无机材料科学基础-3-熔体与玻璃体

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1、田长安E-mail:tianchangan@tom.comDepartmentofChemistryandMaterialsEngineering,HefeiUniversity,Hefei230022无机材料科学基础FundamentalsofInorgaticMaterialsSept.20091田长安合肥学院推荐参考书目1陆佩文主编，无机材料科学基础，武汉工业大学出版社，19962潘金生、仝健民、田民波编，材料科学基础，清华大学出版社，19983饶东生主编，硅酸盐物理化学，冶金工业出版社，19914施剑林著，现代无机非金属材料工艺学，吉林科学技术出版社，1

2、9935W.D.金格瑞等著，清华大学无机材料教研组译，陶瓷导论，中国建筑工业出版社，19826西北轻工业学院编，玻璃工艺学，轻工业出版社，19827干福熹，现代玻璃科学技术，上海科学技术出版社，1988Sept.20092田长安合肥学院第三章熔体和非晶态固体固体：晶体和非晶体非晶体：玻璃体和高聚体Sept.20093田长安合肥学院3.0发展历史：先读一个故事吧在很久很久以前，有一艘腓尼基商船运载一船天然碱在海上航行。傍晚，海面风大浪急。他们决定靠岸抛锚，在沙滩上过夜。由于在岸上寻找不到可以用来砌炉灶烧饭的石块，只好回到船上搬来几大块碱料，围起炉灶，升起篝火，才烧

3、成一顿晚饭。翌日清晨，他们拔起锅灶，准备扬帆出航，忽然发现在锅灶下面有一块亮晶晶的东西，硬如石头，在朝阳下闪闪发光。这宝贝像一颗明珠，吸引着全体水手……Sept.20094田长安合肥学院这是一个流传了几千年的传说。虽然令人难以置信(温度太低)，但是显然说明前人已经知道：玻璃是砂子熔制而成的，砂子是玻璃的主要原料，而碱则起到了助熔的作用。Sept.20095田长安合肥学院玻璃的制造已经有5000年以上的历史，中国的玻璃制造至少也有3000年的历史考古发现在东周时期我国就已经开始制造玻璃珠、玻璃壁等饰物。Sept.20096田长安合肥学院大凡新发现的材料都首先被用作

4、装饰品，玻璃也不例外公元1世纪，古罗马人发明了用铁管把玻璃熔液吹制成花瓶、酒杯和宝石般的装饰品11世纪到15世纪，玻璃的制造中心在威尼斯。当时威尼斯生产的玻璃制品畅销欧洲乃至全世界，价格昂贵。16世纪以后欧洲各国先后获得了威尼斯玻璃工匠的秘密，威尼斯玻璃也开始衰落，捷克和俄国先后成为了玻璃大国1828年法国人发明了第一台吹制玻璃的机器，玻璃生产开始向社会化大生产过渡。Sept.20097田长安合肥学院1790年瑞士钟表匠首次制造出了大型均匀的光学玻璃圆板，揭开了玻璃的工业化应用的序幕；19世纪末，德国人对光学玻璃进行了系统的研究，为玻璃科学技术的建立作出了杰出的

5、贡献；可以说，陶瓷是中国人的，玻璃则是欧洲人的。Sept.20098田长安合肥学院目前，玻璃已经发展成为了一个庞大的家族。其组成从钠钙硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、钛酸盐等氧化物系统扩展到了卤化物和硫系等非氧化物系统；品种包括如日用玻璃、平板玻璃、电真空玻璃、照明玻璃、光学玻璃、仪器玻璃、玻璃纤维、玻璃棉及其纺织品、微晶玻璃、透紫外线和透红外线玻璃、特种玻璃等。玻璃工业也实现了机械化、自动化。但是玻璃工业的环境保护问题很值得注意。Sept.20099田长安合肥学院3.1熔体的结构熔体的结构特点：1.熔体内部存在着近程有序区域；2.熔体是晶体在高温分化的聚合体构成。气体

6、熔体晶体玻璃强度IsinθλX射线衍射图相似表明了液体中某一质点最邻近的几个质点的排列形式与间距和晶体中的相似。这体现了液体结构中的近程有序和远程无序的特征。Sept.200910田长安合肥学院ΔGaΔGv熔体晶体能量从热力学和动力学角度分析熔体与晶体Sept.200911田长安合肥学院气相冷凝获得的无定形物质表面内部位能从能量曲线分析熔体和玻璃熔体玻璃真实晶体理想晶体Sept.200912田长安合肥学院熔体的聚合物理论：按照聚合物理论，熔体中有多种负离子团同时存在。例如在偏硅酸钠熔体中，有[SiO4]4-、[Si2O7]6-、[Si3O10]8-……等负离子共

7、存，此外还有“三维碎片”，这些硅氧离子团称聚合离子，也就是聚合物。多种聚合物同时并存，而不是一种独存，这就大大地丰富了远程无序的实质内容，也增加了远程无序的可能性，因为在多种结构单元（聚合物）共存的情况下，远程无序是必然的结果。这也就是熔体易形成玻璃的原因。3.2熔体的形成熔体定义：熔体是不同聚合程度的各种聚合物的混合物。聚合物的种类、大小和数量随熔体的组成和温度而变化。Sept.200913田长安合肥学院硅酸盐熔体的特点：由于Si4+电荷高半径小，它有很强的形成硅氧四面体的能力。Si-O间电负性差值为1.7，此时Si-O键约有52％共价键和48％的离子键。Si

8、-O键的键合方式决定它有