(精品)玻璃表面装饰一 (2).ppt

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1、3.1 玻璃玻璃3.1.1 3.1.1 玻璃的结构学说玻璃的结构学说玻璃的结构玻璃的结构：是指玻璃中质点在空间的几：是指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度何配置、有序程度 以及彼此以及彼此间的结合状态。间的结合状态。玻璃玻璃结构特点结构特点：近程有序，远程无序。近程有序，远程无序。近程有序，远程无序。近程有序，远程无序。不同科学家对玻璃的认识不同科学家对玻璃的认识玻璃结构研究的历史玻璃结构研究的历史不同科学家对玻璃的认识：不同科学家对玻璃的认识：门捷列夫：门捷列夫：玻璃是一个无定形物质，没有玻璃是一个无定形物质，没有固定化学固定化学 组成，与组成，与 合金类似。合金类似。SockmanSoc

2、kman ：玻璃的结构单元是具有一定玻璃的结构单元是具有一定的化学组成的化学组成 的分子的分子 聚合体。聚合体。TammanTamman ：玻璃是一种过冷液体。玻璃是一种过冷液体。两个很重要的两个很重要的学说：学说：无无规规则则网网络络学学说说 微微晶晶 学学说说(一一)、微晶学说（、微晶学说（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在研究硅酸盐玻璃时发现，玻璃加热到发现，玻璃加热到573573时其折射率发生急剧变时其折射率发生急剧变化，而石英正好在化，而石英正好在573573发生发生 型的转型的转变。在此基础上他提出

3、玻璃是高分散的变。在此基础上他提出玻璃是高分散的微晶微晶的的集合体，后经瓦连柯夫等人逐步完善。集合体，后经瓦连柯夫等人逐步完善。上述现象对不同玻璃，有一定普遍性。上述现象对不同玻璃，有一定普遍性。400600400600为玻璃的为玻璃的TgTg、T Tf f温度温度。(2)(2)研究钠硅二元玻璃的研究钠硅二元玻璃的x x射线散射强射线散射强度曲线：度曲线：1、未加热、未加热2、618保温保温1小时小时3、800保温保温10分钟分钟(670保温保温20小时小时)27Na2O73SiO2的的x射线散射强度曲线射线散射强度曲线 第一峰：是石英玻璃衍射的主峰与晶体石英特征峰一致。第二峰：是Na2O-S

4、iO2玻璃的衍射主峰与偏硅酸钠晶体的特征峰一致。在钠硅玻璃中，上述两个峰均同时出现。SiO2的含量增加，第一峰明显，第二峰减弱；Na2O含量增加，第二峰强度增加。钠硅玻璃中同时存在方石英晶子和偏硅酸钠微晶，而且随成分和制备条件而变。提高温度或保温时间延长衍射主峰清晰，强度增大，说明微晶长大。但玻璃中方石英晶子与方石英晶体相比有变形。结结 论论2 2、要点：、要点：玻璃由无数的玻璃由无数的“微晶微晶”组成。所谓组成。所谓“微晶微晶”不同于一般微晶，而是带有不同于一般微晶，而是带有晶格晶格变形变形的有序区域，它分散于无定形的介质的有序区域，它分散于无定形的介质中，并且中，并且“微晶微晶”到介质的过

5、渡是逐渐完到介质的过渡是逐渐完成的，两者之间无明显界线。成的，两者之间无明显界线。3 3、意义及评价、意义及评价：第一次揭示了玻璃的微不均：第一次揭示了玻璃的微不均匀性，描述了玻璃匀性，描述了玻璃 结构近程有序的特点。结构近程有序的特点。4 4、不足之处、不足之处：微晶尺寸太小，无法用：微晶尺寸太小，无法用x x射射线检测，微晶的含量、组成也无法得知。线检测，微晶的含量、组成也无法得知。1 1 1 1、实验实验实验实验 瓦伦对玻璃的瓦伦对玻璃的x x衍射图衍射图(二二)、无规则网络学说（无规则网络学说（ZachariasenZachariasen）说明说明：a a.由于石英玻璃和方石英的特征谱

6、线由于石英玻璃和方石英的特征谱线重合，瓦伦认为石英玻璃和方石英中重合，瓦伦认为石英玻璃和方石英中原子间距大致一致。峰值的存在并不原子间距大致一致。峰值的存在并不说明晶体的存在。计算晶体的尺寸：说明晶体的存在。计算晶体的尺寸：7.77.7A A0 0，方石英晶胞的尺寸：方石英晶胞的尺寸：7.07.0A A0 0 b b：石英玻璃中没有象硅胶一样的小角度衍石英玻璃中没有象硅胶一样的小角度衍射，从而说明是一种射，从而说明是一种密实体密实体，结构中没，结构中没有不连续的离子或空隙。有不连续的离子或空隙。(此结构与微晶此结构与微晶假说的微不均匀性相矛盾。假说的微不均匀性相矛盾。)(2)(2)用傅利叶分析

