玻璃工艺学玻璃的物理化学特性学习教案.pptx

会计学1玻璃工艺学玻璃的物理化学特性玻璃工艺学玻璃的物理化学特性第一页，编辑于星期日：十七点 三十二分。讨论的问题：讨论的问题：n n玻璃的通性玻璃的通性n n玻璃的结构学说玻璃的结构学说n n几种常见的玻璃结构几种常见的玻璃结构n n玻璃的热历史玻璃的热历史n n玻璃结构、成分和性能的关系第1页/共51页第二页，编辑于星期日：十七点 三十二分。玻璃的通性玻璃的通性 玻璃是一种具有无规则结构的非玻璃是一种具有无规则结构的非晶固体，其原子不象晶体在空间作长晶固体，其原子不象晶体在空间作长程有序的排列，而近似于液体具有短程有序的排列，而近似于液体具有短程有序长程无序的排列。程有序长程无序的排列。1)玻璃的定义第2页/共51页第三页，编辑于星期日：十七点 三十二分。玻璃的通性玻璃的通性2)玻玻 璃璃 的的 通通 性性各向同性无固定熔点亚稳性熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性第3页/共51页第四页，编辑于星期日：十七点 三十二分。玻璃的结构学说玻璃的结构学说玻璃的结构玻璃的结构 玻璃的结构是指玻璃中质点在空间玻璃的结构是指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度及它们彼此的几何配置、有序程度及它们彼此间的结合状态间的结合状态玻璃的结构学说 晶子学说、无规则网络学说、凝胶学说、五角对称学说、高分子学说等。第4页/共51页第五页，编辑于星期日：十七点 三十二分。主要的玻璃结构学说是主要的玻璃结构学说是主要的玻璃结构学说是主要的玻璃结构学说是：晶子学说晶子学说无规则网络学说无规则网络学说第5页/共51页第六页，编辑于星期日：十七点 三十二分。主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之晶子学说晶子学说晶子学说（1921年前苏联学者列别捷夫提出）列别捷夫主要论点：玻璃是由无数“晶子”所组成，晶子是具有晶格变形的有序排列的区域，分散在无定形的介质中，从“晶子”部分到无定形部分是逐步过渡的，两者之间没有明显的界限。晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成第6页/共51页第七页，编辑于星期日：十七点 三十二分。实验证据：实验证据：实验证据：实验证据：成分递变的钠硅双组分玻璃的成分递变的钠硅双组分玻璃的成分递变的钠硅双组分玻璃的成分递变的钠硅双组分玻璃的X X射线散射强射线散射强射线散射强射线散射强度曲线度曲线度曲线度曲线 结晶氧化硅和玻璃态氧化硅在结晶氧化硅和玻璃态氧化硅在结晶氧化硅和玻璃态氧化硅在结晶氧化硅和玻璃态氧化硅在326326 m的波长的波长的波长的波长范围内的红外反射光谱范围内的红外反射光谱范围内的红外反射光谱范围内的红外反射光谱 钠硅双组分玻璃系统的钠硅双组分玻璃系统的钠硅双组分玻璃系统的钠硅双组分玻璃系统的原始玻璃态和析晶态原始玻璃态和析晶态原始玻璃态和析晶态原始玻璃态和析晶态的红外反射和吸收光谱的红外反射和吸收光谱的红外反射和吸收光谱的红外反射和吸收光谱主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之晶子学说晶子学说晶子学说晶子学说第7页/共51页第八页，编辑于星期日：十七点 三十二分。