● 摘要
近年来随着超音速飞机、导弹和空间技术的迅速发展，对光学系统前部整流罩的材料、结构和功能都提出了更苛刻的要求。玻璃材料在大尺寸制备方面有明显的优势，加工和制备成本低廉，光学性能优异，因而成为研究的重点。本文提出采用一种新的组成来实现低温熔制玻璃，并通过热压成型得到半球形的制品，经过微晶化在玻璃中析出分布均匀的纳米晶体以期在保证其透过性能的前提下改善机械性能，得到综合性能良好的整流罩材料。
本文首先研究了碱锌硅酸盐玻璃的制备工艺。采用熔融-退火法在1350℃下保温5h熔制并于560℃退火后得到碱锌硅酸盐玻璃，比一般的透明微晶玻璃的基础玻璃的熔制温度低200℃左右。还尝试用溶胶-凝胶法制备，以正硅酸乙酯、硝酸锌、硝酸钠、硝酸钾为前驱体，0.5mol/l的硝酸溶液为催化剂，正硅酸乙酯：无水乙醇：去离子水=1:3:10，40℃水浴的条件制备得到了透明的溶胶，于50℃水浴中经72h陈化并干燥后得到干凝胶。所得干凝胶能在900℃热处理后得到透明的碱锌硅酸盐玻璃。这两种方法制备的玻璃试样在可见-近红外区域的透过率都达到90%，这些研究表明用此组成可实现低温制备透过性能较好的玻璃。
然后本文研究了碱锌硅酸盐玻璃的热压成型工艺。在热压炉中将玻璃加热到670℃保温3h，在保温1h后开始加压至13.35MPa，并保压30min-1h，后缓慢降温成功制备得到了直径为40mm的半球形玻璃制品，基本无可见气泡，且表面光洁，外观质量良好。表明用热压成型法来实现大尺寸复杂形状的成型是可能的。
最后本文研究了热处理制度对碱锌硅酸盐玻璃析晶行为和性能的影响，并重点研究了热处理温度的影响。结果发现添加4.76%P2O5作为形核剂并用两步热处理更有利于晶体的析出。热处理温度对析出晶相的种类物无明显影响，主要是析出Na2SiO3、β-方石英和Na2Zn3(SiO4)2三种晶相。热处理时，玻璃中存在表面析晶和体积析晶两种析晶机制。低于750℃时表面析晶随温度升高而越来越显著，力学性能随温度升高显著提高，透过率稍有下降；高于750℃时主要是内部析出球状的晶体，力学性能随温度升高而降低，透过率急剧下降。晶化温度为750℃时，抗弯强度为96.2 MPa和显微硬度为6.13GPa，在近红外区域的透过率仍能维持在80%左右。