7、法，画出用傅利叶分析法，画出石英玻璃的石英玻璃的径向分布曲线径向分布曲线 第一峰：第一峰：第二峰：第二峰：第三峰：第三峰：第四峰：第四峰：第五峰：第五峰：可推测可推测SiOSi的键角为的键角为1440。峰的位置：表示原子的间距峰的位置：表示原子的间距 ；峰的面积：表示配位数；峰的面积：表示配位数石英玻璃的径向分布曲线石英玻璃的径向分布曲线0 1 2 3 4 5 6 710.0008.0006.0004.0002.000Km4r2(r)Si-SiO-OSi-OSi-SiO-O实验表明实验表明：玻璃物质主要部分不玻璃物质主要部分不可能以方石英晶体的可能以方石英晶体的形式存在，而每个原形式存在，而每

8、个原子的周围原子配位对子的周围原子配位对玻璃和方石英来说都玻璃和方石英来说都是一样的。是一样的。2 2、学说要点：、学说要点：(1)(1)形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似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。的三维空间网络。(2)(2)这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的。维空间无规律的发展而构筑起来的。(3)(3)电荷高的网络形成离子位于多面体中心，半径电荷高的网络形成离子位于多面体中心，半径大的变性离子，在网络空隙中统计分布，对于每大的变性离子，在网络空隙中统计分布，对于每一个变价离子则有一

9、定的配位数。一个变价离子则有一定的配位数。(4)(4)氧化物要形成玻璃必须具备氧化物要形成玻璃必须具备四个四个条件：条件：A A、每个每个O O最多与两个网络形成离子相连。最多与两个网络形成离子相连。B B、多面体中阳离子的配位数多面体中阳离子的配位数 4 4。C C、多面体共点而不共棱或共面。多面体共点而不共棱或共面。D D、多面体至少有多面体至少有3 3个角与其它相邻多面体共用。个角与其它相邻多面体共用。3 3、评价、评价 (1)(1)说明玻璃结构宏观上是均匀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，的。解释了结构上是远程无序的，揭揭示了玻璃各向同性等性质。示了玻璃各向同性等性

10、质。(2)(2)不足之处：对分相研究不利，不足之处：对分相研究不利，不能完满解释玻璃的微观不均不能完满解释玻璃的微观不均 匀性和匀性和分相现象。分相现象。综述：综述：两种假说各具优缺点，两种观点正在逐两种假说各具优缺点，两种观点正在逐步靠近。统一的看法是步靠近。统一的看法是玻璃是具有近程玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形物质。有序、远程无序结构特点的无定形物质。微晶假说着重于微晶假说着重于玻璃结构的微不均匀和玻璃结构的微不均匀和 有序性。有序性。无规则网络学说着重于无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、玻璃结构的无序、连续、均匀和统计性。连续、均匀和统计性。它们各自能解释玻璃的一些性质

11、变化规律。它们各自能解释玻璃的一些性质变化规律。3.1.2 玻璃的分类 玻璃是以石英砂、纯碱、石灰石等无机氧化物为主要原料，与某些辅助性原料经高温熔融，成型后经过冷却而成的固体。与陶瓷不同的是，它是无定形非结晶体的均质同向性材料。玻璃的品种很多，可以按化学组成、制品结构与性能来分类。(一)按玻璃的化学组成分类1.钠玻璃钠钙硅酸盐玻璃。钠钙硅酸盐玻璃，简称钠钙玻璃，又称普通玻璃。主要成分为SiO2,Na2O和CaO。它熔点低，易于熔制，由于含杂质较多，玻璃常带有绿色。与其他玻璃相比，钠钙玻璃的力学性质、热物理性质、光学性质及化学稳定性均较差。主要用于制造普通建筑玻璃和日用玻璃制品等。2.钾玻璃钾

12、钙硅酸盐玻璃。钾钙硅酸盐玻璃，简称钾钙玻璃或钾玻璃，是以K2O代替部分Na2O并提高SiO2的含量而制成。其折射率高于钠钙玻璃，质硬并有光泽，故称为硬玻璃，其他性质也优于钠钙玻璃。主要用于制造化学仪器和用具，以及高级玻璃制品等。3.铝镁玻璃铝镁硅酸盐玻璃。简称铝镁玻璃，是降低钠钙玻璃中的Na2O和CaO含量，引入MgO,并以Al2O3代替部分SiO2而制成。它软化点低，析晶倾向弱，力学性质、化学性质及化学稳定性均有提高，主要用于制造高级玻璃。4.铅玻璃钾铅硅酸盐玻璃。钾铅硅酸盐玻璃，简称钾铅玻璃，俗称铅玻璃，又称铅晶质玻璃或水晶玻璃。铅玻璃主要由PbO，K2O和少量SiO2组成。具有高折射率、

13、高透明度，光泽晶莹，质软易加工，化学稳定性好。主要用于制造光学仪器、高级器皿和装饰制品等。5.硼硅玻璃硼酸盐玻璃又称耐热玻璃，主要成分为SiO2，B2O3和Na2O。具有较好的光泽和透明度，良好的耐热性及较好的力学性能和化学稳定性。主要用于制造光学仪器、化学仪器与器皿以及耐热玻璃等。6.石英玻璃石英玻璃是由纯SiO2制成，具有很好的力学性质和热物理性质以及良好的光学性质和化学稳定性，并能透过紫外线。主要用于制造耐高温仪器、杀菌灯等特殊用途的仪器与设备。玻璃按化学组成分为哪几类，各有何特点？玻璃按化学组成分为哪几类，各有何特点？(二)按制品结构与性能分类1.平板玻璃(1)普通平板玻璃：包括普通平

