《玻璃工艺学》第7章玻璃的电学及磁学性能.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流玻璃工艺学第7章玻璃的电学及磁学性能.精品文档.第7章 玻璃的电学及磁学性质玻璃的电学性质和磁学性质是玻璃物理性质的重要组成部分。例如玻璃由于不同的化学组成和工艺条件使其具有绝缘性、半导性、甚至良好的导电性，因而成为电器和电子工业的重要材料之一。7.1玻璃的导电性 在常温下一般玻璃是绝缘材料，但是随着温度的上升，玻璃的导电性迅速提高，特别是在转变温度点以上，导电性能飞跃增加，到熔融状态，玻璃变成良导体。例如，一般玻璃的电阻率在常温下为10111012，而在熔融状态下为1023103。 利用玻璃在常温下的低电导率，可制造照明灯泡、电真空器件、高

2、压绝缘子、电阻等，玻璃已成为电子工业重要材料。导电玻璃可用于光显示。利用玻璃在高温下较好的导电性，可进行玻璃电熔和电焊。7.1.1玻璃的导电机理 玻璃具有离子导电和电子导电的特性。某些过渡元素氧化物玻璃及硫属化物半导体玻璃具有电子导电的特性，一般的硅酸盐玻璃为离子导电。离子导电是以离子为载电体，在外电场作用下，载电体由原先无定向的离子热运动纳入电场方向的几率增加，转为作定向移动而显示出导电性。载电体离子通常是玻璃中的阳离子，尤其以玻璃中所含能动度最大的碱金属离子为主（如Na+、K+ 等），二价阳离子能动度要小得多，在能动度相差很大的情况下，全部电流几乎由一种阳离子负载。例如在Na2OCaOSi

3、O2玻璃中，可以认为全部电流都由Na+离子传递，而Ca2+离子的作用可以忽略不计。在常温下，玻璃中作为硅氧骨架或硼氧骨架的阴离子团，在外电场作用下几乎没有移动的能力。当温度提高到玻璃的软化点以上时，玻璃中的阴离子开始参加电流的传递，随着温度的升 高，参与传递电流的碱离子和阴离子数也逐渐增多。7.1.2玻璃的电导率固体材料的电导率是表示通过电流的能力。其大小主要由带电粒子的浓度和它们的迁移率所决定。玻璃的电导率分为体积电导率和表面电导率两种，一般系指体积电导率而言。电导率与材料的截面积成正比，与其长度成反比。电导率的单位为S/m。玻璃的电导率与玻璃的化学组成、温度及热历史有关。7.1.2.1玻璃

4、电导率与组成的关系玻璃导电是离子迁移所致，因此玻璃组成（由于其影响迁移离子数目和迁移离子速度）是影响玻璃电导率的重要因素。 对电导率影响特别显著的是碱金属氧化物。石英玻璃具有良好的电绝缘性。如果在石英玻璃中加入Na2O，就会使电阻率迅速下降（例如，石英玻璃200时电阻率为1017，当加入0.04ppm Na+在300时的电阻率约为1013，而Na+离子的含量为20ppm时，电阻率即降低到5109）。当碱金属离子浓度相同时，玻璃的电导率与碱金属离子的键强和半径有关。例如K+ 离子，虽然 K-O 键强较弱，但离子半径较大，具有较大的阻力，妨碍了离子的运动。Li+离子则正好相反，因此二者的电导率相差

5、很小，一般按Li+Na+K+的顺序电阻率值略微增大。但是当网络外体离子的含量大到足以将玻璃结构显著扩张时，K+离子会更易于移动，顺序的排列就倒过来了。图7-2 8.5Na2O8.5RO83SiO2含玻璃中二价金属离子的半径与lg的关系离子半径/图7-1 Fe2O3含量对含碱硅酸盐玻璃中“混合碱效应”的影响 1Fe2O30%；2Fe2O34%；3Fe2O38%；4Fe2O316%当玻璃中同时存在两种碱金属时，在组成与电导率的关系曲线上将出现明显的极值，即“混合碱效应”。而且两种碱金属离子半径相差愈大，此效应越显著；总的碱含量越低，此效应愈不明显。同时“混合碱效应”随着温度的升高逐渐减弱。在玻璃中

