第三章熔体和玻璃体精选文档.ppt

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1、第三章熔体和玻璃体本讲稿第一页，共七十三页3.1 熔体的结构熔体的结构n一、对熔体的一般认识一、对熔体的一般认识n一般熔体一般熔体结构简单，冷却易析晶。结构简单，冷却易析晶。本讲稿第二页，共七十三页二、硅酸盐熔体结构二、硅酸盐熔体结构1.1.基本结构单元基本结构单元SiOSiO4 4 四面体四面体2.2.基本结构单元在熔体中存在状态聚合体基本结构单元在熔体中存在状态聚合体基基本本结结构构单单元元在在熔熔体体中中组组成成形形状状不不规规则则、大大小小不不同同的的聚聚合合离离子子团团（或或络络阴阴离离子子团团）在在这这些些离离子子团团间间存存在在着着聚聚合解聚的平衡。合解聚的平衡。本讲稿第三页，共

2、七十三页n聚合物理论聚合物理论n石英玻璃中石英玻璃中：1.石英结构特点石英结构特点 结构中硅氧键是强结合键，结合能力强，硅氧比结构中硅氧键是强结合键，结合能力强，硅氧比为为1/2。那么石英加碱会有哪些变化？那么石英加碱会有哪些变化？本讲稿第四页，共七十三页n2.石英的分化石英的分化硅氧键强，会夺取硅氧键强，会夺取Na2O等碱性氧化物中的氧，形成非等碱性氧化物中的氧，形成非桥氧，造成石英的分化。桥氧，造成石英的分化。本讲稿第五页，共七十三页n在石英熔体中，部分颗粒表面有断键，这些断在石英熔体中，部分颗粒表面有断键，这些断键与空气中的水汽作用，生成键与空气中的水汽作用，生成Si-OH键，若加键，若

3、加入入Na2O，断键处发生离子交换。，断键处发生离子交换。本讲稿第六页，共七十三页n这样，四面体网络被碱分化后，形成大小不等的聚这样，四面体网络被碱分化后，形成大小不等的聚合物，此时合物，此时Si4+/O2-1/21/3 1/4。n3.缩聚缩聚n分化过程产生的低聚物相互作用，形成级次较高的分化过程产生的低聚物相互作用，形成级次较高的聚合物，释放出部分聚合物，释放出部分Na2O4.平衡平衡此时，系统呈现的状态，此时，系统呈现的状态，“近程有序远程无序近程有序远程无序”。本讲稿第七页，共七十三页三、影响低聚物浓度的因素三、影响低聚物浓度的因素n1.温度温度n温度温度升高升高，断键数目，断键数目增加

4、增加，低聚物浓度，低聚物浓度增大。增大。n2.组成组成nSi4+/O2-1/21/3 1/4，低聚物浓度增大；，低聚物浓度增大；nNa2O含量增加含量增加，O2-形成非桥氧，聚合物分化，形成非桥氧，聚合物分化，低聚物浓度增大低聚物浓度增大；n碱金属氧化物增加，碱金属氧化物增加，低聚物浓度增大低聚物浓度增大。本讲稿第八页，共七十三页一、粘度一、粘度 粘度是流体（液体或气体）抵抗流动的量度。粘度是流体（液体或气体）抵抗流动的量度。当液体流动时：当液体流动时：F FS dv/dx S dv/dx （3 31 1）式中式中FF两层液体间的内摩擦力；两层液体间的内摩擦力；SS两层液体间的接触面积；两层液

5、体间的接触面积；dv/dxdv/dx垂直流动方向的速度梯度；垂直流动方向的速度梯度；比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。因此，粘度因此，粘度物理意义物理意义是指单位接触面积、单位速度梯度下两层是指单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。粘度单位是液体间的内摩擦力。粘度单位是Pas（帕（帕秒）。秒）。1Pas1Ns/m210dynescm210 P（泊）或（泊）或1dPas（分帕（分帕秒）秒）1P（泊）。粘度的倒数称（泊）。粘度的倒数称液体流动度液体流动度，即，即=1/。3.2 熔体的性质熔体的性质本讲稿第九页，共七十三页二、影响熔体粘度的主要因素二、影

