《玻璃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)ppt課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《玻璃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)ppt課件.ppt（33頁珍藏版）》請?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、3.1.2 玻璃結(jié)構(gòu)的假說,晶子學(xué)說認(rèn)為玻璃由微晶和無定形物質(zhì)兩部分組成，微晶與無定形物質(zhì)間有明顯的界限；微晶取向無序?？梢越忉尣ＡУ姆窒?、晶化等。無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說認(rèn)為玻璃的近程有序與晶體相似，即形成氧離子多面體（三角體和四面體），多面體間頂角相連形成三維空間連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，但其排列是無序的。解釋玻璃的各向同性、內(nèi)部性質(zhì)均勻性和性質(zhì)變化的連續(xù)性。晶子學(xué)說強(qiáng)調(diào)了玻璃結(jié)構(gòu)的近程有序性；無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說著重說明玻璃結(jié)構(gòu)的連續(xù)性、統(tǒng)計(jì)均勻性與無序性。,3.1.3幾種典型的玻璃結(jié)構(gòu),玻璃基本結(jié)構(gòu)參數(shù)X每個(gè)多面體中非橋氧離子的平均數(shù)。Y每個(gè)多面體中橋氧離子的平均數(shù)。Z每個(gè)多面體中氧離子的平均總數(shù)。R玻璃中氧離子總

2、數(shù)與網(wǎng)絡(luò)形成離子總數(shù)之比。X，Y，R，Z之間的關(guān)系為：即,如石英玻璃（SiO2) Z=4,R=2/1 則X=2x2-4=0, Y=2x42x2=4Na2O.SiO2,Z=4,R=(2+1)/1則X=2,Y=2結(jié)構(gòu)參數(shù)Y越大，網(wǎng)絡(luò)連接程度越緊密，玻璃的機(jī)械強(qiáng)度越高；Y越小，網(wǎng)絡(luò)連接越疏松，網(wǎng)絡(luò)空穴越大，網(wǎng)絡(luò)改性離子在網(wǎng)絡(luò)空穴中越易移動，玻璃的熱膨脹系數(shù)增大，電導(dǎo)增加，高溫下的粘度下降。,1.石英玻璃(SiO2)2.鈉鈣硅玻璃（Na2O-CaO-SiO2),晶體,玻璃,(),3. 硼酸鹽玻璃（B2O3）硼氧反常性4.其它氧化物,3.1.4玻璃結(jié)構(gòu)中陽離子的分類及各種氧化物在玻璃中的作用,玻璃結(jié)構(gòu)中

3、陽離子的分類 P7根據(jù)單鍵強(qiáng)度的大小，將氧化物分為：網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物：能夠單獨(dú)形成玻璃。網(wǎng)絡(luò)外體氧化物：不能單獨(dú)形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。中間體氧化物：介于網(wǎng)絡(luò)生成體和網(wǎng)絡(luò)外體之間。各種氧化物在玻璃中的作用P7,3.2玻璃的生成規(guī)律及其相變,3.2.1影響玻璃生成的因素1.熱力學(xué)條件2.動力學(xué)條件,過冷度,過冷度,過冷度,晶核形成速率或晶體生長速度,晶核形成速率或晶體生長速度,晶核形成速率或晶體生長速度,UI,UI,UI,a,b,c,生成玻璃的動力學(xué)條件：控制熔體的冷卻速率（粘度增大速率）曲線頭部頂點(diǎn)對應(yīng)析出晶體體積分?jǐn)?shù)是10-6時(shí)的最短時(shí)間。,析晶體積分?jǐn)?shù)是10-6時(shí)3T曲線,影響玻璃形成

4、的動力學(xué)因素在熔點(diǎn)時(shí)具有高的粘度，且粘度隨溫度降低而劇增的熔體容易形成玻璃。在相似的粘度溫度曲線下，具有較低熔點(diǎn)(Tm)和較高玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的熔體易形成玻璃. 即Tg /Tm2/3。,3.2.2熔體和玻璃體的相變,1.熔體和玻璃體的成核過程均勻成核：臨界核半徑愈小晶核愈容易形成。非均勻成核：成核劑和初晶相的界面張力愈小，或它們之間的晶格常數(shù)愈接近，成核愈容易。2.晶體生長影響結(jié)晶的因素：溫度、粘度、雜質(zhì)、界面能等。,3.玻璃的分相分相:液相的不混溶性分相的本質(zhì)：取決于組分間的相互作用程度（離子勢Z/r）如果正離子R在熔體中與氧形成強(qiáng)鍵，以致氧很難被硅奪去，在熔體中表現(xiàn)為獨(dú)立的離子聚集體