14、板玻璃和浮法玻璃。(2)钢化玻璃。(3)表面加工平板玻璃：包括磨光玻璃、磨砂玻璃、喷砂玻璃、磨花玻璃、压花玻璃、冰花玻璃、蚀刻玻璃等。(4)掺入特殊万分的平板玻璃：包括彩色玻璃、吸热玻璃、光致变色玻璃、太阳能玻璃等。(5)夹物平板玻璃：包括夹丝玻璃、夹层玻璃、电热玻璃等。复层平板玻璃：普通镜面玻璃、镀膜热反射玻璃、镭射玻璃、釉面玻璃、涂层玻璃、覆膜(覆玻璃贴膜)玻璃等。2.玻璃制成品(1)平板玻璃制品：包括中空玻璃、玻璃磨花、雕花、彩绘、弯制等制品及幕墙、门窗制品。(2)不透明玻璃制品和异型玻璃制品：包括玻璃锦砖(马赛克)、玻璃实心砖、玻璃空心砖、水晶玻璃制品、玻璃微珠制品、玻璃雕塑等。(3)

15、玻璃绝热、隔音材料：包括泡沫玻璃和玻璃纤维制品等。吹制防爆灯罩2按功能分类 玻璃按功能分为普通玻璃、吸热玻璃、防火玻璃、装饰玻璃、安全玻璃、漫射玻璃、镜面玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃、隔热玻璃等。3按用途分类 玻璃按用途分为建筑玻璃、器皿玻璃、光学玻璃、防辐射玻璃、窗用玻璃和玻璃构件等。4按玻璃及其制品的形状分类 玻璃按形状分为平板玻璃、曲面玻璃、空心及实心玻璃砖、槽形或U形玻璃、波形瓦等。3.1.3 玻璃的形成（一）玻璃原料 玻璃原料比较复杂，但按其作用可分为主要原料与辅助原料。主要原料构成玻璃的主体并确定了玻璃的主要物理化学性质，辅助原料赋予玻璃特殊性质和给制作工艺带来方便。1.玻璃的主要

16、原料(1)硅砂或硼砂：硅砂或硼砂引入玻璃的主要成分是氧化硅或氧化硼，它们在燃烧中能单独熔融成玻璃主体，决定了玻璃的主要性质，相应地称为硅酸盐玻璃或硼酸盐玻璃。(2)苏打或芒硝：苏打和芒硝引入玻璃的主要成分是氧化钠，它们在煅烧中能与硅砂等酸性氧化物形成易熔的复盐，起了助熔作用，使玻璃易于成型。但如含量过多，将使玻璃热膨胀率增大，抗拉度下降。(3)石灰石、白云石、长石等：石灰石引入玻璃的主要成分是氧化钙，增强玻璃化学稳定性和机械强度，但含量过多使玻璃折晶和降低耐热性。白云石作为引入氧化镁的原料，能提高玻璃的透明度、减少热膨胀及提高耐水性。长石作为引入氧化铝的原料，它可以控制熔化温度，同时也可提高耐

17、久性。此外，长石还可提供氧化钾成分，提高玻璃的热膨胀性能。(4)碎玻璃：一般来说，制造玻璃时不是全部用新原料，而是掺入15%30%的碎玻璃。2.玻璃的辅助原料(1)脱色剂：原料中的杂质如铁的氧化物会给玻璃带来色泽，常用纯碱、碳酸钠、氧化钴、氧化镍等作脱色剂，它们在玻璃中呈现与原来颜色的补色，使玻璃变成无色。此外，还有与着色杂质能形成浅色化合物的减色剂，如碳酸钠能与氧化铁氧化成二氧化二铁，使玻璃由绿色变黄色。(2)着色剂：某些金属氧化物能直接溶于玻璃溶液中使玻璃着色。如氧化铁使玻璃呈现黄色或绿色，氧化锰能呈现紫色，氧化钴能呈现蓝色，氧化镍能呈现棕色，氧化铜和氧化铬能呈现绿色等。(3)澄清剂：澄清

18、剂能降低玻璃熔液的粘度，使化学反应所产生的气泡，易于逸出而澄清。常用的澄清剂有白砒、硫酸钠、硝酸钠、铵盐、二氧化锰等。(4)乳浊剂：乳浊剂能使玻璃变成乳白色半透明体。常用乳浊剂有冰晶石、氟硅酸钠、磷化锡等。它们能形成0.11.0m的颗粒，悬浮于玻璃中，使玻璃乳浊化。（二）玻璃的制造工艺玻璃的制造工艺因制品种类不同而有所不同，但基本上均需将各种原料混合后在高温下熔融，然后用不同的成型方法将玻璃液体冷凝成不同形状的固体。(1)计量与配料：将硅砂、苏打、芒硝、石灰石、白云石、长石、碎玻璃及其它辅助原料，按所生产的玻璃种类要求进行不同配比后搅拌均匀。(2)熔融：混合好的原料在14001600的高温窑内

19、进行熔融，窑的一端不断供料，熔融的玻璃液连续从另一端流出。1 1、原、原 料：纯碱、石灰石和石英料：纯碱、石灰石和石英 2 2、主要设备：玻璃熔炉、主要设备：玻璃熔炉 3、生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成型冷却、生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成型冷却Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 5、主要成分：、主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 （Na2OCa2O6SiO2）6、主要性能：玻璃态物质，没有固定的熔点，在一、主要性能：玻璃态物质，没有固定的熔点，在一 定温度范围内逐渐软化。定温度范围内逐渐软化。4、反应原理：