6、响熔体粘度的主要因素1.1.温度温度 硅酸盐熔体在不同温度下的粘度相差很大，可以从硅酸盐熔体在不同温度下的粘度相差很大，可以从10102 2变化至变化至10101515 Pas Pas；组成不同的熔体在同一温度；组成不同的熔体在同一温度下的粘度也有很大差别。下的粘度也有很大差别。在硅酸盐熔体结构中，有聚合程度不同的多种在硅酸盐熔体结构中，有聚合程度不同的多种聚合物交织而成的网络，使得质点之间的移动很困聚合物交织而成的网络，使得质点之间的移动很困难，因此硅酸盐熔体的粘度比一般液体高得多。难，因此硅酸盐熔体的粘度比一般液体高得多。本讲稿第十页，共七十三页n硅酸盐熔体粘度随温度连续变化，随着温度的升

7、高，硅酸盐熔体粘度随温度连续变化，随着温度的升高，熔体粘度降低。熔体粘度降低。n金属盐熔体有一个熔点金属盐熔体有一个熔点Te，当温度达到，当温度达到Te时，由晶体时，由晶体变为熔体。变为熔体。本讲稿第十一页，共七十三页几种熔体的粘度几种熔体的粘度本讲稿第十二页，共七十三页粘度的测定：粘度的测定：硅酸盐熔体的粘度相差很大，从硅酸盐熔体的粘度相差很大，从10-21015Pas，因此不同范，因此不同范围的粘度用不同方法测定围的粘度用不同方法测定n1071015Pas：拉丝法拉丝法。根据玻璃丝受力作用的伸长速度来确定。根据玻璃丝受力作用的伸长速度来确定。n10107Pas：转筒法转筒法。利用细铂丝悬挂

8、的转筒浸在熔体内转动，悬。利用细铂丝悬挂的转筒浸在熔体内转动，悬丝受熔体粘度的阻力作用扭成一定角度，根据扭转角的大小确定粘度。丝受熔体粘度的阻力作用扭成一定角度，根据扭转角的大小确定粘度。n100.51.3105Pas：落球法落球法。根据斯托克斯沉降原理，测定铂球。根据斯托克斯沉降原理，测定铂球在熔体中下落速度求出。在熔体中下落速度求出。n小于小于102Pas：振荡阻滞法振荡阻滞法。利用铂摆在熔体中振荡时，振幅受阻滞。利用铂摆在熔体中振荡时，振幅受阻滞逐渐衰减的原理测定。逐渐衰减的原理测定。本讲稿第十三页，共七十三页 粘度一温度关系粘度一温度关系a.玻耳兹曼能量分布定律玻耳兹曼能量分布定律（绝

9、对速度理论）（绝对速度理论）0 0E/kT1/0E/kTlgAB/T式中式中E质点粘滞活化能；质点粘滞活化能；k波尔兹曼常波尔兹曼常数；数；T绝对温度；绝对温度；0与熔体组成有关的常与熔体组成有关的常数。数。本讲稿第十四页，共七十三页但这个公式假定粘滞但这个公式假定粘滞活化能是和温度无关的常活化能是和温度无关的常数，所以只能应用于简单数，所以只能应用于简单的不缔合的液体或在一定的不缔合的液体或在一定温度范围内缔合度不变的温度范围内缔合度不变的液体。对于硅酸盐熔体在液体。对于硅酸盐熔体在较大温度范围时，斜率会较大温度范围时，斜率会发生变化，因而在较大温发生变化，因而在较大温度范围内以上公式不适用

10、。度范围内以上公式不适用。钠钙硅酸盐玻璃熔体粘度与温钠钙硅酸盐玻璃熔体粘度与温度的关系度的关系0.40.61.00.81.21296301600200010001200800600Log 1/T10-3(K-1)(180)(300)(550)kJ/mol本讲稿第十五页，共七十三页b.VFTb.VFT公式（公式（VogelVogelFulcherFulcherTammannTammann公式）公式）（自由体积理论）自由体积理论）式中式中 A A、B B、T T0 0均是与熔体组成有关的常数。均是与熔体组成有关的常数。本讲稿第十六页，共七十三页c.c.特征温度特征温度（过剩熵理论）（过剩熵理论）某