6、引入Fe2O3能影响“ 混合碱效应”,图7-1表示Fe2O3含量对含碱硅酸盐玻璃中“混合碱效应”的影响情况,这可能与铁离子在玻璃中的价态和配位状态有关。从图中看出,当Fe2O3含量达到26%时,“混合碱效应”很少变化，当超过6%时此效应降低，当Fe2O3含量达到1216%时,“混合碱效应”完全消失。二价金属氧化物也能增加玻璃的电导率，但与碱金属氧化物相比因其键强大，故作用不明显。其对玻璃电导率的影响，一般随离子半径的增大而减小，见图7-2，即：Be2+ Mg2+ Ca2+BSr2+ Pb2+ Ba2+。这是由于二价离子对碱金属离子的“压制效应”所致。图7-4 Na2OSiO2玻璃的lgk-1/

7、T关系曲线图7-3 Al2O3含量对 R2OSiO2系统玻璃电阻率的影响 在含碱玻璃中引入Al2O3时对其电阻率有特殊的影响,当引入少量Al2O3时，玻璃的电阻率随之增加，到Al2O3/Na2O0.2时达最大值；进一步提高Al2O3的含量，因有较多的AlO4四面体形成（因AlO4四面体的体积大于SiO4四面体），从而使结构松弛，网络空隙增大，碱金属离子活动性增加，导致电阻率下降；在Al2O3/Na2O=1 时，电阻率达到最小值。继续增加Al2O3的含量，此时Al3+以AlO6八面体形式填充于网络空隙中，阻碍了Na+离子的迁移，使电阻率迅速上升(见图7-3)。因此，为了保持绝缘性能好，在含碱玻璃

8、中加入大量的Al2O3是不适宜的。一般在低碱或无碱玻璃中加入Al2O3对玻璃电阻率的影响较小。B3+离子配位数的改变同样对玻璃的电导率有影响。当B3+由BO3转变为BO4时，B2O3不仅起到补网作用，而且由于生成BO4四面体的体积小于SiO4四面体，使结构趋于致密，电阻率随之增加，反之亦然。 另外，高场强、高配位的离子如Y3+、La3+、Zr4+和Th4+等，将填充于网络空隙，阻碍碱金属离子的移动，使玻璃的电导率下降。7.1.2.2玻璃电导率与温度的关系玻璃的电导率随温度的升高而增大。图7-4表示Na2OSiO2玻璃的-曲线。从图中可看出，在温度以下，由于玻璃结构是相对稳定的，因此电导率与温度

9、呈直线关系，用下式表示： （7-1） 式中 电导率 与玻璃成分有关的常数，决定于可迁移离子数目和电导活化能的大小 当温度高于时，玻璃结构中质点发生了重排，离子的电导活化能不再保持常数，与关系式由直线转化为曲线，公式（7-1）不再适用，随温度上升剧烈升高。玻璃这种结构变化在的温度范围内一直延续着。 自软化点以上，与关系曲线趋于平坦，此时电导率与温度的关系可用下式表示：图7-5 Na2ORO6SiO2玻璃的电导率与温度关系RO(1-ZnO,2-MgO,3-CaO,4-BaO,5-PbO)K/（-1m-110-8）温度/图7-6 K2ORO6SiO2玻璃的电导率与温度关系RO(1-ZnO,2-MgO

10、,3-CaO,4-BaO,5-PbO)K/（-1m-110-8）温度/ （7-2） 式中 与玻璃组成有关的常数 在电真空工业中，常用（即电阻率为100时所需的温度）来衡量玻璃的电绝缘性能。越高，玻璃的电绝缘性能就越好。 图7-5和图7-6所示为玻璃的化学成分、温度和电导率的关系，图中标出了值，从图中看出K2O比Na2O更能提高玻璃的值。各种RO对的提高作用是： PbO BaOCaOMgOZnO（同摩尔分数）在R2O3类氧化物中，Al2O3能降低值，B2O3则能提高值。7.1.2.3玻璃的电导率与热处理的关系 热处理对玻璃的电导率有很大的影响。离子导电的玻璃经淬火后，其电导率比退火玻璃的高；相反

