玻璃工艺1~2玻璃结构和生成规律

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1、玻璃工艺第一篇　玻璃基础理论第一章玻璃结构(structureofglass)第一节　玻璃及玻璃态(glass&glassstate)1.狭义的玻璃2.广义的玻璃（玻璃态）由熔融物冷却而不析晶得到的无机物三条件：非晶体熔融物冷却无机物表现出玻璃转变现象的非晶态物质转变现象：Tg=1/2~2/3Tm性质突变（比热、等）可以是无机物，也可是有机物；可是固态，也可是液态第二节　玻璃的分类(classification)有机玻璃金属玻璃无机玻璃以SiO2为主　　　　　　　　　　　　　　　　　　氧化物玻璃　　以B2O3为主以P2O5为主卤化物玻璃Be

2、F2,ZrF4,ZnCl2具有超低折射和色散的特性硫系玻璃S,Se,Te及其化合物半导体材料易熔封接材料光学材料易熔封接材料日用玻璃（器皿、平板、瓶罐等）特种玻璃（光纤、生物玻璃等）第三节　玻璃态物质的特性(property)1.各向同性(isotropy)均质玻璃体各个方向的性质，如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数等都是相同的，玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质结构的外在表现。如果玻璃中存在应力或者非均质玻璃，则可显示出各向异性。2.介稳性(metastability)指玻璃具有析晶不稳定性与析晶困难相对稳定性的统一。Tg—

3、玻璃转变温度Tg，熔体只有熔体玻璃体可逆的转变温度范围3.熔融态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(unfixedmeltingpoint)结构急速变化，性质随之突变。对控制玻璃性质有重要意义4.由熔融态向玻璃态转变过程中，物理、化学性质连续变化。三维空间作无序排列，R+R2+填充在网络空隙第四节　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（Sockman）高分子聚集体[SixO3x+1]-2(

4、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玻璃态物质结构特点：短程有序（微观）长程无序（宏观）气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图晶体：有序结构，当晶面满足布拉维衍射条件时，便会在特征角度出现尖锐的衍射峰气体：完全无序的结构

5、，因而出现散射现象玻璃和熔体结构：存在相似性介于有序和无序之间的一种状态，衍射图谱呈弥散状衍射峰。近程有序、远程无序在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这种局部有规则排列区域是高度分散的。二、玻璃结构新学说体系模型（保加利亚I•BGoguv）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）一、硅酸盐熔体的结构熔体定义固体经高温熔融，产生数量不同、聚合度不同的各种聚合物所组成

6、的混合物，聚合物的聚合度及数量按一定的分布函数方式存在第五节　玻璃熔体的结构(structureofglassmelt)1.熔体中有许多聚合程度不同的负离子团平衡共存2.负离子团的种类、大小随熔体组成及温度变化而变化。3.离子半径大而电荷小的氧化物可使硅氧集团断裂出现，负离子团变小；4.负离子团形状不规则，短程有序5.硅酸盐熔体中的分相现象是普遍的需要指出：一定数量、各级聚合物共存，体系仍然是均匀的、单相的。多种聚合物同时并存而不是单独存在，这就是熔体结构远程无序的实质当组成不变时T，低聚物浓度，高聚物浓度T，低聚物浓度，高聚物浓度

7、四面体网络被碱分化当组成改变时加入RO或R2O在硅酸盐熔体中，由于加入R2O或RO，使桥氧键发生断裂，大聚合物分解为小聚合物分化产生的低聚物不是一成不变，在一定条件下相互作用，形成聚合程度较高的聚合物（即阴离子团变大），并放出R2O或RO的过程，它是分化的反过程。——缩聚聚合反应M2[SiO4]+Mn+1[SinO3n+1]=Mn+2[Sin+1O3n+4]+MO二、玻璃结构与熔体结构的关系1继承性2结构对应性第六节　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

8、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键是极性