20、复杂的物理、化学变化，主要反应、反应原理：复杂的物理、化学变化，主要反应高温高温高温高温(3)澄清：玻璃原料熔化后，结晶即遭破坏，同时，硫酸盐、碳酸盐分解产产生二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫等气体，产生气泡，必须加入澄清剂清除气泡。采用砷的氧化物作澄清剂时，其作用是它产生的大气泡在上升过程中将小气泡吸收排除，使玻璃液得以澄清。(4)成型：熔融玻璃达到成型温度后慢慢冷却，根据用途成型为需要形状。平板玻璃的成型方法有浇注法、轧制法、引上法、浮法等。浇注法是将熔融的玻璃液流到铁板上之后转动滚筒将玻璃压展成板状。轧制法是用上下一对转动滚筒，将熔融玻璃沿水平方向引出成型。用这一方法可以成型夹丝玻璃、型板玻

21、璃及波形玻璃。引上法是用滚筒将熔融玻璃沿垂直方向拉出成型，分为有槽法和无槽法。浮法是使熔融玻璃通过熔融金属(锡)表面，延伸入退火窑降温退火，经切割而成。（三）玻璃制品的加工和装饰成型后的玻璃制品一般不能满足装饰性或适用性，需要进行加工，以得到不同要求的制品。经加工后的玻璃不仅使外观与表面性质得到改善，同时也提高了装饰性。建筑玻璃的加工与装饰方法主要有以下几种：1.研磨与抛光为了使制品具有需要的尺寸和形状或平整光滑的表面，可采用不同磨料进行研磨，开始用粗磨料研磨，然后根据需要逐级使用细磨料，直至玻璃表面变得较细微。需要时，再用抛光材料进行抛光，使表面变得光滑、透明，并具有光泽。经研磨、抛光后的玻

22、璃称为磨光玻璃。抛光材料有氧化铁、氧化铬、氧化铯等金属氧化物。抛光盘一般用毛毡、呢绒、马兰草根等制作。2.钢化、夹层、中空钢化玻璃是在炉内将平板玻璃均匀加热到600650之后，喷射压缩空气使其表面迅速冷却制成的，制品具有很高的物理力学性能。将两块或两块以上的平板玻璃用塑料薄膜或其它材料夹于其中，在热压条件下使其组成一体即成夹层玻璃。中空玻璃是将两块玻璃之间的空气抽出后充入干燥空气，用密封材料将其周边封固。3.表面处理(1)化学蚀剂：目的是改变玻璃表面质地形成光滑面和散光面。用氢氟酸类溶液进行侵蚀，使玻璃表面呈现凹凸形或去掉凹凸形。(2)表面着色：在高温或电浮条件下金属离子会向玻璃表面层扩散，使

23、玻璃表面呈现颜色，因此可将着色离子的金属、熔盐、盐类的糊膏涂覆在玻璃表面，在高温或电浮条件下使玻璃表面着色。(3)表面金属涂层：玻璃表面可以镀上一层金属薄膜以获得新的功能，方法有化学法和真空沉积法及加热喷涂法等。3.1.4玻璃的性质(一)玻璃的力学性质玻璃的理论抗拉强度极限为12000Mpa，实际强度只有理论强度的1/300-1/200，一般为30-60Mpa，玻璃的抗压强度约为700-1000Mpa。玻璃中的各种缺陷造成了应力集中或薄弱环节，试件尺寸越大缺陷存在的越多。缺陷对抗拉强度的影响非常显著，对抗压强度的影响较小。工艺上造成的外来杂质和波筋(化学不均匀部分)对玻璃的强度有明显影响。在-

24、50-+70范围内玻璃的强度基本不变。脆性是玻璃的主要缺点。玻璃的脆性指标为1300-1500(橡胶为0.4-0.6，钢为400-460，混凝土为4200-9350)。E越大说明脆性越大。玻璃的脆性也可以根据冲击试验来确定。在实际应用中玻璃制品经常受到弯曲、拉伸和冲击应力，较少受到压缩应力。玻璃的力学性质主要指标是抗拉强度和脆性指标。（二）玻璃的光学性质光学性质是玻璃最重要的物理性质。光线照射到玻璃表面可以产生透射，反射和吸收三种情况。光线透过玻璃称为透射，光线被玻璃阻挡，按一定角度反射出来称为反射，光线通过玻璃后，一部分光能量损失在玻璃内部称为吸收。玻璃中光的透射随玻璃厚度增加而减少。玻璃中

25、光的反射对光的波长没有选择性，玻璃中光的吸收对光的波长有选择性。可以在玻璃中加入少量着色剂，使其选择吸收某些波长的光，但玻璃的透光性降低。还可以改变玻璃的化学组成来对可见光、紫外线、红外线、X射线、和射线进行选择吸收。（三）玻璃的化学性质玻璃具有较高的化学稳定性，它可以抵抗除氢氟酸以外所有酸类的侵浊，硅酸盐玻璃一般不耐碱。玻璃遭受侵蚀性介质腐蚀，也能导致变质和破坏。大气对玻璃侵蚀作用实质上是水气、二氧化碳、二氧化硫等作用的总和。实践证明，水气比水溶液具有更大的侵蚀性。普通窗玻璃长期使用后出现表面光泽消失，或表面晦暗，甚至出现斑点和油脂状薄膜等，就是由于玻璃中的碱性氧化物在潮湿空气中与二氧化碳反