n n成功之处：成功之处：玻璃的结构特征玻璃的结构特征是微均是微均匀性以及近程有序匀性以及近程有序n n未解决的问题：未解决的问题：晶子的大小、晶子的大小、含量含量和化学组成等未得到理论确定和化学组成等未得到理论确定主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之晶子学说晶子学说第8页/共51页第九页，编辑于星期日：十七点 三十二分。主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之无规则网络学说无规则网络学说无规则网络学说无规则网络学说 无规则网络学说无规则网络学说无规则网络学说无规则网络学说（19321932年德国学者年德国学者年德国学者年德国学者扎哈里阿森）扎哈里阿森）扎哈里阿森）扎哈里阿森）扎哈里阿森认为：扎哈里阿森认为：扎哈里阿森认为：扎哈里阿森认为：凡是成为玻璃态的物质与相应的晶体凡是成为玻璃态的物质与相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是离子多面体（四面体或三成。这种网络是离子多面体（四面体或三成。这种网络是离子多面体（四面体或三成。这种网络是离子多面体（四面体或三角体）构筑起来的。玻璃中结构多面体的角体）构筑起来的。玻璃中结构多面体的角体）构筑起来的。玻璃中结构多面体的角体）构筑起来的。玻璃中结构多面体的重复没有规律。重复没有规律。第9页/共51页第十页，编辑于星期日：十七点 三十二分。主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之无规则网络学说无规则网络学说无规则网络学说无规则网络学说实验证据：实验证据：实验证据：实验证据：瓦伦对玻璃的瓦伦对玻璃的瓦伦对玻璃的瓦伦对玻璃的X X射线衍射光谱的一系列研射线衍射光谱的一系列研射线衍射光谱的一系列研射线衍射光谱的一系列研究结果，石英玻璃、方石英和硅胶的究结果，石英玻璃、方石英和硅胶的究结果，石英玻璃、方石英和硅胶的究结果，石英玻璃、方石英和硅胶的XnmXnm附近附近附近附近第10页/共51页第十一页，编辑于星期日：十七点 三十二分。主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之主要的玻璃结构学说之无规则网络学说无规则网络学说n n成功之处：玻璃的结构特征是玻成功之处：玻璃的结构特征是玻璃中的离子与多面体相互间排列璃中的离子与多面体相互间排列的均匀性、连续性以及无序性的均匀性、连续性以及无序性n n未解决的问题：玻璃的结构中微未解决的问题：玻璃的结构中微不均匀、不连续性和近程有序等不均匀、不连续性和近程有序等问题无法解释。问题无法解释。第11页/共51页第十二页，编辑于星期日：十七点 三十二分。发展中的晶子学说和无规则网络学说发展中的晶子学说和无规则网络学说发展中的晶子学说和无规则网络学说发展中的晶子学说和无规则网络学说无规则网络派：无规则网络派：无规则网络派：无规则网络派：阳离子在玻璃结构网络中所阳离子在玻璃结构网络中所阳离子在玻璃结构网络中所阳离子在玻璃结构网络中所处的位置不是任意的，而是有一定配位处的位置不是任意的，而是有一定配位处的位置不是任意的，而是有一定配位处的位置不是任意的，而是有一定配位关系。多面体的排列也有一定的规律，关系。多面体的排列也有一定的规律，关系。多面体的排列也有一定的规律，关系。多面体的排列也有一定的规律，并且在玻璃中可能不止存在一种网络并且在玻璃中可能不止存在一种网络并且在玻璃中可能不止存在一种网络并且在玻璃中可能不止存在一种网络。