11、，电子导电的玻璃则降低。 当玻璃中存在应力时，电导率就增加，因此未退火的玻璃电导率约为退火玻璃的三倍，玻璃退火越好，它的电导率就越小。玻璃经淬火后其电导率比退火玻璃更高，约高 37 倍，这是因为淬火玻璃保持了高温的疏松结构，离子迁移阻力较小。对于含碱性氧化物的玻璃使之完全析晶，其电导率能降低几个数量级。玻璃局部析晶时，其电导率则视碱性氧化物在晶相与玻璃相内的分配情况而定。玻璃微晶化后能大大提高电绝缘性能（见表7-1），提高程度与析出晶相的种类及玻璃相的组成有关。此外，分相也会影响玻璃的电导率，但不同的分相结构，影响也不同。如果电导率大的相以互相隔离的滴状形式出现，玻璃的电导率就会下降，反之亦然

12、。如果分相后形成互相连织的结构，则须视各个相是直径相等的还是大小不均的，后者将大大提高电阻率。 7-1 Li2OZnOSiO2系微晶玻璃的电阻值温 度 / Li2OZnOSiO2型 lg/ cm玻 璃微 晶 玻 璃2010020030040011.18.66.14.43.415.513.411.59.37.77.1.3玻璃的表面电导率玻璃的表面电导率，是指边长为1cm的正方形面积，在其相对两边上测得的电导率。单位为：。当温度低于100时，在潮湿空气中，玻璃的表面电导率比体积电导率大得多。玻璃表面层的吸附水分和易溶解的碱性氧化物都使玻璃表面电导率增加。表面电导率主要决定于玻璃的组成、空气的湿度和

13、温度。玻璃组成对表面电导率的影响为：（1）玻璃中碱金属氧化物含量高时，表面电导率增大，且K2O比Na2O的作用较为显著。（2）在Na2OSiO2系统玻璃中，以CaO 、MgO、BaO、PbO、Al2O3 等取代SiO2时，若取代百分数在1012%以下时，玻璃的表面电导率减小，若超过上述百分数时，表面电导率反而增加。（3）以B2O3、Fe2O3取代Na2OSiO2系统玻璃中的SiO2时,如果取代量在20%以下,玻璃表面电导率将显著降低。空气中湿度增加,能明显提高玻璃的表面电导率。这是因为玻璃表面吸附空气中的水分，并与玻璃中的Na+离子进行离子交换生成NaOH或 Na2CO3溶液，最后在玻璃表面形

14、成了一层连续的溶液膜，膜中的Na+离子（和其他离子）具有较高的迁移能力，导致了表面电导率的升高。在相对湿度为3080%, 增加的幅度较大。自室温至100，玻璃的表面电导率不断增高，当温度高于100时，表面电导率与体积电导率已无区别。玻璃表面的状态对表面电导率影响很大。表面经磨光、火抛光及酸处理后它们的表面电导率之比为18141。玻璃表面涂层是改变玻璃表面导电性的有效方法之一。为降低玻璃表面导电性可以采用涂憎水层（如有机硅化合物、石蜡等）。为增加玻璃表面导电性，可涂具有半导体性的氧化物或金属薄膜。当这些氧化物（SnO2、CdO、TiO2、InO3及PbO等）的薄膜厚度为0.052m时，它们的表面

15、电阻率为102108左右。应用这种涂层通电后可使玻璃防雾、防霜。7.2玻璃的介电性玻璃的介电性主要包括介电常数、介电损耗和介电强度7.2.1玻璃的介电常数 在外界均匀静电场的作用下，原子的电子云的重心将与原子核发生位移，就产生电子的位移极化。构成电介质的正负离子也可能在外电场作用下相对移动，就形成离子的位移极化。电介质中极性分子，在外电场的作用下产生定向排列就形成取向极化。一般地说，电子位移极化具有重要的意义。 电介质的极化过程可用介电常数来衡量。介电常数表征在外电场作用下介质极化过程的大小。即： （7-3） 式中 介质极化率（真空中=0，=1） 因此介质的极化率越大，其介电常数越大。 电介质

