高硼硅玻璃材料结构及性能研究进展

高硼硅玻璃具有优良的化学稳定性、热稳定性和良好的机械性能，已经广泛地应用在仪器玻璃，防火玻璃、平板显示及太阳能电池等领域中。随着浮法技术的发展以及玻璃加工技术的进步，高硼硅玻璃将在更多的领域得到应用。本文综述了高硼硅玻璃的研究现状，分析了其组成、结构及热膨胀、化学稳定性等性能之间的关系，评价了其工艺难度、应用情况等方面，并对今后高硼硅玻璃的发展方向和突破点进行了展望。

随着电子、生物、安全、新能源、建筑防火和航空航天等领域的发展，对相关的玻璃材料提出了更高的要求。现阶段，玻璃朝着多规格、多功能、大尺寸、大规模、高质量的方向发展。相比于钠钙硅系统玻璃，高硼硅玻璃由于其特殊的组分而具有诸多优良的性能，有着更大的发展空间，世界各国也投入了更多的财力物力进行高硼硅玻璃的研发工作。

以SiO2， B2O3， Al2O3， Na2O 为基本构成组分的玻璃称为硼硅酸盐玻璃。

当组分中SiO2 > 78%， B2O3 > 10%时为高硅硼玻璃，其性能上具有非常明显的优势。该玻璃体系具有极低的热膨胀系数，良好的热稳定性、化学稳定性和机械性能，还具有适应性强、成本低等优点，有着很大的发展空间。然而目前该系统的玻璃仍主要应用在仪器玻璃、器皿玻璃等非平板领域，这是由于高硼硅组分的特殊性，玻璃中网络形成体氧化物含量高，致使其澄清难，易分相，熔化温度高、高温粘度大等诸多问题，导致高硼硅玻璃难以满足浮法生产工艺，限制了其优良性能的完全发挥和大规模的高效稳定生产，极大的阻碍了其推广应用[1] [2]。现今，国内外众多科研工作者致力于攻克高硼硅酸盐玻璃在浮法工艺生产上的困难，推动硼硅酸盐玻璃向多元化发展。若能实现浮法大规模生产高硼硅玻璃，则其应用领域可以扩展到建筑防火， 液晶显示器，以及太阳能电池等领域[3] [4] [5]。

本文针对高硼硅玻璃的组成、结构和性能及研究应用现状进行了介绍，并对下一步高硼硅玻璃的研究方向进行了展望。

2. 高硼硅玻璃材料体系的分类与研究现状 高硼硅玻璃主要分为不含碱金属氧化物的硼硅酸盐玻璃，以及含碱硼硅酸盐玻璃两大类。含碱硼硅酸盐玻璃多用于结构复合材料的纤维、密封剂、光学和光致变色组件等。而不含碱金属氧化物的硼硅酸盐玻璃体系更加适合用于平板显示器的基板。当前，高硼硅玻璃体系中，研究方向主要有钠硼硅玻璃体系、含碱铝硼硅玻璃体系、无碱铝硼硅玻璃体系和含多元碱的硼硅酸盐玻璃体系等。常见高硼硅玻璃的组成范围是(wt%)：SiO2：78%~85%，B2O3：10%~15%，Al2O3：0%~5%，R2O：4%~10%，RO：0%~5%。

几种典型的高硼硅玻璃成分见表1。