menggantikan 10% CaO dengan MGO dalam kaca jenama optik jenama, indeks biasan ND menurun dari 1.523 hingga 1.518, dan pekali penyebaran Δ d meningkat dari 58 hingga 62, memenuhi keperluan reka bentuk kanta penyebaran rendah. Untuk kaca penghantaran inframerah (seperti sistem GEO ₂ - MGO), MGO dapat mengurangkan pekali penyerapan inframerah kaca dan meningkatkan transmisi sebanyak 8% dalam band 3-5 μm, yang sesuai untuk tingkap pengimejan terma.
Pada masa akan datang, dengan peningkatan pembuatan hijau dan permintaan untuk kaca berfungsi, penggunaan magnesium oksida akan berkembang ke arah penghalusan: di satu pihak, sifat mekanikal dan optik kaca akan diperbaiki lagi dengan doping dengan nano MGO (saiz zarah <50 nm); Sebaliknya, dengan menggabungkan reka bentuk komponen yang didorong oleh AI, sistem kaca berasaskan MGO baru (seperti MGO Li ₂ O-Zro ₂ Glass Point Lower Low) boleh dibangunkan untuk menyesuaikan diri dengan elektronik fleksibel dan penyimpanan tenaga hidrogen dan aplikasi pengangkutan. Nilai magnesium oksida dalam komposisi kaca beralih dari "pengatur prestasi" kepada "enabler berfungsi", memacu evolusi bahan kaca ke arah prestasi yang lebih tinggi dan senario yang lebih luas.
Sat Nano adalah pembekal terbaik serbuk magnesium oksida MGO di China, kami boleh menawarkan saiz zarah nano, jika anda mempunyai pertanyaan, sila hubungi kami di sales03@satnano.com