5、。這樣就出現(xiàn)了兩個(gè)液相共存，一個(gè)是含少量硅的富R-O相，另一個(gè)是含少量R的富Si-O相。在分相玻璃中，所加低濃度組分差不多富集在微相中。,對于R2O-SiO2二元系統(tǒng)，如果第三組分能提高混溶溫度，則能助長分相；如果第三組分能提高系統(tǒng)粘度，則有抑制分相的傾向。如抑制分相，Li2ONa2OK2O Rb2OCs2OAl2O3,ZrO2,PbO,MgO促進(jìn)分相，P2O5,TiO2分相對玻璃析晶的影響提供界面提高原子遷移率起晶核作用,分相對玻璃性質(zhì)的影響分相對具有遷移特性的性能如粘度、電阻、化學(xué)穩(wěn)定性、玻璃轉(zhuǎn)化溫度等影響較大。當(dāng)分相形貌為球形液滴時(shí)，玻璃呈現(xiàn)較低的粘度、低的電阻或化學(xué)不穩(wěn)定；當(dāng)分相為連通

6、相時(shí)，玻璃呈現(xiàn)高粘度、高電阻或化學(xué)穩(wěn)定。分相對具有加和特性的性能如密度、折射指數(shù)、熱膨脹系數(shù)、強(qiáng)度等影響不敏感。,3.3玻璃的性質(zhì),3.3.1玻璃的粘度1.玻璃粘度與溫度的關(guān)系所有實(shí)用硅酸鹽玻璃，其粘度與溫度的變化規(guī)律都屬于同一類型。10Pa.s 1011 Pa.s ，玻璃的粘度由溫度和化學(xué)組成決定。1011 Pa.s- 1014 Pa.s，玻璃的粘度由時(shí)間、溫度和化學(xué)組成決定。玻璃的料性,lg,T/C,600 800 1000 1200,應(yīng)變點(diǎn),退火點(diǎn),變形點(diǎn),軟化點(diǎn),流動點(diǎn),2.玻璃粘度與組成的關(guān)系3.玻璃粘度參考點(diǎn)4.玻璃粘度的計(jì)算奧霍琴法適用于含有MgO，Al2O3的鈉鈣硅玻璃。Na2

7、O在12%-16%，CaOMgO在5%-12%， Al2O3在0-5%，SiO2在64%-80%范圍時(shí)，可用下式TAXBYCZD富爾切爾法適用于溫度在500-1400，粘度在10-1012Pa.s，各組成范圍為：1molSiO2，0.15-0.2 molNa2O, 0.12-0.20molCaO ,0-0.051molMgO,0.0015- 0.073molAl2O3. TT0B/(tan+A)A=-1.4788Na2O+0.8350K2O+1.6030CaO+5.4936MgO-1.5183Al2O3+1.4550B=-6039.7Na2O-1439.6K2O-3919.3CaO+6285.

8、3MgO+2253.4Al2O3+5736.4T0=-25.07Na2O-321.0K2O+544.3CaO+384.0MgO+294.4Al2O3+198.1,3.3.2玻璃的表面張力和密度,1.表面張力表面張力的定義影響表面張力的因素一定范圍內(nèi)溫度升高，質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力減弱，液體的表面張力減小。各種氧化物對表面張力的影響表1-2F-、SO42-能顯著降低玻璃液的表面張力,2.玻璃的密度 玻璃組成的影響網(wǎng)絡(luò)形成體氧化物確定玻璃網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)單元的體積大小。網(wǎng)絡(luò)中間體氧化物處于網(wǎng)絡(luò)空隙中時(shí)，一般使玻璃密度上升；成為網(wǎng)絡(luò)一部分時(shí)，使玻璃密度下降。較小半徑的網(wǎng)絡(luò)外體陽離子填充在網(wǎng)絡(luò)空隙中時(shí)，增加玻璃密度

9、；較大半徑的陽離子由其對玻璃分子質(zhì)量和體積的影響來決定。玻璃密度隨溫度升高而下降。熱歷史的影響P18冷卻速率越大，玻璃密度越小。,玻璃的熱歷史熱歷史對玻璃密度的影響：淬冷玻璃密度比退火玻璃的小。在一定退火溫度下保溫一定時(shí)間后，玻璃密度趨向平衡。冷卻速度越快，偏離平衡密度越高，Tg值越高。,3.3.3玻璃的力學(xué)性質(zhì),玻璃的理論強(qiáng)度和實(shí)際強(qiáng)度提高玻璃機(jī)械強(qiáng)度的方法：退火、鋼化、表面處理與涂層、微晶化、與其它材料復(fù)合等。影響玻璃機(jī)械強(qiáng)度的主要因素：化學(xué)組成提高抗張強(qiáng)度的順序CaOB2O3BaOAl2O3PbO Na2O (MgO, k2O)提高抗壓強(qiáng)度的順序SiO2 (Al2O3,MgO) As2O