16、的可由电容器两极间充有该电介质时的电容量与其间为真空时的电容量之比来确定，即： （7-4）无机玻璃的一般介于420之间。作为高频绝缘材料，要小，特别是用于高压绝缘时。用作电容器时，则要求要大，尤其是制造小型电容器时（可携带的电子仪器）。影响的因素主要是玻璃的化学组成、温度和电场频率。玻璃的介电常数与其化学组成的关系可从离子极化率和迁移率的大小来考虑。在石英玻璃和B2O3玻璃中，Si4+离子的极化率比B3+离子大，且BO的键能也比SiO的键能大，故石英玻璃中的桥氧离子的极化率也比B2O3玻璃中的桥氧离子大，所以石英玻璃（3.8） 大于B2O3玻璃的（3.2）。在石英玻璃中加入碱金属氧化物，使玻璃

17、中出现了较易极化的非桥氧离子，从而增大了介电常数。在二元碱金属硅酸盐玻璃中，当碱含量相同时，随着阳离子半径的增大，场强的减小，与非桥氧结合力的降低，介电常数按LiNaK的顺序增大；但当用Na+、K+取代Li+后，玻璃的随之降低，这是因为Li+活动性比K+大和单位体积内离子的数量多，所以含Li+玻璃要大些。对于碱土金属氧化物，随着阳离子场强减小介电常数增大。副族元素本身的极化率也在介电常数上表现出来，例如PbO引入玻璃中时，介电常数可超过10。碱金属硼酸盐玻璃的情况与碱金属硅酸盐玻璃的情况类似。图7-7不同频率下玻璃的介电常数与温度关系110Hz,24102Hz,3103Hz,4105Hz温度/

18、温度的升高虽然对离子的极化率影响不大，可是会增大阳离子的迁移率，从而使介电常数增加很大。玻璃在100以下时，变动不大，从20到100平均增加 310%。但当温度进一步升高时迅速增大（如图7-7）。这与玻璃中R2O含量有关，R2O含量越大，迅速增大时的温度越低。PbO也有同样的作用。介电常数还与测定的频率有关。外电场频率越低，越大，随着频率的增高，电子云变形发生困难，使减小（如图7-7），并且频率越低，在玻璃温度升高过程中迅速变大的温度也越低。在低温时，频率的影响较高温小，这是因为在高温时离子和偶极子的热运动加强，导致增大的结果。 如果微晶玻璃中含有铁电体化合物的晶体，如BaTiO3、CdNbO

19、3等，可高达2000左右。一般结晶玻璃的比相应玻璃的小。7.2.2玻璃的介电损失在一定频率的交流电压作用下，电介质材料由于极化或吸收现象使部分电能转化为热能而损耗，这种电能损失称为介电损失。其数值可由下式确定： （7-5）式中 介电损耗 W 加到电介质上的电压 V 电流强度 A 电流与电压之间的相位角在理想电介质的情况下，等于90，故=0。由于介电损失的存在，小于90。若令则： （7-6） 当值很小时，故角称为介电损失角，一般用或表示介电损失。玻璃中的介电损失按性质包括以下四种：1.电导损失 电导损失由网络外体离子沿电场方向移动而产生。电导损失与频率关系如下： （7-7）式中 比电导 介电损耗

20、 频率 电场频率越高，离子沿电场方向来不及移动，因此电导损失下降。当温度升高时，比电导增加，因而电导损失增加。所以电导损失随着温度的升高、频率的降低而增大。2.松弛损失松弛损失是由网络外体离子在一定势垒间移动而产生的。这种损失出现在较高频率（50105Hz）处。松弛损失在温度或频率变化曲线上出现极值。当温度升高时，它的极大值向高频方向移动，而增大频率时，则向高温方向移动。3.结构损失 结构损失是由于玻璃网络松弛变形而造成，属于松弛损失的一种。它随温度和频率而变化。4.共振损失共振损失是由网络外体离子或网络形成体的本征振动吸收能量而产生。网络外体离子的本征振动频率处于超高频范围内（107Hz），

