第1章玻璃的结构和组成.ppt

第1章 玻璃的结构和组成 玻璃的定义 各种玻璃的结构特征 各种离子在玻璃中的作用 第1章 玻璃的结构和组成 1.1 玻璃的定义和通性 1.2 玻璃的通性 一、各向同性 二、介稳性 三、无固定熔点（熔融态向玻璃态转化的过程是可逆与渐变的） 四、熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度 变化的连续性和可逆性 对Tg的讨论 两个特征温度： 1.2 玻璃的结构 晶子学说 玻璃由无数“晶子”所组成，晶子是具有晶格变形的有序排列区域，分散在无定形介质中，从“晶子”部分到无定形部分是逐步过渡的，两者之间并无明显界线。 33.3Na2O-66.7SiO2玻璃的红外反射光谱 石英晶体与石英玻璃结构 无规则网络学说 同时根据各种氧化物在玻璃中的作用，将其分为玻璃网络形成体、网络外体和网络中间体。并指出氧化物形成玻璃的条件。 石英等物X-ray衍射图谱 1）瓦伦对比石英玻璃、 方石英和硅胶的x-射 线衍射图发现，玻璃 与方石英的特征谱线 重合。 石英玻璃的径向分布函数 三、两大学说的比较与发展 1、微晶学说 2、网络学说 对玻璃分相和不均匀等现象无法给出合理解释。 例如：在硼硅酸盐玻璃中发现分相与不均匀现象。用 电子显微镜观察玻璃时发现在肉眼看来似乎是 均匀一致的玻璃，实际上都是由许多从0.01～ 0.1μm的各不相同的微观区域构成的。 1.3 玻璃结构和熔体结构的关系 玻璃的结构除了与成分有关外，在很大程度上与熔体形成的条件、玻璃从熔融态向玻璃态转变的过程有关。 玻璃是过冷液体，玻璃的结构是熔体结构的延续。 玻璃在某一温度范围内保持与该温度对应的平衡结构状态和性能。 1.4 常见玻璃类型 氧化物玻璃：通过桥氧形成网络结构的玻璃。 1.4 常见的单元系统玻璃——（3）五氧化二磷玻璃 1.5-1.11 常见的多元系统玻璃 （1）硅酸盐玻璃 （2）硼酸盐玻璃 （3）磷酸盐玻璃 （4）其它氧化物玻璃 （5）逆性玻璃 （6）硫属化合物玻璃 （7）卤化物玻璃 （1）硅酸盐玻璃结构 在熔融石英中加入碱金属氧化物，使原有的三维网络结构发生解聚作用。 熔体中R-O键的键性以离子键为主，当R2O、RO引入硅酸盐熔体中时，Si4+能把R-O键上的氧离子吸引到自己周围，使Si-O键的键强、键长、键角发生改变，最终使桥氧断裂。助熔，但使性能变坏。 （1）硅酸盐玻璃结构 硅酸盐玻璃结构 CaO等碱土金属氧化物，加强结构，抑制效应； MgO中间体，改善料性； Al2O3提高化学稳定性和热稳定性。 目前实用的钠钙硅玻璃成分：SiO2（72～76wt％),CaO（6～11wt %),Na2O 为了表示硅酸盐玻璃的网络结构特征，引入四个基本参数： 各参数间存在如下关系： 举 例 (1) 石英玻璃(SiO2) Z=4 R=2 X=2×2－4＝0 Y＝2(4-2)=4 (2) Na2O-2SiO2 (3) Na2O-SiO2 (4) 2Na2O-SiO2 (5)10％molNa2O，8%molCaO，82%molSiO2 (6) 10％molNa2O，8%molAl2O3，82%molSiO2 （2）硼酸盐玻璃结构 碱金属或碱土金属加入B2O3玻璃中，将产生[BO4]四面体，导致B2O3玻璃从层状结构转变为架状结构，从而加强了网络，使玻璃的性能变好。—— 硼氧反常性。 （2）硼酸盐玻璃结构 硼硅玻璃分相 解决——钠硼硅玻璃（派来克斯） Na2O加入含B2O3 、Si2O玻璃中，将产生[BO4]四面体，为B2O3 和Si2O形成均匀一致的玻璃创造条件，改善玻璃的分相。 [BO3] → [BO4]的转变，膨胀系数降低 利用——高硅氧玻璃、微孔玻璃 （2）硼酸盐玻璃结构 （2）硼酸盐玻璃结构 （2）硼酸盐玻璃结构 （2）硼酸盐玻璃结构 （2）硼酸盐玻璃结构 （2）硼酸盐玻璃结构 （2）硼酸盐玻璃结构 （3）磷酸盐玻璃结构 当P2O5熔体中加入Na2O时，从层状变成链状 当加入RO时，性能反而改善，可能是RO的积聚作用 加入Al2O3，B2O3时，形成[BPO4]和[AlPO4]结构，则由层状变为架状，性能得到改善 磷酸盐玻璃主要用于光学玻璃