26、应生成碳酸盐造成的。这一现象称为玻璃发霉。可用酸浸泡发霉的玻璃表面，并加热至400450除去表面的斑点或薄膜。通过改变玻璃的化学成分，或对玻璃进行热处理及表面处理，可以提高玻璃的化学稳定性。4.4.常见玻璃类型常见玻璃类型 通过通过桥氧桥氧形成形成网络结构网络结构的玻璃称为的玻璃称为氧化物玻璃氧化物玻璃。典型的玻璃形成的氧化物是典型的玻璃形成的氧化物是SiOSiO2 2、B B2 2O O3 3、P P2 2O O5 5、和和GeOGeO2 2,制取的玻璃，在制取的玻璃，在实际应用和理论研究上均很重要。实际应用和理论研究上均很重要。(一一)、硅酸盐玻璃、硅酸盐玻璃 这是实用价值最大的一类玻璃，

27、由于这是实用价值最大的一类玻璃，由于SiOSiO2 2等原等原料资源丰富，成本低，对常见的试剂和气体有料资源丰富，成本低，对常见的试剂和气体有良良好的化学稳定性，硬度高，好的化学稳定性，硬度高，生产方法简单等优点生产方法简单等优点而成为工业化生产的实用价值最大的一类玻璃。而成为工业化生产的实用价值最大的一类玻璃。1 1、石英玻璃：、石英玻璃：石英玻璃是由石英玻璃是由 SiOSiO4 4 四面体以四面体以顶角顶角相连相连而组成的三维网络，而组成的三维网络，SiSi的配位数为的配位数为4 4，O O的配的配位数为位数为2 2，SiSiO O键长为键长为0.1620.162nm,Onm,OO O键长

28、为键长为0.2650.265nmnm SiSi-O-O-SiSi键角为键角为1201200 01801800 0的范围内中心在的范围内中心在1441440 0与与晶体石英的差别晶体石英的差别：玻璃中玻璃中SiSi-O-O-SiSi键角有显著的分散键角有显著的分散，使石英玻，使石英玻璃璃没有晶体的远程有序没有晶体的远程有序。石英玻璃密度很小，石英玻璃密度很小，d d2.20-2.22g/cm2.20-2.22g/cm3 3石英玻璃和方石英晶体里石英玻璃和方石英晶体里SiSi-O-O-SiSi键角键角()分布曲线分布曲线注意注意 有些的离子不属典型的网络形成离子或网络有些的离子不属典型的网络形成离

29、子或网络变性离子，如变性离子，如AlAl3+3+、PbPb2+2+等属于所谓的中间离子，等属于所谓的中间离子，这时就不能准确地确定这时就不能准确地确定R R值。值。若若 (R R2 2O ORO)/AlRO)/Al2 2O O3 3 1,1,则有则有 AlOAlO4 4 即即为为网络形成离子网络形成离子 若若 (R R2 2O ORO)/AlRO)/Al2 2O O3 3 1,1,则有则有 AlOAlO6 6 即即为网络变性离子为网络变性离子 若若 (R R2 2O ORO)/AlRO)/Al2 2O O3 3 1,1,则有则有 AlOAlO4 4 即即为为网络形成离子网络形成离子312.5P

30、2O5223Na2OSiO2402Na2O Al2O3 2SiO23.50.52.25Na2O 1/3Al2O3 2SiO2312.5Na2O2SiO2402SiO2YXR组成典型玻璃的网络参数典型玻璃的网络参数X X，Y Y和和R R值值 Y Y是结构参数。玻璃的很多性质是结构参数。玻璃的很多性质取决于取决于Y Y值。值。Y2 Y2 时硅酸盐玻璃就不时硅酸盐玻璃就不能构成三维网络。能构成三维网络。在形成玻璃范围在形成玻璃范围内：内：Y Y增大网络紧密，强度增大，粘增大网络紧密，强度增大，粘度增大，膨胀系数降低，电导率下降。度增大，膨胀系数降低，电导率下降。Y Y下降网络结构疏松，网络变性下降

31、网络结构疏松，网络变性离子的移动离子的移动变得容易，粘度下降，膨变得容易，粘度下降，膨胀系数增大，电导率增大。胀系数增大，电导率增大。22013732Na2OP2O522013232Na2OSiO214015733P2O514615233Na2O2SiO2膨胀系数107熔融温度 ()Y组成Y Y对玻璃性质的影响对玻璃性质的影响 硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体结构上显著的差别硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体结构上显著的差别：(1)(1)晶体中晶体中SiSiO O骨架按一定对称性作周期重骨架按一定对称性作周期重复排列，是复排列，是严格有序严格有序的，在玻璃中则是的，在玻璃中则是无序排无序排列列的。晶体是一种结构贯穿

