玻璃的结构讲解.ppt

玻璃的结构讲解
本章主要内容
玻璃的通性
玻璃的构造学说
几种玻璃的构造与性能
逆性玻璃
玻璃的热历史及其对玻璃性能的影响
玻璃的成分与构造、性能的关系
一. 玻璃的通性
各向同性：玻璃的物理化学性质在任何方向a2O的增加,钠硼玻璃中的桥氧离子逐渐增加，热膨胀系数下降。但当Na2O的摩尔数超过16%之后，进一步增加Na2O，玻璃中的桥氧离子将会减少，热膨胀系数增大。
根本组成： Na2O-B2O3-SiO2
构造特点： O/(B+Si)＞；[BO3]局部转变为[BO4]；层状构造转变为三维的架状网络构造。
性能：热膨胀系数小，热稳定性、化学稳定性和电学性能良好；容易分相。
两种不同的“硼反常〞
碱金属氧化物参加到B2O3玻璃中，使玻璃的构造得到加强，物理化学性能得到改善。这与碱金属氧化物参加到石英玻璃中的情形恰好相反。这是一种硼反常。
在钠硅玻璃中参加B2O3，玻璃的构造随B2O3增加而逐渐加强，玻璃的性质得到改善。但B2O3的含量超过某数值时，将出现逆转：继续增加B2O3的量，玻璃构造逐渐弱化，玻璃的性质逐渐劣化，在玻璃的性质变化曲线上出现极值。这是另一种硼反常。
钠硼硅玻璃的折射率随B2O3的增加而增大；但当B2O3的含量超过某个数值之后，其折射率又会随B2O3的增加而变小。
“硼-铝反常〞现象
硅酸盐玻璃中不含B2O3时，用Al2O3取代局部SiO2，会使玻璃的折射率和密度增大。
硅酸盐玻璃中含B2O3时，用Al2O3取代SiO2, 会出现不同的情况：随着Al2O3的增加，Na2O/B2O3=4时，出现极大值； Na2O/B2O3＜２时，玻璃的折射率和密度显著下降。
7. 磷酸盐玻璃的构造与性能
根本组成： P2O5
构造特点：，存在非桥氧。由P4O14分子组成，分子之间靠范德华力连接。属于层状构造。
性能：膨胀系数大，融体粘度小，化学稳定性差。
P4O14分子中每一个磷氧四面体都有一个带双键的氧。
8. 逆性玻璃
逆性玻璃是指构造和性质的变化趋势〔变化方向〕与一般玻璃相反的玻璃。“逆性〞包括两方面的含义：
A. 构造强度变化趋势与一般玻璃相反。
B. 性能变化趋势与一般玻璃相反。
逆性玻璃与一般玻璃的比较
一般玻璃的构造、性能与桥氧的关系是：
桥氧越多，那么构造越结实，性能越好。
每个四面体中的桥氧数Y从＞３变为＜３，网络构造将从架状转变为层状或链状，玻璃的性质将随之发生变化。假设Y＜２，那么难以形成玻璃。
逆性玻璃与一般玻璃的比较
一般玻璃的构造是网络为主体，碱金属和碱土金属离子处于网络的空隙中，仅起辅助作用。
逆性玻璃的构造与一般玻璃的构造不同。由多面体形成的短链被大量碱金属和碱土金属离子所包围。Y值小于2也能形成玻璃。
桥氧数从4减少到2，介电损耗逐渐增大。但当桥氧数进一步减少时，介电损耗却向相反的方向变化，表现出逆性玻璃的特点。
桥氧数从4减少到2，玻璃的粘度逐渐降低。但当桥氧数进一步减少时，粘度却向相反的方向变化，表现出逆性玻璃的特点。
9. 硫属化合物玻璃
主要成分：硫、硒、碲。一般不含氧。
最主要的系统是***-硫属系统：
As2S3, As2Se3, As2Te3
构造特点：链状构造
性能：易熔、透红外光、用其它元素置换局部硫属元素后，具有半导性。
用处：重要的半导体材料、透红外材料、易熔封接材料。
10. 卤化物玻璃
主要成分：金属卤化物，如BeF2, AlF3, NaF, ZrF4等
构造特点：架状、层状、链状
性能：折射率和色散超低，易熔
用处：重要的光学材料和易熔封接材料。
四. 玻璃的热历史及其对玻璃构造与性能的影响
玻璃的转变温度区
玻璃的热历史
在转变温度区间玻璃的构造与性能的变化规律
假想温度
热历史对玻璃性能的影响
玻璃的转变温度区
玻璃从流动性的熔体转变为刚性的固体，要经过一个过渡温度区。这个过渡温度区称为玻璃的转变温度区，一般用Tg和Tf代表转变温度区的下限和上限。
Tg称为转变温度， Tf称为膨胀软化温度。 Tg和Tf不是固定不变的，它们与冷却速度有关，随冷却速度而变。
一般以玻璃的粘度作为玻璃转变点和软化点的标志。 Tf相当于η =108~1010帕秒时的粘度， Tg相当于η =10帕秒时的粘度。
Tg和Tf不是固定不变的，它们与冷却速度有关，随玻璃的冷却速度而变。
玻璃的热历史
概念：玻璃的热历史是指玻璃在转变温度区和退火温度区的经历。
热历史对玻璃的构造与性能都有影响。同样组成的玻璃，假设热历史不同，玻璃的构造和性能是不一样的。
急冷玻璃的体积比慢冷玻璃的体积大。
在转变温度区内玻璃的构