1.3玻璃的性质.ppt

第一章 玻璃的结构与性质;1.1.1 定义 ;1.1.2 玻璃简史 ;4;玻璃发展简史;玻璃发展简史;中国玻璃发展简史;中国玻璃发展简史;中国玻璃发展简史;1.1.3 玻璃的形成 ;新的玻璃形成法举例 ;1.2.1 玻璃态的通性 ;;;1、各向同性 玻璃态物质的质点排列是无规则的物理化学性质在各方向上都是相同的。玻璃的各向同性是统计均质结构的结果，与液体相似。晶体在不同方向所测得的性质是不同的。 2、介稳性 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，系统的内能尚未处于最低值，从而处于介稳状态，在一定的外界条件下它仍具有自发放热转化为内能较低的晶体的倾向。;;3、无固定熔点 玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区间(转化温度范围内)进行的，它与结晶态物质不同，没有固定熔点。 4、性质变化的连续性和可逆性 玻璃态物质从熔融状态到固体状态的性质变化过程是连续的和可逆的，其中有一段温度区域呈塑性，称为“转变”或“反常”区域，在这区域内性质有特殊变化。 任何物质不论其化学组成如何，只要具有上述四个特性，都称为玻璃态。;第一类性质：玻璃的电导、比容、粘度等 第二类性质：玻璃的热容、膨胀系数、密度、折射率等 第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等;1.2.2 玻璃结构的假说 ;点表示结构单元，例如[SiO4]四面体、金刚石型四面体、六方型四面体、金属四面体单元等;1.2.2.3、无规网络学说（不规则网络学说） 1932年，W.H.Zachariasen（查哈里阿森）提出了无规网络学说，此后，B.e.Warren等人又证明、充实和发展了这一学说。要点如下： 1、玻璃具有三维无规则网络结构，即由原有多面体通过共有顶角相互连接，构成三维不规则网络，其中的原子多面体没有周期性的序列，但拥有与相应晶体原子多面体相近而稍高的能量。;1.2.2.3、无规网络学说（不规则网络学说） 2、形成氧化物玻璃，应符合以下四条结构规则： (1)每个氧原子与不多于两个阳离子连结； (2)每个阳离子的配位效应为3或4， (3)氧多面体结合成三维网络的相连方式是共角，而不是共棱或共面； (4)多面体的顶角，至少要有3个是与其它多面体共有。;3、原子的配位数，决定其在网络中的作用，可以分为三类： （1）配位数为3或4，如Si、B、P、Ge、As等，可以单独形成网络骨架，称为网络形成物； （2）配位数为6或更大，如Na、K、Ca、Ba等，不能形成网络骨架，只能在多组分玻璃中处于网络骨架间的空隙中，故有网络外体之称，它们能使网络断裂，从而改变玻璃的性能，故一般常称为网络修改物； （3）配位数在4-6之间的Al、Mg、Zn、Pb等，一般是网络修改物，但在多组分系统中可能发生配位数由高到低的变化，从而成为网络形成物。这类元素的氧化物，通常称为中间氧化物。;24;——短程有序和长程无序是玻璃物质结构的特点。从宏观上看玻璃主要表现为无序、均匀和连续性，而从微观上看它又呈现有序、微不均匀和不连续性。;1.2.3 几种典型的玻璃结构 ;石英晶体与石英玻璃结构比较;石英玻璃结构;2、钠钙硅玻璃 如果在熔融石英玻璃中加入碱金属氧化物(如Na2O)，就使原有的“大分子”发生解聚作用。由于氧的比值增大，玻璃中已不可能每个氧都为两个硅原子所共用(这种氧称为桥氧)，开始出现与一个硅原子键合的氧(称为非桥氧)，使硅氧网络发生断裂。而碱金属离子处于非桥氧附近的网穴中，这就形成了碱硅酸盐玻璃，但因其性能不好，没有实用价值 。;30;在碱硅二元玻璃中(如钠硅玻璃)加入CaO，可使玻璃的结构和性质发生明显的改善。可得到具有优良性能的钠钙硅玻璃。 目前大多数实用玻璃（例如瓶罐玻璃、器皿玻璃、保温瓶玻璃、泡壳玻璃、平板玻璃等），都是以钠钙硅为基础的玻璃。为了满足各种不同性能的要求，可在钠钙硅成分的基础上加入其它氧化物进行调节。 ;Na2O-CaO-SiO2系玻璃结构;3、硼酸盐玻璃 B2O3玻璃由硼氧三角体[BO3]组成，其中含有硼氧三角体互相连接的硼氧三元环集团，在低温时B2O3玻璃结构是由桥氧连接的硼氧三角体和硼氧三元环形成的向两度空间发展的网络，属于层状结构。 碱金属或碱土金属氧化物加入B2O3玻璃中，将产生硼氧四面体[BO4]，而形成碱硼酸盐玻璃。;34;;; [BO3]变成[BO4]，多面体之间的连结点由 3变4，导致玻璃结构部分转变为三维的架状结构，从而加强了网络，并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R2O或RO加入量的变化规律相反，所以称为“硼反常”。 ;;硼反常使性质－-组成变化曲线上出现极大值或极小值，其实质是硼氧配位体中四面体与三角体相对含量变化所产生的，CN＝4的B原子数目不能超过由玻璃组成所决定