32、到底，玻璃在一定的。晶体是一种结构贯穿到底，玻璃在一定组成范围内往往是组成范围内往往是几种几种结构结构的混合。的混合。(2)(2)晶体中晶体中R R或或R R2 2阳离子占据阳离子占据点阵的位置点阵的位置：在玻璃中，它们在玻璃中，它们统计地分布统计地分布在空腔内，平衡在空腔内，平衡O Onbnb的负电荷。虽从的负电荷。虽从NaNa2 2O-SiOO-SiO2 2系统玻璃的径向分布系统玻璃的径向分布曲线中得出曲线中得出NaNa+平均被平均被5 57 7个个O O包围，即配位数包围，即配位数也是不固定的。也是不固定的。比比 较较(3)(3)晶体中，只有晶体中，只有半径相近半径相近的阳离子能发生互相

33、置的阳离子能发生互相置换，玻璃中，换，玻璃中，只要遵守静电价规则只要遵守静电价规则，不论离子半径如不论离子半径如何，网络变性离子均能互相置换何，网络变性离子均能互相置换。(因为网络结构容因为网络结构容易变形，可以适应不同大小的离子互换易变形，可以适应不同大小的离子互换)。在玻璃。在玻璃中中析出晶体时也有这样复杂的置换。析出晶体时也有这样复杂的置换。(4)(4)在晶体中一般在晶体中一般组成是固定组成是固定的，并且符合化学计的，并且符合化学计量比例，量比例，在形成玻璃的组成范围内氧化物以在形成玻璃的组成范围内氧化物以非化学非化学计量任意比例混合计量任意比例混合。由于玻璃的化学组成、结构比晶体有更大

34、的可由于玻璃的化学组成、结构比晶体有更大的可变动性和宽容度，所以玻璃的性能可以作很多变动性和宽容度，所以玻璃的性能可以作很多调整，使玻璃品种丰富，有十分广泛的用途。调整，使玻璃品种丰富，有十分广泛的用途。结论结论无机玻璃无机玻璃的组织结构组织结构 Texture 主要成份主要成份：SiO2、Na2O、K2O、CaO、MgO、Al2O3。键合形式键合形式：离子键、共价键，及其混合键。慢冷 结晶 形成：熔体 急冷(粘度大)无定形（玻璃结构），无规网络 network无规网络与高分子不同无规网络与高分子不同固体为三维网状，无定形，加热熔融，反复使用。硅酸盐熔体结构硅酸盐熔体结构模型示意图模型示意图(

35、二二)、硼、硼 酸酸 盐盐 玻玻 璃璃 B B2 2O O3 3是硼酸盐玻璃中的网络形成体，是硼酸盐玻璃中的网络形成体，B B2 2O O3 3也能单独形成氧化硼玻璃。也能单独形成氧化硼玻璃。B B：2s2s2 22p2p1 1 O O：2s2s2 22p2p4 4 ;B;BO O之间形成之间形成spsp2 2三角形杂化三角形杂化轨道，还有空轨道，可以形成轨道，还有空轨道，可以形成3 3个个键键，所以还有所以还有p p电子，电子，B B 除了除了3 3个个键键 还有还有键键 成分。成分。氧化硼玻璃的结构：氧化硼玻璃的结构：(1)(1)从从B B2 2O O3 3玻璃的玻璃的RDFRDF曲线证实

36、，存曲线证实，存在在以以三角体三角体(BOBO3 3 是非常扁的三角锥体，是非常扁的三角锥体，几乎是三角形几乎是三角形)相互连结的硼氧组基团。相互连结的硼氧组基团。(2)(2)按无规则网络学说，纯按无规则网络学说，纯B B2 2O O3 3玻璃玻璃的结构可以看成的结构可以看成由由 BOBO3 3 无序地相连而组无序地相连而组成的向成的向两度两度空间发展的网络空间发展的网络(其中有很多其中有很多三元环三元环)。B BO O键能键能498498kjkj/mol,/mol,比比SiSiO O键能键能444444kjkj/mol/mol大，但因为大，但因为B B2 2O O3 3玻璃的层状或链玻璃的层

37、状或链状结构的特性，任何状结构的特性，任何 BOBO3 3 附近空间并不完附近空间并不完全被三角体所充填，而不同于全被三角体所充填，而不同于 SiOSiO4 4。B B2 2O O3 3玻璃的层之间是分子力，是一种弱玻璃的层之间是分子力，是一种弱键，所以键，所以B B2 2O O3 3玻璃软化温度低玻璃软化温度低(450)(450)，表，表面张力小，化学稳定性差面张力小，化学稳定性差(易在空气中潮解易在空气中潮解)，热膨胀系数高，热膨胀系数高。一般说纯一般说纯B B2 2O O3 3玻璃实用价值小。玻璃实用价值小。但但B B2 2O O3 3是唯一能用来制造是唯一能用来制造有效吸收有效吸收慢中

38、子的氧化物玻璃慢中子的氧化物玻璃，而且是其它，而且是其它材料不可取代的。材料不可取代的。B B2 2O O3 3与与R R2 2O O、RORO等配合才能制成等配合才能制成稳定的有实用价值的硼酸盐玻璃。稳定的有实用价值的硼酸盐玻璃。当当B B2 2O O3 3中加入中加入R R2 2O O、RORO时会出现时会出现“硼硼反常反常”。瓦伦对瓦伦对NaNa2 2O-BO-B2 2O O3 3玻璃的玻璃的研究发现当研究发现当NaNa2 2O O由由10.310.3mol%mol%增至增至30.830.8mol%mol%时，时，B BO O间间距由距由0.1370.137nmnm增至增至0.1480.