因此承认了玻璃结构的近程有序和微不均因此承认了玻璃结构的近程有序和微不均因此承认了玻璃结构的近程有序和微不均因此承认了玻璃结构的近程有序和微不均匀性。匀性。匀性。匀性。晶子学派：玻璃是具有近程有序（晶子）区域的无定形物质第12页/共51页第十三页，编辑于星期日：十七点 三十二分。1)硅酸盐玻璃的结构、成因和性质硅酸盐玻璃的结构、成因和性质：石英玻璃结构石英玻璃结构:由硅氧四面体由硅氧四面体SiOSiO4 4 为为结构单元硅结构单元硅氧四面体以顶角相连形成三维的无规氧四面体以顶角相连形成三维的无规则架状结构则架状结构结构成因：Si-O-Si键角变化范围大 硅氧四面体排列成三维的无规则架状结构性质：架状结构和Si-O的单键能大高温粘度大，热膨胀系数小，密度大；机械强度高，耐热性、介电性能和化学稳定性好第13页/共51页第十四页，编辑于星期日：十七点 三十二分。要掌握的玻璃结构要掌握的玻璃结构n n硅酸盐玻璃：石英玻璃、硅酸盐玻璃：石英玻璃、R2O-SiO2系系统玻璃和统玻璃和R2O-RO-SiO2系统玻璃系统玻璃n n硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃：B2O3玻璃、碱硼酸盐玻璃、碱硼酸盐玻璃和钠硼硅玻璃玻璃和钠硼硅玻璃n n磷酸盐玻璃：磷酸盐玻璃：P2O5玻璃玻璃第14页/共51页第十五页，编辑于星期日：十七点 三十二分。1.1.41.1.4玻璃结构中阳离子的分类与作用玻璃结构中阳离子的分类与作用玻璃结构中阳离子的分类与作用玻璃结构中阳离子的分类与作用1 1）玻璃结构中阳离子的分类）玻璃结构中阳离子的分类）玻璃结构中阳离子的分类）玻璃结构中阳离子的分类n n玻璃结构中阳离子的分类是依据元玻璃结构中阳离子的分类是依据元素与氧结合的单键能的大小和能否素与氧结合的单键能的大小和能否生成玻璃，将氧化物分为：生成玻璃，将氧化物分为：网络生网络生成体氧化物、网络外体氧化物、中间成体氧化物、网络外体氧化物、中间体氧化物。体氧化物。相应的阳离子分别称为相应的阳离子分别称为网网络生成络生成离子离子、网络外、网络外离子离子、中间、中间离子离子。第15页/共51页第十六页，编辑于星期日：十七点 三十二分。n n网络生成体氧化物：网络生成体氧化物：SiO2、B2O3、P2 O5等等n n网络外体氧化物：网络外体氧化物：R2O、RO等等n n中间体氧化物：中间体氧化物：BeO、MgO、ZnO、Al2O3、Ga2O3、TiO2等等玻璃结构中氧化物的分类举例玻璃结构中氧化物的分类举例玻璃结构中氧化物的分类举例玻璃结构中氧化物的分类举例第16页/共51页第十七页，编辑于星期日：十七点 三十二分。2）玻璃结构中阳离子作用、配位、键性）玻璃结构中阳离子作用、配位、键性）玻璃结构中阳离子作用、配位、键性）玻璃结构中阳离子作用、配位、键性网络生成体氧化物网络生成体氧化物（F代表代表网络生成阳网络生成阳网络生成阳网络生成阳离子离子离子离子）：）：）：）：能单独生成玻璃，在玻璃中能形成各自特能单独生成玻璃，在玻璃中能形成各自特能单独生成玻璃，在玻璃中能形成各自特能单独生成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系。起骨架作用有的网络体系。起骨架作用有的网络体系。起骨架作用有的网络体系。起骨架作用FOO键是共价、离子混合键，键是共价、离子混合键，FOO单单单单键键键键能较大（能较大（能较大（能较大（80808080千卡千卡千卡千卡）阳离子阳离子阳离子阳离子F的配位数是的配位数是3或或4，配位多面体，配位多面体F F O4或或F O3 3一般以顶角相连一般以顶角相连第17页/共51页第十八页，编辑于星期日：十七点 三十二分。