21、而网络形成体的本征振动频率在红外光谱区，共振损失与温度及频率的变化曲线上皆有一定的极大值。图7-8玻璃的和频率的关系1-电导损失,2-松弛损失,3-结构损失,4-共振损失频率/Hz上述各种损失与温度和频率间的关系见图7-8。 在室温以上，频率在106Hz以下，玻璃的介电损失主要是电导损失和松弛损失。其大小主要决定于网络外体离子的浓度、离子活动的程度和结构强度等。因此，在玻璃化学组成中凡是能增大电导率的氧化物都会增大介电损失。含有碱金属氧化物的玻璃将具有较大的介电损失，加入重金属氧化物能降低含碱玻璃的介电损失，其中以BaO、PbO、SrO较为显著。同样在介电损失上也存在“混合碱效应”、“压制效应

22、”以及由BO3BO4时，减小。而形成AlO4时因构成了较大的氧环,使碱金属离子迁移率增加从而使值增大。玻璃的介电损失随温度的升高而增大，因温度升高结构网络疏松 , 碱离子的活动能力增大，在2080时玻璃的可增大46倍。一般情况下，玻璃的介电损失随频率的增加而增大。例如在常温1MHz时，硅酸盐玻璃的为910-4，而在3000MHz时，则为3610-4。热处理同样能对玻璃的介电损失产生影响。从以上温度急冷的玻璃由于保持了高温疏松的结构，所以其介电损失比退火玻璃的大。微晶玻璃的介电损失比同组成的玻璃要小。7.2.3玻璃的介电强度当施加于电介质的电压超过某一临界值时，介质中的电流突然增大，这一现象称为

23、电击穿。发生电击穿时的电压，称为电介质的耐击穿强度，又称介电强度，常用V/ cm表示 ,cm 为试样的厚度。 击穿的机理可分为热击穿和电子击穿两类。 热击穿是因电压作用，玻璃受电流所产生的热量而加热，使电阻下降，以致破坏材料的局部发生热破坏，甚至局部熔化。一般来说，试样越厚，击穿强度越小。电子击穿是由于电压直接加速了物质内部电子对其他原子的冲击，从而激发更多电子从价带跃迁到导带，最后引起电子的雪崩过程而击穿。还有一种原因，认为是电化学击穿，即玻璃长时间停留在恒定的电场中，使组成破坏，产生不可逆的化学变化，改变了电极附近的化学成分。结果玻璃中的电场变得不均匀甚至产生导致破裂的巨大应力而击穿。电化

24、学击穿的产生的时间与玻璃电导率的大小有关。玻璃的组成对介电强度有很大影响。通常引入能提高玻璃电阻率的氧化物可使玻璃的介电强度增大。例如玻璃中引入SiO2能提高玻璃的介电强度，透明石英玻璃的介电强度可达400kV/cm，不透明石英玻璃则在150200kV/cm之间。而引入碱金属氧化物时，则使玻璃的介电强度降低。例如厚度为26mm的工业玻璃，其极限电压为3070kV。最好的玻璃能经受的5000kV/cm电场强度而不会被击穿。此外，玻璃的介电强度随温度的升高而降低，同时还与电压增高的速度、玻璃内部的缺陷以及电场的均匀与否有关，对于大功率、高电压的电子器件使用玻璃作为绝缘零件时，要特别注意。7.3玻璃

25、的半导体性早在50年代初期已发现某些玻璃如硫属化物玻璃、磷钒酸盐玻璃等具有半导性能。并应用于制造热敏电阻、光敏电阻等元件。后来发现若干系统的玻璃还可用于制作开关元件和记忆元件。其它如在整流、压敏、二次电子发射等方面也获得应用。半导体材料的电阻率是介于金属与绝缘体之间。一般在10-11011m之间。这三者的差别是由于它们能带结构的差异和价电子充填情况不同而引起的。根据不同的掺杂，半导体可分为n型和p型。前者是掺有施主（或施主多于受主）的半导体，参与导电的主要是带有负电的电子，后者是掺有受主（或受主多于施主）的半导体，参与导电的主要是带正电的空穴。对于玻璃半导体两种导电方式都可能存在。半导体的禁带