39、148nmnm,BOBO3 3 BOBO4 4 ,核磁共振核磁共振和红外光谱实验也证实如和红外光谱实验也证实如此此。BOBO3 3 变成变成 BOBO4 4，多面体之间的连结多面体之间的连结点由点由 3 3变变4 4，导致玻璃结构部分转变为，导致玻璃结构部分转变为三维的架状结构三维的架状结构，从而，从而加强了网络加强了网络，并，并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随R R2 2O O或或RORO加入量的变化规律相反，所以称为加入量的变化规律相反，所以称为“硼反常硼反常”。下下图表示二元钠硼酸盐玻璃中

40、图表示二元钠硼酸盐玻璃中O Ob b数、热数、热膨胀系数膨胀系数 、和和TgTg温度与温度与NaNa2 2O O含量含量mol%mol%的变化的变化。Na2O%ObTg硼反常硼反常使性质使性质-组成变组成变化曲线上出现极大值或化曲线上出现极大值或极小值，其极小值，其实质是硼氧实质是硼氧配位体中四面体与三角配位体中四面体与三角体相对含量变化所产生体相对含量变化所产生的的，CNCN4 4的的B B原子数目原子数目不能超过由玻璃组成所不能超过由玻璃组成所决定的某一限度。决定的某一限度。结论结论 附参考资料：附参考资料：硼反常是否在硼反常是否在R R2 2O O中为中为1515mol%mol%附近出附

41、近出现现还有分歧。还有分歧。BrayBray用核磁共振测定结果用核磁共振测定结果R R2 2O O在在30304040mol%mol%附近四面体配位数最多，附近四面体配位数最多，以后随以后随R R2 2O O增加而减少。增加而减少。BeltaBelta认为实验认为实验数据和解释方面存在某些差别。部分归数据和解释方面存在某些差别。部分归因于实验条件诸如因于实验条件诸如温度、时间、微分相温度、时间、微分相及存留结构中水对结构变化的影响及存留结构中水对结构变化的影响。硼硅酸盐玻璃的实际用途硼硅酸盐玻璃的实际用途(1)(1)在氧化硼玻璃中引入轻元素氧化物在氧化硼玻璃中引入轻元素氧化物(BeOBeO、L

42、iLi2 2O)O)可使快中子减慢，若引入可使快中子减慢，若引入C Cd dO O和其它稀和其它稀土元素氧化物能使中子吸收能力剧增。在土元素氧化物能使中子吸收能力剧增。在核工业中有重要用途。核工业中有重要用途。(2)(2)硼酐对于碱金属硼酐对于碱金属(NaNa、Cs)Cs)蒸汽稳定，所以蒸汽稳定，所以含含NaNa和和CsCs的放电灯外壳用含的放电灯外壳用含20205555wtwtB B2 2O O3 3的玻璃制造。放电灯内表面还可覆盖一层的玻璃制造。放电灯内表面还可覆盖一层含含8787wtwt的的B B2 2O O3 3玻璃。玻璃。(3)(3)特种硼酸盐玻璃的另一特性是特种硼酸盐玻璃的另一特性

43、是x x射线透射线透过率高，以过率高，以B B2 2O O3 3为基础配方再加轻元素氧化为基础配方再加轻元素氧化物物(BeOBeO、LiLi2 2O O、MgOMgO、AlAl2 2O O3 3)所制得的玻璃，所制得的玻璃，是制造是制造x x射线管小窗的最适宜材料。射线管小窗的最适宜材料。(4)(4)硼酸盐玻璃电绝缘性能好，而且易熔，硼酸盐玻璃电绝缘性能好，而且易熔，常作为玻璃焊剂或粘结剂。常作为玻璃焊剂或粘结剂。(5)(5)含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重要应用要应用。硼硅玻璃的物理特性硼硅玻璃的物理特性硼硅酸盐玻璃的一个重要特征是优良的耐热性，因而特别适

44、用于实验室器具。加加热时的耐高温和耐的耐高温和耐热冲冲击性性硼硅玻璃所能承受的最高操作温度为500C。温度达525C以上，玻璃开始变软，开始由固态向粘流态转换。玻璃不仅具备很强的抗化学腐蚀性能，其热膨胀系数也极低，因而具耐热冲击性。玻璃的耐热冲击性能超过普通玻璃三倍以上，这意味着它可承受由热至冷的任何变化（直到Dt=100K）。玻璃内产生任何压力玻璃都不会折裂，例如向玻璃容器内注入灌注开水，容器也不会破裂。冷藏溫度下的穩定性冷藏溫度下的穩定性玻璃也可冷却至最大极限的零下温度，这意味着也适宜运用在液态空气(约-192C)。一般情况下，建议操作条件在-70C范围以内，极端低温下，注意操作尽量使温差