网络外体氧化物（网络外体氧化物（网络外体氧化物（网络外体氧化物（MM代表代表代表代表网络外体阳离子）：网络外体阳离子）：网络外体阳离子）：网络外体阳离子）：n n不能单独生成玻璃，不参加网络不能单独生成玻璃，不参加网络体，处于网络之外。若是体，处于网络之外。若是“游离氧游离氧”的提供者（即阳离子的电场强度的提供者（即阳离子的电场强度较小），起断网作用；若是断键较小），起断网作用；若是断键的积聚者，起积聚作用的积聚者，起积聚作用n nMO键是离子键。键是离子键。阳离子阳离子M有两有两种类型：一是种类型：一是MO单键能较小单键能较小（60千卡千卡），），阳离子阳离子M的电场的电场强度小（如碱金属离子、碱土金强度小（如碱金属离子、碱土金属离子等）；二是属离子等）；二是MO单键能较单键能较大（大（60千卡千卡），），阳离子阳离子M的电的电场强度大（如场强度大（如Th4+、In3+、等）、等）配位数配位数 6第18页/共51页第十九页，编辑于星期日：十七点 三十二分。中间体氧化物（中间体氧化物（I代表代表中间体阳离子）中间体阳离子）中间体阳离子）中间体阳离子）：n n不能单独生成玻璃，作用介于网不能单独生成玻璃，作用介于网络生成体氧化物与网络外体氧化络生成体氧化物与网络外体氧化物之间。当配位数物之间。当配位数6时，处于网时，处于网络之外，作用与网络外体氧化物络之外，作用与网络外体氧化物相似；当配位数为相似；当配位数为4时，能参加时，能参加网络，起补网作用网络，起补网作用n nI-O键具有一定的共价性，但离键具有一定的共价性，但离子性起主要作用子性起主要作用单键能在单键能在60 80千卡，千卡，配位数配位数一般为一般为6，夺取，夺取“游游离氧离氧”后后配位数变为配位数变为4第19页/共51页第二十页，编辑于星期日：十七点 三十二分。3 3）玻璃中各种氧化物的作用）玻璃中各种氧化物的作用碱金属氧化物：碱金属氧化物：NaNa2 2O、K2 2OO、LiLi2 2O碱土金属氧化物：CaO、MgO、PbO三价金属氧化物：Al2O3四价金属氧化物：TiO2第20页/共51页第二十一页，编辑于星期日：十七点 三十二分。1)1)玻璃的热历史定义：玻璃的热历史定义：玻璃的热历史定义：玻璃的热历史定义：玻璃的热历史是指玻璃从高温液态冷却，玻璃的热历史是指玻璃从高温液态冷却，玻璃的热历史是指玻璃从高温液态冷却，玻璃的热历史是指玻璃从高温液态冷却，通过转变温区和退火温区的经历。通过转变温区和退火温区的经历。第21页/共51页第二十二页，编辑于星期日：十七点 三十二分。Tf称为软化温度或拉丝成形温度下限是指玻璃升温通过转变温区时开始出现液体典型性质所对应的温度。Tg 称为转化温度或脆性温度或退火温度上限，指玻璃从高温液态冷却通过转变温区时出现脆性所对应的温度n n玻璃的转变区（玻璃的转变区（Tg Tf）：）：玻璃熔体冷却时要通过过渡玻璃熔体冷却时要通过过渡温度区。在此区域内玻璃从典型温度区。在此区域内玻璃从典型的液体状态，逐渐转变为具有固的液体状态，逐渐转变为具有固体各项性质的物体。体各项性质的物体。第22页/共51页第二十三页，编辑于星期日：十七点 三十二分。玻璃在转变区的结构、性能的变化规律玻璃在转变区的结构、性能的变化规律玻璃在转变区的结构、性能的变化规律玻璃在转变区的结构、性能的变化规律:TTf f:T 高，玻璃粘度高，玻璃粘度 低；温度变化的低；温度变化的快慢对玻璃的结构及相应的性质影响不大。快慢对玻璃的结构及相应的性质影响不大。