10、5B2O3 PbOCaO,玻璃中的缺陷缺陷與玻璃的熔化過程密切相關(guān)溫度常溫下玻璃的強(qiáng)度呈下降趨勢；當(dāng)溫度高于200C時(shí)，玻璃強(qiáng)度增加；升至玻璃轉(zhuǎn)變溫度下，玻璃的強(qiáng)度進(jìn)一步增加。玻璃中的應(yīng)力,2.玻璃的硬度和脆性玻璃的硬度取決于化學(xué)成分（化學(xué)鍵強(qiáng)和離子的配位數(shù)）網(wǎng)絡(luò)生成體離子使玻璃硬度提高；網(wǎng)絡(luò)外體離子使玻璃硬度降低。氧化物提高玻璃硬度的能力 SiO2 B2O3 (BaO,ZnO,MgO) Al2O3 Fe2O3K2ONa2O PbO急冷玻璃較慢冷玻璃硬度小。,玻璃的脆性常用抗沖擊強(qiáng)度來表示。脆性與玻璃成分、玻璃的均勻性、熱歷史、試樣厚度與形狀等有關(guān)。,3.3.4玻璃的熱學(xué)性能,玻璃的熱膨脹系數(shù)

11、（線膨脹系數(shù)）玻璃的熱膨脹系數(shù)計(jì)算式中 n玻璃中各氧化物的熱膨脹計(jì)算系數(shù)；Pn玻璃中各氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）。熱膨脹系數(shù)的影響因素：玻璃中非橋氧越少，玻璃的熱膨脹系數(shù)越??；急冷玻璃較慢冷玻璃的熱膨脹系數(shù)大。玻璃的熱穩(wěn)定性熱膨脹系數(shù)和厚度越大，玻璃的熱穩(wěn)定性越差。,3.3.5玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性,1.玻璃表面的侵蝕機(jī)理（1）水第一步離子交換過程第二步水解過程第三步中和過程,Si(OH)4,Si(OH)4 +NaOH,Na2SiO3+H2O,(2)酸濃酸對玻璃的侵蝕較稀酸弱；高堿玻璃的耐酸性小于耐水性；高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。（3）堿（破壞硅氧骨架）（4）大氣（水汽、CO2、SO2等）,2.影響玻璃

12、化學(xué)穩(wěn)定性的主要因素P23,（1）化學(xué)組成的影響能夠增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、生成物難溶或表面可形成保護(hù)膜的組分可以提高化學(xué)穩(wěn)定性。（2）熱處理急冷玻璃較慢冷玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性差；分相的玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性取決于相結(jié)構(gòu)與新相的化學(xué)組成；玻璃在酸性爐氣中退火可以提高化學(xué)穩(wěn)定性。（3）溫度和壓力,3.3.6玻璃的光學(xué)性質(zhì),玻璃的主要光學(xué)指數(shù)是折射率、色散。玻璃的主要光學(xué)性質(zhì)包括玻璃對光的反射、吸收、透過。1.玻璃的折射率折射率：光通過二物質(zhì)界面時(shí)，入射角與折射角的正弦之比，或者用光在二種介質(zhì)的傳播速度之比來表示。一般以n表示。,影響玻璃折射率的因素主要有：（1）玻璃的組成玻璃內(nèi)部離子的越易極化，玻璃密度越大，n越大

13、。（2）溫度對于一般玻璃，溫度低于玻璃的轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，n一般隨溫度的升高略增，溫度進(jìn)一步升高，n升高。（3）熱歷史P24（4）波長,2.色散,定義：玻璃的折射率隨入射光波長不同而不同的現(xiàn)象。玻璃色散的表示：平均色散部分色散阿貝數(shù)相對部分色散,3.玻璃的反射、吸收與透過,玻璃的反射：與玻璃表面的光滑程度、光的入射角、頻率及玻璃的折射率有關(guān)當(dāng)入射角為90時(shí)，R反射率玻璃對光的吸收與透過遵循蘭比爾定律式中T透光率I進(jìn)入玻璃中的入射光強(qiáng)度（扣除反射部分）I0透過玻璃的光強(qiáng)度l玻璃的厚度著色劑的吸收系數(shù),對于有色玻璃， 與著色劑和種類和濃度有關(guān)其中、c分別為著色劑的吸收系數(shù)與濃度常用光密度D來表示玻璃對光的吸收與反射損失。,4.玻璃的著色：只要原子中電子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)間的能量差（E2-E1）處于可見光的能量范圍時(shí)，相應(yīng)波長的光就被吸收，從而呈現(xiàn)顏色。玻璃的著色分為：離子著色、硫硒化物著色和金屬膠體著色。P25-26,3.3.6玻璃的電學(xué)性質(zhì),離子導(dǎo)電電子導(dǎo)電,