11、些熔体的粘度温度曲线某些熔体的粘度温度曲线a.应变点应变点:粘度相当于粘度相当于1013Pas的温度，在该温度，的温度，在该温度，粘性流动事实上不复存在，玻粘性流动事实上不复存在，玻璃在该温度退火时不能除去其璃在该温度退火时不能除去其应力。应力。b.退火点（退火点（Tg）:粘度相当于粘度相当于1012Pas的温度，是消除玻璃中的温度，是消除玻璃中应力的上限温度，也称为玻璃转应力的上限温度，也称为玻璃转变温度。变温度。c.变形点变形点:粘度相当于粘度相当于10101010.5Pas的温度，是指变形开始的温度，是指变形开始温度，对应于热膨胀曲线上最高温度，对应于热膨胀曲线上最高点温度，又称为膨胀软

12、化点。点温度，又称为膨胀软化点。d.Litteleton软化点软化点:粘度相当于粘度相当于4.5106Pas的温度，它是用的温度，它是用0.550.75mm直径，直径，23cm长的玻璃纤维长的玻璃纤维在特制炉中以在特制炉中以min速率加热，速率加热，在自重下达到每分钟伸长一毫米时在自重下达到每分钟伸长一毫米时的温度。的温度。e.操作点操作点:粘度相当于粘度相当于104Pas时的时的温度，是玻璃成形的温度。温度，是玻璃成形的温度。f.成形温度范围成形温度范围:粘度相当于粘度相当于103107Pas的温度。指准备成形操的温度。指准备成形操作与成形时能保持制品形状所对作与成形时能保持制品形状所对应的

13、的温度范围。应的的温度范围。g.熔化温度熔化温度:粘度相当于粘度相当于10Pas的的温度。在此温度下，玻璃能以一温度。在此温度下，玻璃能以一般要求的速度熔化。玻璃液的澄般要求的速度熔化。玻璃液的澄清、均化得以完成。清、均化得以完成。本讲稿第十七页，共七十三页粘度粘度组成关系组成关系（1 1）O/Si O/Si比比硅酸盐熔体的粘度首先取决于硅氧四面体网络的聚硅酸盐熔体的粘度首先取决于硅氧四面体网络的聚合程度，即随合程度，即随O/SiO/Si比的上升而下降，见表。比的上升而下降，见表。熔体中熔体中O/Si比值与结构及粘度的关系比值与结构及粘度的关系本讲稿第十八页，共七十三页(2)(2)一价碱金属氧

14、化物一价碱金属氧化物通常通常碱金属氧化物碱金属氧化物（LiLi2 2O O、NaNa2 2O O、K K2 2O O、RbRb2 2O O、CsCs2 2O O）能）能降低熔体粘度降低熔体粘度。这些正离子由。这些正离子由于电荷少、半径大、和于电荷少、半径大、和O O2 2的作用力较小，提的作用力较小，提供了系统中的供了系统中的“自由氧自由氧”而使而使O/SiO/Si比值增加，比值增加，导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单位，因而使活化能减低、粘度变小。位，因而使活化能减低、粘度变小。这种氧化物称为这种氧化物称为网络修改氧化物网络修改氧化物本讲稿第十九

15、页，共七十三页a.a.当当2 2O O含量较低时（含量较低时（O/SiO/Si较低），熔体中硅氧负离较低），熔体中硅氧负离子团较大，对粘度起主要作用的是四面体子团较大，对粘度起主要作用的是四面体SiOSiO4 4 间间的键力。这时，加入的正离子的半径越小，降低粘的键力。这时，加入的正离子的半径越小，降低粘度的作用越大，其次序是度的作用越大，其次序是LiLiNaNa RbRbCsCs。这是由于这是由于R R除了能提供除了能提供“游离游离”氧，打断硅氧网络氧，打断硅氧网络以外，在网络中还对以外，在网络中还对SiSiO OSiSi键有反极化作用，键有反极化作用，减弱了上述键力。减弱了上述键力。LiL

16、i离子半径最小，电场强度最强，离子半径最小，电场强度最强，反极化作用最大，故它反极化作用最大，故它降低粘度的作用最大降低粘度的作用最大。本讲稿第二十页，共七十三页b.b.当熔体中当熔体中2 2O O含量较高（含量较高（O/SiO/Si比较高）时，则熔体比较高）时，则熔体中硅氧负离子团接近最简单的中硅氧负离子团接近最简单的SiOSiO4 4 形式，同时熔体形式，同时熔体中有大量中有大量2-2-存在，存在，SiOSiO4 4 四面体之间主要依靠四面体之间主要依靠R RO O键力连接，这时作用力矩最大的键力连接，这时作用力矩最大的LiLi+就具有较大的粘就具有较大的粘度。在这种情况下，度。在这种情况

