玻璃工艺学第1章.ppt

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1、第一章玻璃结构与组成（一）玻璃态物质的特性(property)1.各向同性(isotropy)质点无序排列而呈统计均匀结构的外在表现2.亚稳性(metastability)所有玻璃都有析晶倾向3.无固定熔点(unfixedmeltingpoint)4.可逆性(reversibility)温变过程中性质产生逐渐连续的变化且可逆5.可变性(changebility)性质随成分（一定范围）发生连续和逐渐的变化（二）玻璃的结构学说(Structuretheoriesofglass)一、传统学说1.过冷液体学说（Tamman）不同分子混合物2.聚合物学说（Sock

2、man）高分子聚集体[SixO3x+1]-2(X+1)3.无规则网络学说*(W.H.Zachariasen1932年）基本观点：[SiO4]是基本结构单元三维空间作无序排列，R+、R2+填充在网络空隙实验证实：WarrenX-ray结构分析数据学说重点：多面体排列的连续性、均匀性和无序性玻璃态物质结构特点：短程有序（微观）长程无序（宏观）4.晶子学说（列别捷夫）基本观点：玻璃有无数晶子组成晶子有晶格畸变，晶子到无定形介质是渐变实验证实：X-ray结构分析数据学说重点：玻璃的有序性、不均匀性和不连续性二、玻璃结构新学说体系模型（保加利亚I.BGog

3、uv）理论要点：五种有序区域，不同系统中，各种有序区有不同比例。电子有序（化学键是结构单元）短程有序（多面体是结构单元）分子有序（有一定化学组成，可用分子式表示）簇有序（多氧四面体聚合体是结构单元）相有序（多相存在）（三）玻璃的结构分析（structureanalysis）一、性质与其反映的结构情况二、结构分析方法与反映的结构信息结构分析方法：衍射法、电镜法、光谱法一、硅酸盐熔体的结构1.熔体中有许多聚合程度不同的负离子团平衡共存（四）玻璃熔体的结构(structureofglassmelt)聚合反应M2[SiO4]+Mn+1[SinO3n+1

4、]=Mn+2[Sin+1O3n+4]+MO2.负离子团形状不规则，短程有序3.负离子团的种类、大小随熔体组成及温度变化而变化4.离子半径大而电荷小的的氧化物可使硅氧集团断裂出现，负离子团变小5.硅酸盐熔体中的分相现象是普遍的二、玻璃结构与熔体结构的关系1继承性2结构对应性（五）单元系统氧化物玻璃结构一、石英玻璃1.硅氧键与硅氧四面体(1)Si原子基态3S23P2O原子基态2S22P4Si原子SP3杂化后与O原子SP杂化后键合Si-O-Si键含键和p-d键（2）硅氧四面体特性Si原子四个杂化轨道与四面体构型一致•四个Si-O键中键成分相同•Si-O键

5、是极性共价键（52%）OSi•Si-O-Si键角120°~180°Si-Si距离可变（结构无序原因）•无极性•键强较大(106千卡/摩尔)•四面体间以顶角相连（1）[SiO4]是基本结构单元架状结构（2）键能大、分布均3.石英玻璃特性·高软化点·高粘度·膨胀系数小·机械强度高·化稳性好·透紫外、红外线好·结构开放高压透气d=2.1~2.2g/cm32.石英玻璃的结构模型二、B2O3玻璃1、B-O键与[BO3]（1）硼原子基态2S22P1SP2杂化轨道呈平面正三角指向B与O形成P-P键（2）[BO3]特性·B-O-B键角可变·键强119千卡/摩尔·[B

6、O3]可连成三元环2.B2O3玻璃结构模型（1）[BO3]或硼氧环构成层状结构，层间以范德华力或键相连（2）键角可有较大改变（3）结构随温度升高向链状变化B2O3SiO2·键能119千卡/摩尔106千卡/摩尔·结构二维层状三维架状·单元[BO3][SiO4]·对称性不对称对称·屏蔽三个氧四个氧（2）性质软化点低450C、化稳性差、膨胀系数大无实用价值3.B2O3玻璃性质（1）对比三、P2O5玻璃1.结构特征（1）结构单元[PO4]P-O-P键角140°（2）[PO4]中有一个带双键的氧，是结构的不对称中心2.P2O5玻璃性质粘度小、吸湿性强、化稳性差

7、无实用价值（3）层状结构，层间为范德华力P一、碱硅酸盐系统1.结构（1）多种阴离子团共存（2）R+处于网络空隙，平衡电荷二、钠钙硅系统性质比碱硅系统明显变好。2.性质较石英玻璃变差（结构完整性、对称性被破坏）无实用价值（六）硅酸盐玻璃结构•积聚作用：高场强的网络外体使周围网络中的氧按其本身的配位数来排列。离子势Z/rCa2+:2/0.99Na+:1/0.95Ca2+的积聚作用使网络加强•Ca2+的压制作用：牵制Na+的迁移，使化稳电导率•Ca2+为网络外体•钠钙硅系统是日用玻璃的基础[PbO4]与[SiO4]共顶或共边相连成链状三、铅硅酸盐玻璃1.P

8、b2+的特性电子构型：5S25P65d106S218+2电子构型电子云易变形2.