玻璃的结构与熔制

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1、玻璃的结构与熔制玻璃属固态无定形物体，一般性脆而透明，化学成份比较复杂。除硅酸盐玻璃外，有以硼酸盐、氟化物为主的玻璃，也有含有钛，锆、锗、钒等氧化物的特种玻璃。至于有机玻璃，它是属于高分子塑料材料。一、玻璃的结构与性质（#）玻璃结构玻璃的结构理论比较流行的是无规则网络学说和晶体学说。无规则网络学说认为阳离子在玻璃结构网络中所处的位置不是任意的，而是有固定的配位关系，多面体的排列也有一定规律，并且在玻璃中存在着多种网络（骨架），所以玻璃具有近程有序和微观不均匀性。晶体学说估算了“晶子”在玻璃中的大小、数量以及“晶

2、子”的无序部分在玻璃中的作用。因此玻璃可以说是具有近程有序（晶子）区域的无定形物质。（#）非晶态网络状结构玻璃玻璃{微晶玻璃（!）结晶型玻璃：{非晶态和结晶物混合态玻璃我们把玻璃与石英做比较。从近程看，石英与玻璃的结构单元都是234(四面体，即一个!"原子被四个#原子所包围，这种四面体互相联结构成三维空间网络，以远程看，石英晶体是远程有序的，而玻璃是远程无序的。因此玻璃是非晶体而石英是晶体。到目前为止，虽然公认的玻璃定义还未形成，学说很多，但根据已有的夫于玻璃结构定义的各种学说，把玻璃理解为“熔体因冷却，粘度逐

3、渐增大而形成的非晶态固体物质”还是比较适宜的。在玻璃中虽存在着硅氧四面体的基本结构，但它并不象完整晶体那样，晶格上的粒子有规律的排列，而是漫无规律的排列。因此玻璃没有确定的熔点，它在一定温度范围内逐渐变软。在软化状态，它可被吹制加工成各种不同的外形。（$）玻璃的性质!密度密度最小的是玻璃石英玻璃，为$%$&’()*+，含大量氧化铅的生燧石玻璃密度最高可达,%-’()*+，某些特种玻璃的密度甚至可达.’()*+药用玻璃、瓶罐玻璃等普边实用玻璃的密度在$%-’()*+左右。一般说来，在玻璃中引入离子半径小的成分，如

4、/"0、1’$0等成分时，会使密度增加。相反，引入离子半径较大的20、34$0，会使密度下降。随温度升高，玻璃密度呈下降趋势，由室温升至5+667时，大约下降,895$8，玻璃密度受压力的影响较小，除非外界压强非常大。"比容比容是单位重量的容积，即密度的倒数。玻璃的比容随温度的变化与晶态物质不同；对于晶态物质，在其熔点（!":）时，比容有一个突变（不连续变化）；对于玻璃和玻璃态物质，由于其没有明确的熔点，比容在所谓玻璃转变温度（;"）时有一个折点；在此温度以下呈玻璃态，在此温度以上至熔融之前是过冷液体。玻璃转变

5、温度是表征玻璃物质的主要物理量，是与晶态物质的重要区别之一。图画出了晶态物质与玻璃态物质比容随温度变化的清况。图+<5晶态与非晶态物质比容—温度变化曲线#硬度硬度是固体材料抵抗另一种固体深入其内部而不产生残余形变的能力。玻璃的硬度主要决定原子半径、电荷大小及堆积密度。随着离子半径变化，硬度变化的一般规律是按下列顺序递增。!!""#"$%!&##!"’(#!")##!"*+!"&,#!-#!"./#!0,$!")##!加入"#!、!!、-1#!等离子都会降低玻璃硬度。玻璃的硬度在摩氏硬度表上为%&’级。铅玻璃最软

6、，硬度为%级，普通玻璃为(级。!机械性质机械性质是决定玻璃坚固耐用性的重要因素。玻璃具有较大脆性，在外力作用下易于断裂，玻璃制品易于破损是因为在玻璃表面存在前无数的微裂纹、内部不均匀以及结构缺陷所致。玻璃的脆性大小可由冲击强度表示。玻璃经过钢化处理可提高冲击强度(&)倍。玻璃的抗压强度比其抗张强度要高得多，约为抗张强度的十余倍。玻璃成分中含有氧化硅和氧化钙能提高抗张强度，而含有氧化钠和氧化剂则会降低玻璃的抗张强度。"热稳定性玻璃经受急剧的温度变化而不致破裂的性能称为玻璃的热稳定性，或称耐温急变性。玻璃的热稳定性

7、通常以所承受的最大温度差（!*）表示。玻璃的导热性很差，在温度急变时，山于内外层温度差的存在，因而引起涨缩不一致的现象，使玻璃内部产生不同程度的应变，应变愈大其伴生的应力也愈大。玻璃经受急热比经受急冷的能力强得多，原因在于急热时玻璃的表而产生压应力，急冷时表面产生张应力；而玻璃的抗压强度要比抗张强度大十余倍，故玻璃的耐忽热比耐急冷能力要强。因此玻璃的热稳定性通常是以其耐急冷的温度差表示。玻璃的热膨胀系数由下式表示；,!-!+·-!*式中；!为热膨胀系数，-为试样固有长度，!*为加热前后的温度差，!-为试样加热后

8、的伸长量。玻璃的热膨胀系数主要取决于玻璃组成。石英玻璃的!最小，增加)#2、、"##2、!#2含量，会使!增加；增加’%2#、34#2$、$、./2、.(2等含量会使!降低。同一成分的玻璃制品愈薄热稳定性愈大。局部骤然受热或受冷时，则易于破裂。另外，当玻璃内部存在有不均匀应力，或表面存在有细小的裂纹以及其他缺陷时，都会降低其热稳定性。#化学稳定性玻璃抗水、酸、碱、大气中的水