17、下，2 2O O对粘度影响的次序是对粘度影响的次序是LiLi+NaNa+。本讲稿第二十一页，共七十三页（3 3）二价金属氧化物）二价金属氧化物二价碱土金属氧化物对粘度影响：二价碱土金属氧化物对粘度影响：一方面和碱金属离子一样，能使硅氧负离子团解聚使粘度一方面和碱金属离子一样，能使硅氧负离子团解聚使粘度降低；降低；另一方面，它们的电价较高而半径又不大，因此其离子势另一方面，它们的电价较高而半径又不大，因此其离子势Z/rZ/r较较+的大，能夺取硅氧负离子团中的的大，能夺取硅氧负离子团中的2-2-来包围自己，导致硅氧来包围自己，导致硅氧负离子团聚合。负离子团聚合。综合两个相反效应，综合两个相反效应，

18、2+2+降低粘度的次序是降低粘度的次序是BaBa2+2+SrSr2+2+CaCa2+2+g g2+2+，系统粘度次序为，系统粘度次序为BaBa2+2+SrSr2+2+CaCa2+2+11，结构中，结构中”游离游离”氧充足，氧充足，B B3 3以以BOBO4 4 四面体状态加入到四面体状态加入到SiOSiO4 4 四面体网络，将断开的网络重新四面体网络，将断开的网络重新连接起来，结构趋于紧密，粘度随含量升高而增加；连接起来，结构趋于紧密，粘度随含量升高而增加；2 2）当）当NaNa2 2O/BO/B2 2O O3 3 约为约为1 1时时(B(B2 2O O3 3含量约为含量约为1515)，B B

19、3 3形成形成BOBO4 4 四面体四面体最多，粘度达到最高点；最多，粘度达到最高点；3 3）B B2 2O O3 3含量继续增加，较多量的含量继续增加，较多量的B B2 2O O3 3引入使引入使NaNa2 2O/BO/B2 2O O3 31335kJ335kJmolmol。这类氧化物能单独形成玻璃。这类氧化物能单独形成玻璃。本讲稿第四十四页，共七十三页nb.网络修改体（正离子称为网络改变离子），网络修改体（正离子称为网络改变离子），其单键强度其单键强度335kJ/molO)335kJ/mol；成键时出现；成键时出现s sp p电子形成杂化轨道。这样的电子形成杂化轨道。这样的键型在能量上有利

20、于形成一种低配位数的负离子团构造或结键型在能量上有利于形成一种低配位数的负离子团构造或结构键，易形成无规则的网络，因而形成玻璃倾向很大。构键，易形成无规则的网络，因而形成玻璃倾向很大。本讲稿第五十一页，共七十三页一、玻璃体结构模型一、玻璃体结构模型n1.1.微晶学说（晶子模型）微晶学说（晶子模型）n实验依据实验依据n折射率折射率-温度曲线温度曲线n钠硅双组分玻璃的钠硅双组分玻璃的X X射线散射强度曲线射线散射强度曲线n红外反射光谱红外反射光谱3.5 玻璃体结构玻璃体结构本讲稿第五十二页，共七十三页硅酸盐玻璃折射率随温度变化曲线硅酸盐玻璃折射率随温度变化曲线 200400300100500100

21、200-200-100n105T()本讲稿第五十三页，共七十三页一种钠硅酸盐玻璃（一种钠硅酸盐玻璃（SiO2SiO2含量含量76.4%76.4%）的折射）的折射率随温度的变化曲线率随温度的变化曲线 200300100-200-100n107T()鳞石英鳞石英鳞石英鳞石英方石英方石英本讲稿第五十四页，共七十三页27Na27Na2 2O73SiOO73SiO2 2玻璃的玻璃的X X射线散射强度曲线射线散射强度曲线n1 1未加热；未加热；n2 2在在618618保温保温1 1小时小时n3 3在在800800保温保温1010分钟分钟和和670670保温保温2020小时小时150100 50 0 150

