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第四章 玻璃材料第一节 概述主要内容玻璃的概念玻璃的概念与组成、通性与组成、通性玻璃结构的玻璃结构的假说假说主要主要硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃的种类、用途及的种类、用途及生产方法生产方法玻璃的发展史玻璃的发展史本本节节教学目标教学目标掌握掌握：玻璃的概念、组成、通性以及玻璃 结构的假说。了解：了解：主要硅酸盐玻璃制品的种类、用途及 生产方法。一、玻璃的发展史二、玻璃的概念与组成（1）概念）概念v广义广义：凡是具有非晶态结构的固体材料凡是具有非晶态结构的固体材料 统称为玻璃。统称为玻璃。v狭义狭义：从熔体中冷却，在室温下还保持 熔体结构的固体材料（即无机玻璃)（2）组成）组成 a）硅酸盐玻璃以硅酸盐玻璃以SiO2为主要成分。为主要成分。b）普通硅酸盐玻璃（瓶罐玻璃、保温瓶玻璃、平 板玻璃、仪器玻璃等）化学组成一般是在 Na2O-CaO-SiO2三元系统基础上，适量引入Al2O3、B2O3、MgO、BaO、ZnO、PbO、K2O、Li2O等。（3）通性）通性A A、各向同性、各向同性 B B、介稳性（亚稳性）、介稳性（亚稳性）C C、无固定熔点、无固定熔点 D D、凝固的可逆性和性质变化的连续性、凝固的可逆性和性质变化的连续性A A、各向同性、各向同性 玻璃态物质的质点排列总是无规则的，是统计均匀分布的，因此，它的物理化学性质在任何方向都是相同的。如：折射率、硬度、热膨胀系数、弹性模量等性能。B B、介稳性（亚稳性）、介稳性（亚稳性）玻璃是由熔体急剧冷却而得，由于在冷却过程中粘度急剧增大，质点来不及作形成晶体的有规则排列，系统的内能不是处于最低值，而是介于熔融态和晶态之间，属于介稳态。在一定的外界条件下，在一定的外界条件下，仍具有自发放热转化为内仍具有自发放热转化为内能较低的晶体的倾向。能较低的晶体的倾向。物质内能与体积随温度的变化TgTM DCBAKFMEVQ 过冷液体过冷液体晶体晶体玻璃态玻璃态液体液体快冷快冷慢冷慢冷C C、无固定熔点、无固定熔点 由于玻璃形成过程中由熔体向固体转变是在一定的温度范围内进行的，所以其熔化过程也是在一定的温度范围内而不是某一温度点。玻璃性质随温度的变化玻璃性质随温度的变化D D、凝固的可逆性和性质变、凝固的可逆性和性质变 化的连续性化的连续性 玻璃体由熔融态冷却转变为机械固体或加热向相反转变的过程是可逆的，其物理化学性质是连续的。三、玻璃结构的假说三、玻璃结构的假说晶子学说晶子学说无规则网络学说无规则网络学说凝胶学说凝胶学说五角形对称学说五角形对称学说高分子学说高分子学说无定形无定形物质物质玻璃分相玻璃分相,晶化现象晶化现象,结构的理结构的理解不完整解不完整结结构构近近程程有有序序兰德尔，列别捷夫兰德尔，列别捷夫,晶子学说晶子学说各向同性，各向同性，均匀性，均匀性，性质变化的性质变化的连续性连续性结结构构近近程程有有序序远远程程无无序序查哈里阿森查哈里阿森无规则网络学说无规则网络学说v晶子假说晶子假说（在前苏联较流行在前苏联较流行)1 1、实验、实验：(1)(1)19211921年年列别捷夫列别捷夫在研究硅酸盐玻璃时发现，玻璃加热到在研究硅酸盐玻璃时发现，玻璃加热到573573时其折射率发生急剧变化，而石英正好在时其折射率发生急剧变化，而石英正好在573573发生发生型的转型的转变。硅酸盐玻璃进行退火或淬火后于变。硅酸盐玻璃进行退火或淬火后于520-595 520-595 折射率有突变，热折射率有突变，热膨胀率在膨胀率在520-595 520-595 也有突变。也有突变。2 2、要点：、要点：1）玻璃是由无数玻璃是由无数“晶子晶子”组成。组成。2）“晶子晶子”是带有晶格变形的有序排列区域。是带有晶格变形的有序排列区域。3）在）在“晶子晶子”中心，质点排列较有规律，愈远离中心则中心，质点排列较有规律，愈远离中心则 变形程度愈大。变形程度愈大。4）“晶子晶子”分散在无定形介质中。分散在无定形介质中。3、意义及评价、意义及评价：第一次揭示了玻璃的微不均匀性，描述了玻第一次揭示了玻璃的微不均匀性，描述了玻 璃结构近程有序的特点。璃结构近程有序的特点。4、不足之处、不足之处：晶子尺寸太小，无法用晶子尺寸太小，无法用x射线检测，晶子的射线检测，晶子的 含量、组成也无法得知。含量、组成也无法得知。v无规则网络假说无规则网络假说2 2、要点：、要点：（1 1)形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间 网络。网络。（2 2）这种网络由这种网络由离子多面体离子多面体通过通过桥氧桥氧相连，向三维空间无规律相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的。的发展而构筑起来的。（3 3）玻璃的均匀性、连续性及近程有序、远程无序性。）玻璃的均匀性、连续性及近程有序、远程无序性。（4 4）阴离子（主要是氧离子）相互连接形成网络，而阳离）阴离子（主要是氧离子）相互连接形成网络，而阳离 子子按其在网络中的作用分为：按其在网络中的作用分为：网络形成离子、网络修饰离子、网络形成离子、网络修饰离子、网络中间离子。网络中间离子。举举 例例石英晶体石英晶体：SiOSiO4 4 有着严有着严格的规则排列。格的规则排列。石英玻璃石英玻璃：各：各SiOSiO4 4 都通过顶都通过顶点连接成为三维空间网络，而点连接成为三维空间网络，而且且SiOSiO4 4 的排列是无序的，缺的排列是无序的，缺乏对称性和周期性的重复。乏对称性和周期性的重复。3、意义及、意义及评价评价：说明玻璃结构宏观上是均匀的。解释说明玻璃结构宏观上是均匀的。解释了结构上是远程无序的，了结构上是远程无序的，揭示了玻璃各向同性等性质。揭示了玻璃各向同性等性质。4、不足之处：不足之处：对分相研究不利，不能圆满解释玻璃的对分相研究不利，不能圆满解释玻璃的微观不均匀性和分相现象。微观不均匀性和分相现象。vv两种学说的比较与发展：两种学说的比较与发展：晶子假说晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。无规则网络假说无规则网络假说着重于玻璃结构的无序、连续、均 匀和统计性。四、主要硅酸盐玻璃的种类、四、主要硅酸盐玻璃的种类、用途及生产方法用途及生产方法