T Tg g TT TTf:为为109 910PaS；玻璃；玻璃的结构、相应的性质由此区间保持的温度的结构、相应的性质由此区间保持的温度的结构、相应的性质由此区间保持的温度的结构、相应的性质由此区间保持的温度所决定。所决定。所决定。所决定。TTg:Tg 附近，为1012 10PaS；温度变化的快慢对玻璃的结构、性质影响小，结构组团间有位移的能力，玻璃的低温性质落后于温度；远离Tg 玻璃已固化，玻璃的结构、性质不随温度变化的快慢影响2 2）玻璃在转变区的结构、性能的变化规律）玻璃在转变区的结构、性能的变化规律）玻璃在转变区的结构、性能的变化规律）玻璃在转变区的结构、性能的变化规律第23页/共51页第二十四页，编辑于星期日：十七点 三十二分。快速越过快速越过Tg Tf f区时，结构疏松，区时，结构疏松，区时，结构疏松，区时，结构疏松，密度密度密度密度较小；较小；在在 Tg g Tf区停留足够的时间时，结构致密，区停留足够的时间时，结构致密，区停留足够的时间时，结构致密，区停留足够的时间时，结构致密，密度密度较大。快冷玻璃的较大。快冷玻璃的密度密度相对与慢冷玻相对与慢冷玻相对与慢冷玻相对与慢冷玻璃容易调整。璃容易调整。璃容易调整。璃容易调整。快速越过快速越过Tg g Tf区时，区时，区时，区时，粘度粘度较小；在较小；在较小；在较小；在 T Tg g Tf f区停留足够的时间时，区停留足够的时间时，区停留足够的时间时，区停留足够的时间时，粘度粘度粘度粘度较大。快冷玻较大。快冷玻较大。快冷玻较大。快冷玻璃的璃的璃的璃的粘度粘度粘度粘度相对与慢冷玻璃容易调整。相对与慢冷玻璃容易调整。相对与慢冷玻璃容易调整。相对与慢冷玻璃容易调整。3 3）热历史对）热历史对）热历史对）热历史对密度密度、粘度粘度、热膨胀热膨胀热膨胀热膨胀的影响的影响第24页/共51页第二十五页，编辑于星期日：十七点 三十二分。3）热历史对）热历史对密度密度密度密度、粘度粘度粘度粘度、热膨胀热膨胀的影响的影响n nT提高未达到提高未达到Tg Tf区时，快冷区时，快冷玻璃的玻璃的热膨胀系数热膨胀系数和慢冷玻璃和慢冷玻璃的的热膨胀系数热膨胀系数变化相同，快冷变化相同，快冷玻璃的玻璃的热膨胀系数热膨胀系数较大；较大；n n当通过当通过Tg Tf区时，快冷玻璃区时，快冷玻璃的的热膨胀系数热膨胀系数变化较小，慢冷变化较小，慢冷玻璃的玻璃的热膨胀系数热膨胀系数产生了突变；产生了突变；n n T继续提高时，快冷玻璃的继续提高时，快冷玻璃的热热膨胀系数膨胀系数先升后降，慢冷玻璃先升后降，慢冷玻璃的的热膨胀系数热膨胀系数继续升高或下降。继续升高或下降。第25页/共51页第二十六页，编辑于星期日：十七点 三十二分。玻璃的结构、性能和成分的关系玻璃的结构、性能和成分的关系玻璃的结构、性能和成分的关系玻璃的结构、性能和成分的关系n n玻璃玻璃玻璃玻璃 结构结构玻璃性能玻璃 成分提供离子的电价、大小结构化学等规律热、电、光、机械力、化学介质等总的规律：玻璃的成分通过结构决定性质第26页/共51页第二十七页，编辑于星期日：十七点 三十二分。第一类性质：是属于与玻璃的成分不是简单的加和关系，并可以用离子迁移过程中克服势垒的能量来标志的性质。如：电导、电阻粘度、介电损失、离子扩散速度和化学稳定性等。玻璃从熔融态经转变区域冷却时，这些性质一般是随温度的变化而逐渐变化的。第二类性质：是属于可以依据玻璃的成分和某些特性的加和法则进行推算，并由玻璃的网络单独起作用或网络与网络外离子共同作用的性质。如：折射率、分子体积、色散、密度、弹性模数、扭变模数、硬度、热膨胀系数和介电常数等。