45、不超过100K。试验瓶或试管中放入冷冻物质时，最大容量以3/4为限，并倾斜到45放置。在微波中使用在微波中使用也适于在微波中使用 硼硅酸盐玻璃的抗化学腐蚀性胜过绝大多数金属和其它材料，并能经受超过100C的温度。即使受到水和酸的影响，也只是玻璃滤出极少量的单价离子，因而在玻璃表面形成的一层很薄的、毛孔细腻的硅酸膜，抑制进一步化学反应的侵蚀。玻璃抵抗水、中性和酸式盐溶液、强酸及它们的混合物，还有氯、溴、碘和有机物质等等的侵蚀。只有当接触氫氟酸、诸如氟化铵等的含氟化物溶液、加热过高的磷酸和强碱溶液，并在逐渐增强和不断加温情況下玻璃表面才会受到一定程度的腐蚀。种种 类类特特 性性用用 途途普通玻璃普

46、通玻璃在在较较高温度下易高温度下易软软化化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃石英玻璃膨膨胀胀系数小，耐酸碱，系数小，耐酸碱，强强度大，度大，滤滤光光化学化学仪仪器；高器；高压压水水银银灯、灯、紫外灯等的灯壳；光紫外灯等的灯壳；光导导纤维纤维、压电压电晶体等晶体等光学玻璃光学玻璃透光性能好，有折光和透光性能好，有折光和色散性色散性眼眼镜镜片；照相机、片；照相机、显显微微镜镜、望、望远镜远镜用凹凸透用凹凸透镜镜等光学等光学仪仪器器玻璃玻璃纤维纤维耐腐耐腐蚀蚀、不怕、不怕烧烧、不、不导导电电、不吸水、隔、不吸水、隔热热、吸、吸声、防虫蛀声、防虫蛀太空太空飞飞行行员员的衣服、的衣

47、服、玻璃玻璃钢钢等等钢钢化玻璃化玻璃耐高温、耐腐耐高温、耐腐蚀蚀、强强度度大、大、质轻质轻、抗震裂、抗震裂运运动动器材；微波通器材；微波通讯讯器材器材;汽汽车车、火、火车车窗玻璃等窗玻璃等几种特种玻璃几种特种玻璃（三）钢化玻璃钢化玻璃是将玻璃加热到接近玻璃软化点的温度(600650)以迅速冷却或用化学方法钢化处理所得的玻璃深加工制品。它具有良好的机械性能玻璃和耐热冲击性能，又称为强化玻璃。玻璃经处理表面产生了均匀的压应力，它的强度是经过良好退火处理的玻璃的310倍，抗冲击性能也大大提高。钢化玻璃破碎时出现网状裂纹，或产生细小碎粒，不会伤人，故又称安全玻璃。钢化玻璃的耐热冲击性能很好，最大的安全

48、工作温度为287.78，并能承受204.44的温差。故可用来制造高温炉门上的观测窗、辐射式气体加热器和干燥器等。由于钢化玻璃具有较好的性能，所以，它在汽车工业、建筑工程以及军工领域等行业得到了广泛应用。常用作高层建筑的门、窗、幕墙、屏蔽及商店橱窗、军舰与轮船舷窗以及桌面玻璃等。平面钢化玻璃主要用作建筑工程的门窗、隔墙与幕墙等；弯钢化玻璃主要用作汽车车窗玻璃；半钢化玻璃主要用作暖房、温室及隔墙等的玻璃窗；区域钢化玻璃主要用作汽车的风挡玻璃。钢化玻璃不能切割、磨削，边角不能碰击，使用时需选择现成尺寸规格或提出具体设计图纸加工定做。此外，钢化玻璃在使用过程中严禁溅上火花。否则，当其再经受风压或振动时

49、，伤痕将会逐渐扩展，导致破碎。石英玻璃石英玻璃光学玻璃光学玻璃玻璃纤维玻璃纤维（四）夹层玻璃夹层玻璃系两片或多片平板玻璃之间嵌夹透明塑料薄片，经加热、加压，粘合而成的平面或弯曲的复合玻璃制品。夹层玻璃的抗冲击性比普通平板玻璃高出几倍。玻璃破碎时不裂成碎块，仅产生辐射状裂纹和少量玻璃碎屑，而且碎片仍粘贴在膜片上，不致伤人。因此夹层玻璃也属于安全玻璃。夹层玻璃的透光性好，如2+2mm厚玻璃的透光率为82%。夹层玻璃还具有耐久、耐热、耐湿、耐寒等性质。生产夹层玻璃的厚片可以采用普通平板玻璃、浮法玻璃、钢化玻璃、彩色玻璃、吸热玻璃和热反射玻璃等。常用的热塑性树脂薄片为聚乙烯醇宿丁醛(PV。夹层玻璃的品

50、种很多，有减薄夹层玻璃、遮阳夹层玻璃、电热夹层玻璃、防弹夹层玻璃、玻璃纤维增强夹层玻璃、报警夹层玻璃、防紫外线夹层玻璃、隔音夹层玻璃等。夹层玻璃主要用作汽车和飞机的风挡玻璃、防弹玻璃以及有特殊安全要求的建筑物的门窗、隔墙、工业厂房的天窗和某些水下工程。该机既能生产传统的通过预热、预压、高压釜成型的夹层玻璃，还可以在两层玻璃中间放置不同的夹层材料，如画纸、丝绸、彩布、金属编织物、PET胶片等，在夹层材料两面放置EVA胶片，通过加温、真空，使两层玻璃及夹层材料牢固胶合在一起成为整体，所夹材料不同，使用效果场合也不同，还可以生产具有多种功能的夹层玻璃，如隔音、隔热、防暴、防弹，是一种用量大、前景好的