22、10050 0 250 200 150 100 50 00.10.20.30.40.5sinI132本讲稿第五十五页，共七十三页 学说要点：学说要点：玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“微晶微晶”分散在无定形介质中；分散在无定形介质中；“微晶微晶”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成，可的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成，可以是独立原子团或一定组成的化合物和固溶体等微观多相以是独立原子团或一定组成的化合物和固溶体等微观多相体，与该玻璃物系的相平衡有关；体，与该玻璃物系的相平衡有关；“微晶微晶”不同于一般微晶，而是晶格极度变形的微小有不同于一般微晶

23、，而是晶格极度变形的微小有序区域，在序区域，在“微晶微晶”中心质点排列较有规律，愈远离中心中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大；则变形程度愈大；从从“微晶微晶”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界线。两者之间无明显界线。本讲稿第五十六页，共七十三页石英等物石英等物X X射线衍射图射线衍射图00.04 0.08 0.12 0.16 0.200.24sin00.04 0.08 0.12 0.16 0.200.24sin00.04 0.08 0.12 0.16 0.200.24sin石英玻璃石英玻璃方石英方石英硅胶硅胶I玻璃是由称为玻璃是

24、由称为晶子的很小的晶子的很小的晶体的集合体晶体的集合体组成的。晶子组成的。晶子点阵排列不规点阵排列不规则，因此干涉则，因此干涉不规律，导致不规律，导致衍射峰加宽。衍射峰加宽。本讲稿第五十七页，共七十三页 2.2.无规则网络学说无规则网络学说 学说要点：学说要点：玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶体的网络不同，的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶体的网络不同，玻璃的网络是玻璃的网络是不规则的、非周期性的不规则的、非周期性的，因此玻璃的内，因此玻璃的内能比晶体的能比晶体的内能要大内能要大。由于玻璃的强度与晶体

25、的强度属。由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级，玻璃的内能与相应晶体的内能相差并于同一个数量级，玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多，因此它们的结构单元（四面体或三角体）应是相不多，因此它们的结构单元（四面体或三角体）应是相同的，不同之处在于排列的周期性。同的，不同之处在于排列的周期性。本讲稿第五十八页，共七十三页如石英玻璃和石英晶体的基本结构单元都如石英玻璃和石英晶体的基本结构单元都是硅氧四面体是硅氧四面体SiOSiO4 4。各硅氧四面体。各硅氧四面体SiOSiO4 4 都都通过顶点连接成为三维空间网络，但在石英晶通过顶点连接成为三维空间网络，但在石英晶体中硅氧四面体体中硅氧四面体Si

26、OSiO4 4 有着严格的规则排列；有着严格的规则排列；而在石英玻璃中，硅氧四面体而在石英玻璃中，硅氧四面体SiOSiO4 4 的排列是的排列是无序的，缺乏对称性和周期性的重复。无序的，缺乏对称性和周期性的重复。本讲稿第五十九页，共七十三页石英晶体与石英玻璃结构比较石英晶体与石英玻璃结构比较本讲稿第六十页，共七十三页扎哈里阿生还提出氧化物（扎哈里阿生还提出氧化物（A Am mO On n）形成玻璃时，应具备）形成玻璃时，应具备如下如下四个条件四个条件：1 1网络中每个氧离子最多与两个网络中每个氧离子最多与两个A A离子相联；离子相联；2 2氧多面体中，氧多面体中，A A离子配位数要尽量的小，即

27、为离子配位数要尽量的小，即为4 4或或3 3。3 3氧多面体相互连接只能共顶而不能共棱或共面。氧多面体相互连接只能共顶而不能共棱或共面。4 4每个氧多面体至少有三个顶角是与相邻多面体每个氧多面体至少有三个顶角是与相邻多面体共有以形成连续的无规则空间结构网络。共有以形成连续的无规则空间结构网络。本讲稿第六十一页，共七十三页3.3.两大学说的比较与发展两大学说的比较与发展n微晶学说微晶学说：优点优点：强调了玻璃结构的不均匀性、不连续性及有序性等方面特：强调了玻璃结构的不均匀性、不连续性及有序性等方面特征，成功地解释了玻璃折射率在加热过程中的突变现象。尤其是征，成功地解释了玻璃折射率在加热过程中的突