玻璃从熔融态经过转变区域冷却时，这些性质将产生突变。性质的分类：性质的分类：性质的分类：性质的分类：第一类性质和第一类性质和第一类性质和第一类性质和第二类性质第二类性质第27页/共51页第二十八页，编辑于星期日：十七点 三十二分。形成方法形成方法熔体冷却法液相析出法气相凝聚法晶体能量泵入法第28页/共51页第二十九页，编辑于星期日：十七点 三十二分。1 热力学条件（玻璃的生成的热力学理论）热力学条件（玻璃的生成的热力学理论）玻璃的能量玻璃的能量 G=H T S 高温高温熔体熔体 T S 起主导作用起主导作用 G0玻璃态内能玻璃态内能相应结晶态物质，有析相应结晶态物质，有析晶倾向晶倾向形成玻璃的热力学条件形成玻璃的热力学条件:玻璃态与晶玻璃态与晶态的内能差越小越易形成玻璃态的内能差越小越易形成玻璃第29页/共51页第三十页，编辑于星期日：十七点 三十二分。2 动力学条件（玻璃的生成的动力学理论）动力学条件（玻璃的生成的动力学理论）n n玻璃形成与过冷度T、粘度、成核速率Ir、晶体生长速率u等有关。n n熔体冷却速率非常关键第30页/共51页第三十一页，编辑于星期日：十七点 三十二分。玻璃体与熔体的结构关系1)硅酸盐熔体的结构 硅酸盐熔体倾向形成形状不规则、短程有序的大离子聚集体3 3 熔体结构、键性和键强对生成玻璃的作用（结晶熔体结构、键性和键强对生成玻璃的作用（结晶熔体结构、键性和键强对生成玻璃的作用（结晶熔体结构、键性和键强对生成玻璃的作用（结晶化学理论）化学理论）化学理论）化学理论）第31页/共51页第三十二页，编辑于星期日：十七点 三十二分。2)硅酸盐熔体的结构特点熔体中有许多聚合程度不同的负离子团平衡共存,存在聚合平衡反应M2SiO4+Mn+1 SinO3n+1 Mn+2Sin+1O3n+4+MO负离子团形状不规则，短程有序第32页/共51页第三十三页，编辑于星期日：十七点 三十二分。负离子团的种类、大小随熔体组成及温度变化而变化。离子半径大而电荷小的的氧化物可使硅氧集团断裂出现，负离子团变小；硅酸盐熔体中的分相现象是普遍的3)玻璃结构与熔体结构的关系继承性结构对应性第33页/共51页第三十四页，编辑于星期日：十七点 三十二分。熔体冷却时，分子、原子动能减小，聚合形成大阴离子，熔体粘度增大。熔体中阴离子基团是低聚合难于形成玻璃熔体中阴离子基团是高聚合易于形成玻璃熔体结构熔体结构第34页/共51页第三十五页，编辑于星期日：十七点 三十二分。1)离子键 无方向性、饱和性，原子相对位置容易改变，组合成晶格容易。2)共价键 有方向性、饱和性，作用范围小。纯共价键化合物为分子结构，以范氏力结合成分子晶体。键性键性第35页/共51页第三十六页，编辑于星期日：十七点 三十二分。3)金属键 无方向性、饱和性。倾向于最紧密堆积，原子间易成晶格。最不易成玻璃。4)过渡键（离子-共价、金属-共价）形成大阴离子，易成玻璃。如离子-共价键，既有离子键的易变键角、形成无对称变形的趋势，造成长程无序；又有共价键的方向、饱和性，不易改变键长、键角倾向，造成短程有序。第36页/共51页第三十七页，编辑于星期日：十七点 三十二分。孙光汉单键能理论键能大，键的破坏、重组也难，成核位垒高，不易析晶。键能335 KJ/mol的氧化物可单独成玻。第37页/共51页第三十八页，编辑于星期日：十七点 三十二分。n n1一元系统玻璃生成规律一元系统玻璃生成规律 一元系统玻璃生成规律与一元系统玻璃生成规律与化合化合物单键的键性、键强和熔体结物单键的键性、键强和熔体结构构n n2二元系统玻璃生成规律二元系统玻璃生成规律1）形成范围与）形成范围与R的半径、电价、的半径、电价、极化率、场强、配位数等有关极化率、场强、配位数等有关第38页/共51页第三十九页，编辑于星期日：十七点 三十二分。