以大孔二氧化硅膜为无机/有机界面过渡层的层合玻璃微结构设计与力学行为研究

There is the performance difference between the inorganic and organic interface in the inorganic-organic laminated glass which lead to interface unglued failure. Thus，it has major constraints that the inorganic-organic laminated glass is widely used as the aircraft windshield. In this project, based on reducing the performance difference of the interface between the inorganic and organic materials, the macroporous silica film was prepared on the inner surface of the inorganic glass as the transition layer of material properties, and then were thermoformed for laminated glass with the polyurethane, polymethyl methacrylate together. The effect between the preparation parameters and micro-structure of macroporous silica film, the lamination process of laminated glass on mechanical strength, thermal stress distribution and fatigue life were studied, respectively. On this basis, a theoretical prediction model of "micro-structure of macroporous silica film-laminated glass mechanical properties" was established. The project has certain theoretical significance and application value to solve the unglued failure in the inorganic-organic laminated glass, and to improve the reliability and service life.

无机/有机层合玻璃中无机/有机界面之间存在较大的性能差异，从而导致制无机/有机界面容易脱胶失效，这是制约无机/有机层合玻璃作为飞机风挡玻璃广泛使用的主要因素。本项目从减小层合玻璃中无机/有机材料之间性能差异入手，通过在无机玻璃内表面上制备大孔二氧化硅膜作为材料性能过渡层，然后与聚氨酯、有机玻璃一起热压成型为层合玻璃。分别研究大孔二氧化硅膜制备参数、胞元微结构以及层合工艺对层合玻璃力学强度、热应力分布以及疲劳寿命的影响规律；在此基础上，建立"大孔二氧化硅膜界面微结构- - 层合玻璃力学性能"理论预测模型。本项目的研究对解决无机/有机层合玻璃的脱胶失效，提高其可靠性和使用寿命具有一定的理论指导意义和应用价值。

目前，出于重量考虑，在中国航空层合玻璃主要是重量轻的有机层合玻璃。然而，为了适应海洋气候环境（例如，强烈的紫外线、高盐、高湿度），性能优异的无机-有机航空挡风玻璃应运而生。但是，外层无机玻璃与中间层有机胶片之间存在性能差异，导致二者之间容易发生界面失效，制约无机/有机层合玻璃广泛使用。本项目主要是通过在无机玻璃和聚氨酯之间插入一层多孔二氧化硅膜来降低二者之间的性能差异，提高层合玻璃的可靠性和使用寿命，扩大无机/有机层合玻璃在飞机风挡中的应用范围。通过研究发现:(1) 在无机玻璃和聚氨酯之间加入多孔二氧化硅过渡层，有助于提高层合玻璃的抗剪切性能; (2) 多孔二氧化硅膜的表面形貌直接影响层合玻璃的力学性能；随着多孔二氧化硅孔面积的增加，层合玻璃中无机玻璃/聚氨酯界面的剪切强度先迅速增大后缓慢降低，当单孔面积为52.61 μm2时，制备的层合玻璃有较好的力学性能。（3）通过调节多孔二氧化硅层厚度可以优化层合玻璃的力学和光学性能。层合玻璃的失效应力随过渡膜厚度的增加而增大，而透光率随膜厚的增加而迅速降低；多孔二氧化硅厚度约3.8微米时，层合玻璃机械性能的改善达到饱和。(4) 在本项目中，也研究了在透明AlON材料中掺杂Y2O3后的微结构和氧化性能。热压烧结的AlON在空气中会发生氧化；随掺杂量的减小，对应放热峰温度提高；掺杂Y2O3不仅可以加速烧结，而且可以提高其耐氧化性，这是由于掺杂后在晶界处形成第二相，有效的防止氧离子向表面迁移。(5) 在本项目中也研究了橄榄石型的磷酸铁锂(LFP)作为锂离子电池正极材料的最近研究进展。通过本项目的研究找到一种解决制约无机/有机层合玻璃应用的新方法，促进适合海洋环境的新型航空层合玻璃的发展。