28、变现象。尤其是发现微不均匀性是玻璃结构的普遍现象后，微晶学说得到更为有发现微不均匀性是玻璃结构的普遍现象后，微晶学说得到更为有力的支持。力的支持。缺陷缺陷：第一，对玻璃中：第一，对玻璃中“微晶微晶”的大小与数量尚有异议。的大小与数量尚有异议。微晶大小根据许多学者估计波动在微晶大小根据许多学者估计波动在0.70.72.0nm2.0nm。之间，含。之间，含量只占量只占 10 102020。0.70.72.0nm 2.0nm 只相当于只相当于 2 21 1个多面个多面体作规则排列，而且还有较大的变形，所以不能过分夸大体作规则排列，而且还有较大的变形，所以不能过分夸大微晶在玻璃中的作用和对性质的影响。

29、微晶在玻璃中的作用和对性质的影响。第二，微晶的化学成分还没有得到合理的确定。第二，微晶的化学成分还没有得到合理的确定。本讲稿第六十二页，共七十三页n网络学说：网络学说：优点优点：强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、：强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、连续性及无序性等方面结构特征。连续性及无序性等方面结构特征。n如玻璃的各向同性可以看着是由于形成网络的多面体（如硅如玻璃的各向同性可以看着是由于形成网络的多面体（如硅氧四面体）的取向不规则性导致的。而玻璃之所以没有固定氧四面体）的取向不规则性导致的。而玻璃之所以没有固定的熔点是由于多面体的取向不同，结构中的键角大小不一，的熔点是由

30、于多面体的取向不同，结构中的键角大小不一，因此加热时弱键先断裂然后强键才断裂，结构被连续破坏。因此加热时弱键先断裂然后强键才断裂，结构被连续破坏。宏观上表现出玻璃的逐渐软化，物理化学性质表现出渐变性。宏观上表现出玻璃的逐渐软化，物理化学性质表现出渐变性。本讲稿第六十三页，共七十三页 缺陷：缺陷：近年来，随着实验技术的进展，积累近年来，随着实验技术的进展，积累了愈来愈多的关于了愈来愈多的关于玻璃内部不均匀玻璃内部不均匀的资料，的资料，例如首先在硼硅酸盐玻璃中发现分相与不均例如首先在硼硅酸盐玻璃中发现分相与不均匀现象，以后又在光学玻璃和氟化物与磷酸匀现象，以后又在光学玻璃和氟化物与磷酸盐玻璃中均发

31、现有分相现象。用电子显微镜盐玻璃中均发现有分相现象。用电子显微镜观察玻璃时发现在肉眼看来似乎是均匀一致观察玻璃时发现在肉眼看来似乎是均匀一致的玻璃，实际上都是由许多从的玻璃，实际上都是由许多从0.010.010.1m0.1m的各不相同的微观区域构成的。的各不相同的微观区域构成的。本讲稿第六十四页，共七十三页事实上，从哲学的角度讲，事实上，从哲学的角度讲，玻璃结构的远程无玻璃结构的远程无序性与近程有序性，连续性与不连续性，均匀性与序性与近程有序性，连续性与不连续性，均匀性与不均匀性并不是绝对的，在一定条件下可以相互转不均匀性并不是绝对的，在一定条件下可以相互转化。化。玻璃态是一种复杂多变的热力学

32、不稳定状态，玻玻璃态是一种复杂多变的热力学不稳定状态，玻璃的成分、形成条件和热历史过程都会对其结构产生璃的成分、形成条件和热历史过程都会对其结构产生影响，不能以局部的，特定条件下的结构来代表所有影响，不能以局部的，特定条件下的结构来代表所有玻璃在任何条件下的结构状态。玻璃在任何条件下的结构状态。本讲稿第六十五页，共七十三页二、几种典型的玻璃结构二、几种典型的玻璃结构n1.硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃na.石英玻璃结构石英玻璃结构n符合无规则网络模型，符合无规则网络模型，Si/O=1/2，但，但Si4+O2-键角分布范围键角分布范围广，广，120180之间，熔体之间，熔体粘度大粘度大。nb.钠硅酸盐玻璃