2 2）RmOn-B2O3系统玻璃的生成规律系统玻璃的生成规律同价同价R半径越半径越大成玻范围越大成玻范围越大。大。半径相近，半径相近，电荷越小成玻电荷越小成玻范围越大。范围越大。(Li+Mg2+Zr4+)0.2 0.5 1.0 1.55040302010R 半径成玻区域mol%LiNaKZnCdPbBe MgCaSrBaInLa+2+2+3+第39页/共51页第四十页，编辑于星期日：十七点 三十二分。2）RmOn-B2O3系统玻璃的生成规律系统玻璃的生成规律半径电荷均半径电荷均相近，极相近，极化率大的化率大的成玻范围成玻范围大。大。(Pb2+Ba2+)电场强度大电场强度大且配位数且配位数=6的的R可加可加入量极少。入量极少。(Zr4+)0.2 0.5 1.0 1.55040302010R 半径成玻区域mol%LiNaKZnCdPbBe MgCaSrBaInLa+2+2+3+第40页/共51页第四十一页，编辑于星期日：十七点 三十二分。2）R2O-SiO2系统玻璃的生成规律系统玻璃的生成规律n nR2O/SiO21/2时时 R2O利于利于成玻成玻n nR2O/SiO2=1/21 成玻能力成玻能力下降下降n nR2O/SiO2 1 难以成玻难以成玻n nRO-SiO2与与R2O/SiO2类似，只类似，只是是RO用量小于用量小于50%，且成玻能，且成玻能力较小。力较小。第41页/共51页第四十二页，编辑于星期日：十七点 三十二分。3三元三元系统玻璃的生成规律系统玻璃的生成规律n n三元系统玻璃的生成规律可用三元系统玻璃的生成规律可用玻璃玻璃形成图形成图表示表示n n玻璃形成图不是相图玻璃形成图不是相图：玻璃形成图是通过试验确定的表示玻璃形成图是通过试验确定的表示生成玻璃区域的几何图形，它与所生成玻璃区域的几何图形，它与所用玻璃液数量、冷却速度和方法有用玻璃液数量、冷却速度和方法有关关第42页/共51页第四十三页，编辑于星期日：十七点 三十二分。3三元三元系统玻璃的生成规律系统玻璃的生成规律n n三元系统玻璃含有三种氧化物，三元系统玻璃含有三种氧化物，其中至少一种、至多三种为网络其中至少一种、至多三种为网络形成体形成体Fn n由于新的共熔物形成，三元系由于新的共熔物形成，三元系统形成区中部出现突出部分。统形成区中部出现突出部分。n n含有两种含有两种F的三元系统，突出的三元系统，突出位置受共熔点位置的影响，即突位置受共熔点位置的影响，即突向熔点低一侧。向熔点低一侧。第43页/共51页第四十四页，编辑于星期日：十七点 三十二分。3三元三元系统玻璃的生成规律系统玻璃的生成规律n n三元系统只有一种三元系统只有一种F时，突出时，突出部分偏向低熔点氧化物一侧。部分偏向低熔点氧化物一侧。n n网络中间体网络中间体I可使网络外体可使网络外体M较较多的区域重新形成玻璃，在有多的区域重新形成玻璃，在有I的的三元系统中，生成区突出偏向三元系统中，生成区突出偏向M一侧，呈半圆形。一侧，呈半圆形。n nF-I、F-M4等不能形成玻璃的等不能形成玻璃的二元系统中加入新的氧化物，由二元系统中加入新的氧化物，由于新的共熔物的形成，可在其中于新的共熔物的形成，可在其中间部位形成较小的不稳定的玻璃间部位形成较小的不稳定的玻璃形成区。形成区。第44页/共51页第四十五页，编辑于星期日：十七点 三十二分。