26、宽度较小，一般在12eV左右。电子比较容易从价带激发到导带。当温度升高时，就有部分电子被激发到导带上去，同时在价带中产生空穴。在电场的作用下 ，电子和空穴都可以形成电流而导电。这些空穴和电子又称载流子，它们的数量随温度的升高而按指数增大。 能生成电子导电的半导体玻璃的物质有：（1）.含有多价过渡元素的玻璃。如钒酸盐玻璃、磷钒酸盐玻璃以及磷酸盐、硼酸盐或硅酸盐玻璃的基体中引入多价过渡离子如V、Fe、W、Co、Mn、Bi等，常常还要附加其他组分。其电阻率在102108cm之间，它们的导电性是由于变价元素存在不同价态而引起的。在P2O5Fe2O3RO系统中，Fe3+/ Fe2+ Fe3+=0.40.

27、6时，电阻最小。Fe2+和Fe3+的浓度、配位状态都影响玻璃的导电性。而V2O5P2O5BaO系统中,决定导电的是V2O5/ P2O5比,当该比例小于2时，电导迅速下降，当比值2.5时，基本上趋于恒值。（2）.第族元素S、Se和Te以单质形成的玻璃，或这些元素与第族的P、As、Sb、Bi相结合形成的玻璃的电子导电性，已作了较深入的研究，其导电率见表7-2。这类玻璃的导电率随着重金属元素含量的增大而增大。当它们析晶时，导电率甚至能提高10倍，但杂质对它们的导电率影响较小。 表7-2几种非氧化物半导体的导电率 / (-1cm-1）系 统导 电 率系 统导 电 率As2Se3As2Te3As2Se3

28、Tl2Se3As2Se3Sb2Se310-410-610-1310-710-1310-10As2Se3As2S3Tl2Se As2Se3Tl2SeAs2Te3Tl2SeAs2Se3Tl2SeSb2Se310-310-1410-710-310-8图7-9玻璃半导体的伏安特性示意图（3）.各种薄膜玻璃，如在氧化物玻璃薄膜中加入铂族金属Pt、Ir、Pd、Re和Ru，这样在薄膜中可能有晶态氧化物出现。又如把Ge、Si和InSb的蒸汽沉积下来成为薄膜，单质碲（Te）也属于这一类，它只能以薄膜形式生成玻璃。由于硅和锗半导体都是由共价键形成的连续网络结构。因此许多学者认为要成为半导体材料必需具有共价键为主的

29、，并以此组成的一维、二维、三维的结构网络。例如硫系化物和硫系玻璃的化学键的离子性仅有25%，比硅酸盐、硼酸盐以及磷酸盐玻璃要小得多。而SiO、BO、PO等键的离子性分别为50% 、42%和40%，所以型硫系玻璃容易形成半导体材料。玻璃半导体具有开关特性和记忆特性。如处于十兆欧高阻绝缘状态的半导体玻璃，当外加电压超过一定阀值时，在几毫微秒内电阻突然降低，电流增大，成为高导态；而电压下降到一定值时，重新又恢复到原始的绝缘状态见图7-9。利用这一特性可制成开关元件，这种元件结构简单，体积小，开关速度快（可达1.510-10秒），比晶体管的开关速度（10-6秒）快得多，工艺简单。 有些玻璃半导体在外加

30、电压下降至零值时仍保持导体状态，像“记忆”这个状态一样，只要再加上一定数值相反的电压或一个大电流脉冲后，才能恢复绝缘状态。这就起到记忆作用或存储作用。利用这一性能已制成了玻璃薄膜记忆元件。 硫系玻璃也可以在激光辐照下发生结构变化。控制激光辐照的能量可获得结构的可逆转变而制成光存储材料。玻璃半导性的研究，开拓和扩大了玻璃分相及相变动力学的研究范围，对研究玻璃组成一结构一性能关系和研制新的光电材料提供良好的途径。7.4玻璃的磁学性质 含有过渡金属离子和稀土金属离子的氧化物玻璃一般具有磁性。例如，含Ti3+、V4+、Fe3+、Co3+等氧化物的磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、铝硅酸盐或氟化物玻璃