33、结构钠硅酸盐玻璃结构n由于由于Na2O的存在，的存在，SiO44-网络结构断裂，网络结构断裂，Si/O减小，非桥减小，非桥氧数目增加。氧数目增加。nc.钠铝硅酸盐玻璃钠铝硅酸盐玻璃nAl2O3/Na2O 1时，时，Al3+取代取代SiO44-中的中的Si4+，进入网络，进入网络结构，补网作用。结构，补网作用。nAl2O3/Na2O 1时，时，Al3+进入网络中间，断网作用。进入网络中间，断网作用。本讲稿第六十六页，共七十三页n2.2.硼酸盐玻璃硼酸盐玻璃nB B2 2O O3 3三角体为玻璃的网络结构，主要为三角体为玻璃的网络结构，主要为层状结构层状结构，因，因此它的一些此它的一些性能比较差性

34、能比较差：软化温度低，化学稳定性差，：软化温度低，化学稳定性差，热膨胀系数高。但其热膨胀系数高。但其X X射线透设率高，电绝缘性好。射线透设率高，电绝缘性好。n当硼酸盐玻璃熔体中有少量当硼酸盐玻璃熔体中有少量碱金属氧化物碱金属氧化物存在时，存在时，氧化物中的氧化物中的氧变为桥氧氧变为桥氧，使硼氧，使硼氧三角体变为硼氧四面体三角体变为硼氧四面体，使硼酸盐玻璃由使硼酸盐玻璃由层状结构层状结构变为变为架状结构架状结构，加强了网络，加强了网络结构，这与其在硅酸盐玻璃中的作用规律相反，称为结构，这与其在硅酸盐玻璃中的作用规律相反，称为硼硼反常现象反常现象。本讲稿第六十七页，共七十三页n3.玻璃结构参数的

35、计算玻璃结构参数的计算n为了表示硅酸盐网络结构特征和便于比较玻璃的物理性质，为了表示硅酸盐网络结构特征和便于比较玻璃的物理性质，引入玻璃的四个结构参数。引入玻璃的四个结构参数。nX每个多面体中每个多面体中非桥氧离子的平均数非桥氧离子的平均数；nY每个多面体中每个多面体中桥氧离子平均数桥氧离子平均数nZ每个多面体中每个多面体中氧离子平均总数氧离子平均总数nR玻璃中玻璃中氧离子总数氧离子总数与与网络形成阳离子总数网络形成阳离子总数之之比比n这四个参数之间满足：这四个参数之间满足：nX+Y=ZX=2R-Z本讲稿第六十八页，共七十三页n例题：例题：n一种玻璃组成是一种玻璃组成是80wt%SiO2和和2

36、0wt%Na2O,试计算玻璃结构参数试计算玻璃结构参数及非桥氧百分数。及非桥氧百分数。n解：将玻璃组成质量百分数换成摩尔百分数解：将玻璃组成质量百分数换成摩尔百分数SiO2801.3380.6Na2O200.3219.4R=（80.6219.4）/80.62.24该玻璃为硅酸盐玻璃，该玻璃为硅酸盐玻璃，Z4X2R-Z=22.24-4=0.48Y=Z-X=4-0.48=3.52非桥氧百分数非桥氧百分数X/(X+Y/2)=0.48/(3.52/2+0.48)=21.5%本讲稿第六十九页，共七十三页n注意：注意：n玻璃结构中有时含有网络中间体离子如硅酸盐玻玻璃结构中有时含有网络中间体离子如硅酸盐玻璃

37、中的璃中的Al3+，在计算时，若组成中，在计算时，若组成中(R2O+RO)/Al2O31,则则Al3+作为作为网络形成阳离网络形成阳离子子计算，计算，(R2O+RO)/Al2O3 1，则，则Al3+作为作为网络变性离子网络变性离子计算。计算。本讲稿第七十页，共七十三页作业：作业：n1.有两种不同配比的玻璃，其组成（wt）如下表，请分别计算两种玻璃的结构参数？序号Na2OAl2O3SiO2181280212880本讲稿第七十一页，共七十三页n解：将玻璃组成质量百分数换成摩尔百分数解：将玻璃组成质量百分数换成摩尔百分数序号序号Na2OAl2O3SiO2wt%mol%wt%mol%wt%mol%188.16127.478084.3721212.0884.868083.05本讲稿第七十二页，共七十三页本讲稿第七十三页，共七十三页