摻雜Bi2O3對無鉛晶質玻璃折射率和密度的影響

摘 要：使用不同種類氧化物來替代鉛水晶玻璃中的氧化鉛，摻雜物會對玻璃性能產生一定影響，文章通過摻雜Bi2O3來獲得無鉛晶質玻璃，并研究了Bi2O3對玻璃折射率和密度的影響。

關鍵詞：晶質玻璃；無鉛；折射率；密度

1 概述

晶質玻璃又被稱為水晶玻璃，經常用于制造器皿和裝飾品，它具有很多的優點。晶質玻璃的折射率較大，具有透明度高這一特點，同時當人們敲擊時聲音清脆，會讓人感覺到厚重的金屬質感，且其如天然水晶般晶瑩剔透。

晶質玻璃的發展已有千載，人類對于晶質玻璃的探索過程也是漫長的。早期人們發現了天然水晶，然后是合成水晶，最后到了水晶玻璃，當然也就是我們所說的晶質玻璃。晶質玻璃和天然水晶有著相同的光澤度、折射率以及清脆悅耳的聲音，但晶質玻璃更適合于批量生產，應用于實踐生活中，因為晶質玻璃相對于天然水晶來說更易獲得和切割，且生產工藝簡單，利于人們生產。

隨著時代的發展，人民物質精神生活水平也在逐漸提高， 越來越多的人們開始追尋水晶，這使得國內外均開始了水晶熱。同時施華洛世奇水晶（Swaroski crystal）也開始被迪奧、香奈爾等這些國際名牌時裝所使用以來裝點，這便大大促使了水晶應用從首飾、裝飾品、陳列品等所謂的高級層面走下，開始走向時裝、鞋帽、鐘表等大眾日常生活這一層面[1][2]。當然，水晶的應用并不只停留于人們衣帽時裝的裝飾品這一面上，一些國際知名的建筑玻璃企業也大都開始致力于將水晶置于高檔建筑裝飾上方面，大力開發、生產水晶平板玻璃及水晶玻璃建筑制品。在國外，早年便擁有大批的水晶迷，并成立了水晶俱樂部；而在國內的縣市與鄉鎮中也有專門從事水晶玻璃加工的水晶城、水晶宮。

為了改善含鉛晶質玻璃制備無鉛晶質玻璃，傳統的方法是選擇物質能夠替代玻璃中的PbO成分，但不改變其物理化學性能。大多研究工作是從折射率方面考慮取代PbO。通過以往的研究發現，可以選用的氧化物特點是具有大的折射率系數。

2 Bi2O3對無鉛晶質玻璃密度的影響

通過分析研究RCS系統的基礎組分，以及基礎成分對玻璃各種性能的影響，最終得出較合適的玻璃基礎組分，選用玻璃的組成為： SiO2 70%、K2O 2.95%、Na2O 12%、CaO 5%、Al2O3 0.55%、ZnO 8.5%（質量分數）。其中，SiO2占有較大的比例，屬于主要的成分，可以用來組建晶制玻璃的網絡骨架；Na2O和K2O可以改變晶質玻璃的溫度性能，這是因為他們可以產生混合堿效應；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。在玻璃中分別添加不同質量分數（5%，10%，15%，20%，25%）的氧化鉍。玻璃各氧化物組成如表所示：

玻璃的組分有關，組分種類比例不同，玻璃的密度差別很大，不同密度的玻璃具有的折射率也不同。從玻璃密度和折射率的關系可知，若要獲得折射率較高的晶質玻璃，就需要獲得密度相對大的玻璃。通過計算得

組分對玻璃的密度影響比較大，圖1加入不同量的Bi2O3對應的玻璃密度變化趨勢圖。

從圖中可以得出，Bi2O3含量的增加，玻璃式樣密度逐漸增大。當w（Bi2O3）=5%時，所制備的玻璃密度在2.97g/cm3以上，當w（Bi2O3）=25%時，得到最大的密度為3.6126g/cm3，普通RCS系統玻璃密度在2.5g/cm3左右，此次實驗獲得玻璃式樣的玻璃密度比普通玻璃有明顯提高，由數據可見，摻雜Bi2O3有提高晶質玻璃玻璃密度作用。

3 Bi2O3對無鉛晶質玻璃折射率的影響

通過阿貝折射儀的測量，不同含量Bi2O3對應的玻璃折射率見表3：

Fig. 2sample contents of Bi2O3 glass refractive index curve

由圖可見，隨著Bi2O3含量的不斷增大，玻璃試樣的折射率逐漸增加。折射率最低為1.5722而最高可達1.6164，遠超高鉛玻璃折射率的水平，這說明摻加Bi2O3使玻璃折射率明顯提高。

4 結束語

隨著Bi2O3含量的增加，玻璃密度隨著Bi2O3含量的增加而變大，當w（Bi2O3）=25%時達到最大值，玻璃密度為3.6126g/cm3。玻璃的折射率隨著Bi2O3含量的增加而變大， Bi2O3的加入對于提高晶質玻璃的折射率有著明顯促進作用，當w（Bi2O3）=25%時折射率最大，最大值nD=1.6164。

參考文獻

[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.玻璃成分設計與調整[M].化學工業出版社，2006.

[4]王承遇，陶瑛.水晶玻璃的過去、現在與未來[J].玻璃，2007，6：7-23.