31、都具有磁性，而且是一种强磁性物质。7.4.1玻璃的磁化率磁化率可用下式表示： （7-8）式中 磁感应强度 Gs 磁场强度 Oe 磁化率 很小（10-6），为弱磁性物质，如果为负值（0），称为反磁性物质。如果为正值（0），称为顺磁性物质。另外如果磁感应强度与磁场强度不呈直线关系，而是更复杂的函数关系，且不是单值的，这类物质称为铁磁性物质。7.4.2玻璃的反磁性以酸性氧化物构成的酸性玻璃是反磁体，含有不成对电子的稀土离子（如La3+、Cd3+）的玻璃亦为反磁体。反磁性玻璃的磁化率与含有的极化离子的原子数成正比。7.4.3玻璃的顺磁性 在周期表中稀土离子和过渡元素（铁族、钯族、铂族、锕族）离子都是顺

32、磁性离子，前者具有的电子构型，后者具有未充满的的电子壳层。 在玻璃中由于基质具有反磁性，故只有当顺磁离子浓度超过定值时整个玻璃才为顺磁体。顺磁体的磁化率为。 （7-9） 式中 1克玻璃中含有顺磁性离子数 波尔兹曼常数 单位顺磁性离子的导磁率 绝对温度 此式为顺磁体在弱磁场时的磁化率与温度关系（居里定律）。在温度很低或磁场很强时，即时，和的直线关系被破坏。 一般玻璃为弱磁性物质，但含有铁磁性晶体的微晶玻璃具有强磁性。如B2O3-BaO-Fe2O3玻璃在合适的热处理制度下析出BaFe12O19或Fe2O3Fe3O4；B2O3-MnO-Fe2O3玻璃也可析出铁磁性微晶。含铁磁物质的玻璃通过快冷就可以

33、得到含100埃大小铁磁颗粒，并通过热处理微晶化的方法控制析出晶相和大小，以改变玻璃的磁性。强磁性微晶玻璃随微晶颗粒的大小不同，可以有不同的磁性。大的微晶粒子属于多畴区，磁畴由畴壁分开，多个磁畴存在于一个颗粒中，这时材料以狭窄的磁滞回线为特征，具有低的矫顽力；较细的晶粒属于单畴区，此时颗粒内没有畴壁形成，每一颗粒是一个磁畴，靠磁畴转动来磁化；颗粒再小达到超顺磁区，这时颗粒也是单畴，但单磁畴很小，使热能可以克服各向异性，并扰乱磁化方向，使小粒子内部的铁磁性和反铁磁性耦合起来，使材料的磁性在“阻塞温度”以上为顺磁性，在此温度以下为铁磁性（具有磁滞现象）。 玻璃的磁性与玻璃组成的电子构型有密切的关系。

34、而电子构型对磁性的贡献强烈地受周围电场的影响，这与光的吸收特性极为相似，因此顺磁性和光吸收用配位场理论可作最好地解释。思考题1. 何谓玻璃的导电率？共分为几种？2. 简述硅酸盐玻璃的导电机理。3. 何谓玻璃的介电强度？何谓玻璃的介电损失？何谓玻璃的介电常数？4. 影响玻璃（体积）导电率的主要因素有哪些？5. 何谓玻璃的表面电导率？如何改变玻璃的表面电导率。6. 玻璃的介电性主要包括哪些内容？7. 试举例说明玻璃半导体的应用。8. 玻璃的高温导电和低温导电有何区别？第7章 玻璃的电学及磁学性质1277.1玻璃的导电性1277.1.1玻璃的导电机理1277.1.2玻璃的电导率1277.1.3玻璃的表面电导率1307.2玻璃的介电性1317.2.1玻璃的介电常数1317.2.2玻璃的介电损失1327.2.3玻璃的介电强度1337.3玻璃的半导体性1347.4玻璃的磁学性质1357.4.1玻璃的磁化率1357.4.2玻璃的反磁性1367.4.3玻璃的顺磁性136思考题137