玻璃的基本原理.pdf

玻璃的基本知识 一、玻璃的结构 玻璃结构是指玻璃中质点在空间的几何位 置、有序程度以及他们之间的结合状态。 玻璃结构理论： 晶子学说 (1930年 Randell) 近程有序（微晶尺寸 1.0‐1.5nm) 晶子学说的价值在于它第一次指 出玻璃中存在微不均匀物，及玻 璃中存在一定的有序区域，这对 于玻璃分相、晶化等本质的理解 [SiO]石英晶体结构以及石英玻璃、钠硅 有重要价值。 4 酸盐玻璃晶子结构示意图 2 1932年W.H.Zachariasen借助V.M. Goldschmidt的离子晶界化学原则，利用晶体结 构来阐述玻璃结构，即查氏把离子结 晶化学原则和晶体结构知识推演到玻璃结 构，描述了离子-共价键的化合物，如熔融石英、硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃。 氧化物形成玻璃的四个条件： 一个氧离子不能和两个以上的阳离子结合——氧的配位数不大于2； 阳离子周围的阳离子熟不应多过3或4——阳离子的配位数为3或4； 网络中氧配位多面体之间只能共顶角，不能共棱、共面。 如果网络是三维的，则网络中每一个氧配位多面体必须至少有三个氧离 子与相邻多面体相连，以形成三维空间发展的无规则网络结构。 根据上述条件，B O SiO P O 是很好的 玻璃形成体。不符合上述条件的氧 2 3、 2、 2 5 化物则属于网络改良体，如碱金属、碱土金属氧化物 。一些氧化物可以部分参 与网络结构，称为网络中间体，如BeO、Al O ZrO 2 3、 2 3 无规则网络学说 的玻璃结构模型 Figure 1. (a) Crystalline material (regular) and (b) glassy material (irregular). 无规则网络学说强调了玻璃中多面体之间互相排列的 连续性、均匀性和无序性，而晶子学说则强调了不连 续性、有序性和微不均匀性。 因此，玻璃的结构是连续性、不连续性，均匀性、微 不均匀性，无序性、有序性几对矛盾的对立统一体， 条件变化，矛盾双方可能相互转化。 4 B O 玻璃在不同温度下的结构模型 2 3 5 无序性（远程）与有序性（近程）、连续性与不连续性，均 匀性与不均匀性是玻璃这个统一体的两个方面，而且根据玻 璃成分、热处理等条件不同，可以相互转化。譬如：玻璃经 过热处理后可以逐渐趋于析晶或分相，这样从结构特征看， 无序性、连续性、均匀性就变得次要，相反地，有序性、不 连续性、不均匀性就占主导地位了。 由此可见，同一成分的玻璃可以具有不同的结构状态，因为 从本质看，玻璃本身处于一种热力学不稳定状态，在不同温 度下，或者在相同温度下保温不同时间都可以在不同程度上 影响玻璃的结构状态。 二、玻璃态物质的特征 三、玻璃的形成 玻璃是物质的一种存在状态，那么是否任何物质都可以 形成玻璃？ 实践证明：有些物质如石英熔融后很容易形成玻璃，有 些物质如食盐（NaCl）却不能形成玻璃。 玻璃的形成条件和影响因素是什么？ 1、玻璃的形成方法： 熔体冷却——传统方法 非熔融法：sol‐gel (溶胶‐凝胶）、放射线辐照、蒸发 凝聚、气相反应、电沉积