相变相变 1)玻璃的分相定义：玻璃的分相定义：玻璃的分相定义：玻璃的分相定义：玻璃在高温下为均匀熔体，在冷却过程玻璃在高温下为均匀熔体，在冷却过程中或在一定温度下热处理时，由于内部中或在一定温度下热处理时，由于内部质点迁移，某些组分分别浓集形成化学质点迁移，某些组分分别浓集形成化学组成不同的两个相的过程。组成不同的两个相的过程。第45页/共51页第四十六页，编辑于星期日：十七点 三十二分。2)玻璃的分相类型：玻璃的分相类型：稳定分相亚稳分相玻璃的分相依据不混溶的特性稳定分相：在液相线以上就开始发稳定分相：在液相线以上就开始发稳定分相：在液相线以上就开始发稳定分相：在液相线以上就开始发生分相的现象生分相的现象生分相的现象生分相的现象亚稳分相：在液相线以下就开始发亚稳分相：在液相线以下就开始发生分相的现象生分相的现象第46页/共51页第四十七页，编辑于星期日：十七点 三十二分。2)玻璃的分相类型：玻璃的分相类型：孤立液滴状结构分相连通状结构分相玻璃的分相依据分相结构孤立液滴状结构分相：发生在亚稳区或稳定区孤立液滴状结构分相：发生在亚稳区或稳定区孤立液滴状结构分相：发生在亚稳区或稳定区孤立液滴状结构分相：发生在亚稳区或稳定区的分相的现象的分相的现象的分相的现象的分相的现象连通状结构分相：发生在亚稳分解区或不稳定连通状结构分相：发生在亚稳分解区或不稳定连通状结构分相：发生在亚稳分解区或不稳定连通状结构分相：发生在亚稳分解区或不稳定区的分相的现象区的分相的现象区的分相的现象区的分相的现象第47页/共51页第四十八页，编辑于星期日：十七点 三十二分。3)3)玻璃的分相原因：阳离子对氧离子的争夺所引玻璃的分相原因：阳离子对氧离子的争夺所引玻璃的分相原因：阳离子对氧离子的争夺所引玻璃的分相原因：阳离子对氧离子的争夺所引起。可用阳离子势来判定分相类型起。可用阳离子势来判定分相类型起。可用阳离子势来判定分相类型起。可用阳离子势来判定分相类型4)分相对玻璃性质的影响分相对第一类性质的影响较为敏感；分相对玻璃结晶有利；为成核提供界面、分散相具有高的原子迁移率、使成核剂组分富集于一相；分相时，过渡金属元素基本全部富集于微相液滴中而不是在基体玻璃中。第48页/共51页第四十九页，编辑于星期日：十七点 三十二分。2）玻璃的析晶过程包括晶核形成和晶体生长；成核速度和晶体生长速度都是过冷度和粘度的函数1）析晶定义：指熔体和玻璃体在冷却 或热处理的过程中从均匀的液相或 玻璃相转变为晶相的过程3）玻璃析晶的原因4）玻璃析晶的影响因素：玻璃成分、玻璃的结构、分相的作用、工艺因素第49页/共51页第五十页，编辑于星期日：十七点 三十二分。玻璃性质或性能的总结玻璃性质或性能的总结玻璃性质或性能的总结玻璃性质或性能的总结生产者关心的性能或性质：生产者关心的性能或性质：生产者关心的性能或性质：生产者关心的性能或性质：粘度、表面性质、热膨胀性、导热率、粘度、表面性质、热膨胀性、导热率、粘度、表面性质、热膨胀性、导热率、粘度、表面性质、热膨胀性、导热率、比热容、密度、弹性、脆性等随温度比热容、密度、弹性、脆性等随温度比热容、密度、弹性、脆性等随温度比热容、密度、弹性、脆性等随温度变化的规律变化的规律变化的规律变化的规律 用户关心的性能或性质：用户关心的性能或性质：机械强度、硬度、热稳定性、化学稳机械强度、硬度、热稳定性、化学稳机械强度、硬度、热稳定性、化学稳机械强度、硬度、热稳定性、化学稳定性、耐热性、光学性能、电磁性能定性、耐热性、光学性能、电磁性能定性、耐热性、光学性能、电磁性能定性、耐热性、光学性能、电磁性能等等等等第50页/共51页第五十一页，编辑于星期日：十七点 三十二分。