玻璃的定义与通性

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1、玻璃的定义与通性一、玻璃的定义目前，玻璃这一名词包括了玻璃态、玻璃材料和玻璃制品。玻璃态是指物质的一种结构；玻璃材料指用作结构材料、功能材料或新材料的玻璃，如建筑玻璃等；玻璃制品指玻璃器皿、玻璃瓶罐等。玻璃的定义应该包括玻璃态、玻璃材料与玻璃制品的内涵和特征。随着人们认识的深化，玻璃的定义也在不断地修改和补充，有狭义和广义的玻璃定义类型。（一）狭义的定义玻璃：采用无机矿物为原料，经熔融、冷却、固化，具有无规则结构的非晶态固体。（二）广义的定义玻璃是呈现玻璃转变现象的非晶态固体。玻璃转变现象是指当物质由固体加热或由熔体冷却时，在相当于晶态物质熔点绝对温度的2/3～1/2温度附近出

2、现热膨胀、比热等性能的突变，这一温度称为玻璃转变温度。二、玻璃的通性一种具有无规则结构的非晶态固体，其原子不像晶体那样在空间作长程有序的排列，而近似于液体那样具有短程有序。玻璃像固体保持一定的外形，而不像液体态一样能在本身的重力作用下流动。玻璃态物质具有以下五个特性：（一）各向同性近程有序、远程无序，不像晶体那样按定向排列，玻璃态物质的质点排列总的说是无规则的，是统计均匀的，因此，它的物理化学性质在任何方向都是相同的。例如硬度、弹性模量、热膨胀系数、折射率、导电率等。而非等轴结晶态物质在不同方向上的性质是不同的，表现为各向异性。必须指出，当结构中存在内应力时，玻璃均匀性就遭受破

3、坏，玻璃就显示出各向异性，例如产生双折射现象。此外，由于玻璃表面与内部结构上的差异，其表面与内部的性质也不相同。（二）介稳性玻璃态物质一般是由熔融体过冷却而得到。在冷却过程中粘度急剧增大，质点来不及作有规则排列而形成晶体，没有释出结晶潜热(凝固热)，因此，玻璃态物质比相应的结晶态物质含有较大的能量。它不是处于能量最低的稳定状态，而属于亚稳状态。按热力学观点，玻璃态是不稳定的，它有自发释放能量向晶体转化的趋势；但由于玻璃常温粘度很大，动力学上是稳定的，实际上玻璃又不会自发地转化成晶体。仅在具备一定条件时，克服析晶活化能，即物质由玻璃态转化为晶态的势垒，才能使玻璃析晶。（三）熔融态

4、转变为玻璃态是渐变的、可逆的，在一定温度范围内完成，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域(软化温度范围)内进行的，它与结晶态物质不同，没有确定的熔点。在此范围内，玻璃液由粘性体经粘塑性体、粘弹性体逐渐转变成为弹性体。这种性质的渐变过程正是玻璃具有良好加工性能的基础。（四）物理、化学性质随成分变化的连续性玻璃的成分(在一定范围内)可以连续变化，与之相应，玻璃性质随成分发生连续和逐渐的变化。图为R20—SiO2系统玻璃弹性模量的变化。从图中可以看出，玻璃的弹性模量随着Na2O或K2O的增加而下降；随着Li2O的增加而上升，而且这种变化是连续的和渐变的。（五）由熔融

5、态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性与可逆性玻璃态物质从熔融状态冷却(或相反加热)过程中，其物理化学性质产生逐渐和连续的变化；而且是可逆的。下图是物质从熔融状态冷却，在冷却过程中内能与体积的变化情况。从图可以看出：在结晶情况下，从熔融态(液体)到固态过程中，内能与体积(或其它物理化学性质)在它的熔点发生突变(沿ABCD变化)。而冷却形成玻璃时，其内能和体积性能(或其它物理化学性质)却是连续的和逐渐的变化(沿ABKFE变化)。KF区域一般称“转变区”(一般以Tg-Tf温度区表示之)，是玻璃态物质所特有的。从图可以看出，玻璃在温度T0的比容可能是V1、V2或V3，它决定

6、于玻璃的降温速度。还可以看出，玻璃的转变温度也随降温速度的增大而增高。因此Tg温度与试验条件有关。图3－14玻璃性质随温度的变化abcda’b’c’d’d”c”b”a”ⅠⅡⅢTgTf温度性质玻璃性质随温度的变化可分为三类(见图)：①玻璃的电导、比容、热焓等是按I曲线变化；②玻璃的热容、膨胀系数、密度、折射率等是按II曲线变化；③玻璃的导热系数和一些机械性质（如弹性常数等）按III曲线变化。一、氧化物玻璃分单组分、多组分氧化物玻璃。单组分氧化物玻璃有B2O3、SiO2、GeO2、P2O5等。有实用价值是石英玻璃。多组分氧化物构成二元，多元系统玻璃，主要包括：硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐

7、、锗酸盐、碲酸盐、硒酸盐、铝酸盐、镓酸盐、砷酸盐、锑酸盐、铋酸盐、钴酸盐、钒酸盐、钼酸盐与钨酸盐玻璃以及其它含氧玻璃。玻璃的分类玻璃根据其化学成分，可分几大类：二、卤素化合物玻璃有氟化物（BeF2）玻璃和氯化物（ZnCl2）玻璃，具有优异的红外透过性能。三、硫属元素化合物玻璃砷-硫（硒、碲）系统玻璃，其代表为As2S3和As2Se3。硫系玻璃具有半导体性质，又称为“玻璃半导体”。四、混合玻璃由氧化物与卤化物，氧化物与硫系化合物，硫系化合物与卤化物等混合形成。具有特殊的光学和电学性质，如玻璃快