最新01玻璃的结构讲解教学讲义PPT.ppt

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1、01玻璃的结构讲解本章主要内容玻璃的通性玻璃的结构学说几种玻璃的结构与性能逆性玻璃玻璃的热历史及其对玻璃性能的影响玻璃的成分与结构、性能的关系一.玻璃的通性各向同性：玻璃的物理化学性质在任何方向都相同。无固定熔点：玻璃从固体变为液体是在一定的温度范围内进行的。亚稳性：玻璃的内能比晶体高，它不是处在最低能量状态。但一般情况下，玻璃不会自发转变成晶体。性质变化连续可逆：玻璃转变过程中，其物理化学性质的变化是逐渐而连续的，而且是可逆的。成分可变：玻璃的成分可以在一定范围内调整、改变，从而使玻璃的性质发生改变。微晶

2、子学说微晶子学说的内容：玻璃是由无数非常细小的“微晶子”组成，这些微晶子具有晶格变形的有序排列区域。它们分布在无定形的的介质中。微晶子学说的依据：1.玻璃的折射率在520-590℃之间发生急剧变化。2.X射线衍射分析结果玻璃的折射率在520-590℃之间发生急剧变化虽然石英玻璃的X射线衍射图与方石英不同，但二者主要衍射峰的位置却基本相同。无规则网络学说无规则网络学说的内容：玻璃是由许多四面体（如[SiO4][PO4]）或三角体（如[BO3]）通过共用氧原子（桥氧）联接而成的无规则网络为骨架，碱金属或碱土金

3、属离子均匀而无序地分布于某些四面体或三角体的空隙中所形成的。无规则网络学说的依据：玻璃的某些性能（如硬度）与相应晶体相似；X射线衍射分析结果。石英玻璃与石英晶体的结构模型硅氧四面体[SiO4]通过共用氧原子（桥氧）联接而成无规则的网络，钠离子均匀而无序地分布于硅氧四面体网络的空隙中。钠硅酸盐玻璃的结构模型无规则网络学说强调了玻璃中多面体在三维空间排列的连续性、均匀性和无序性，可以解释玻璃的各向同性以及玻璃的性质随成分连续变化等问题，因而得到了较为广泛的应用。三.几种玻璃的结构与性能石英玻璃的结构与性能碱硅

4、玻璃的结构与性能钠钙硅玻璃的结构与性能B2O3玻璃的结构与性能碱硼玻璃的结构与性能钠硼硅玻璃的结构与性能磷酸盐玻璃的结构与性能逆性玻璃的结构与性能1.石英玻璃的结构与性能基本组成：SiO2结构特点：基本结构单元为[SiO4]，O/Si=2，无非桥氧；[SiO4]四面体以角顶相连，形成向三维空间发展的无规则的连续架状网络结构。性能：机械强度高、热膨胀系数小、耐热性能好、介电性能好、化学稳定性好、融体粘度高。2.碱硅玻璃的结构与性能基本组成：R2O-SiO2结构特点：基本结构单元为[SiO4],O/Si＞2，有

5、非桥氧；硅氧网络不连续，碱金属离子处于非桥氧附近的网穴中。性能：与石英玻璃相比机械强度下降、热膨胀系数增大、耐热性能、介电性能和化学稳定性变差、融体粘度降低。其性能的劣化程度与碱性氧化物的含量密切相关。碱性氧化物加入到石英玻璃中，使完整的硅氧网络断裂，形成不连续的网络结构。3.钠钙硅玻璃的结构与性能基本组成：Na2O-CaO-SiO2结构特点：基本结构单元为[SiO4],O/Si＞2，有非桥氧；网络结构也是不连续的。但CaO的加入，使玻璃的结构得到加强。性能：与钠硅玻璃相比，机械强度较高、热膨胀系数较小、

6、耐热性能、介电性能和化学稳定性较好、融体粘度较高。氧化钙对钠硅玻璃的影响由于钙离子的场强比钠离子大得多，对氧离子的静电引力较大，在钠硅玻璃中加入氧化钙能使玻璃的结构得到加强，钠离子的活动受到限制，玻璃的物理化学性能得到改善。目前大多数实用玻璃都属于这个系统。4.B2O3玻璃的结构与性能基本组成：B2O3结构特点：基本结构单元为[BO3],O/B=1.5，无非桥氧；低温时，属于层状结构；温度较高时，转变为链状结构；温度更高时，转变为短链状结构。性能：软化点低（约450℃），机械强度低、热膨胀系数大。无实

7、用价值。B2O3玻璃的结构示意图5.碱硼玻璃的结构与性能基本组成：R2O-B2O3结构特点：O/B＞1.5；[BO3]部分转变为[BO4]；层状结构部分转变为三维的架状网络结构。性能：与B2O3玻璃相比，玻璃的各种物理化学性能得到改善。四配位的硼随碱金属的增加先增后减。当碱金属的摩尔百分数增加到30-40%以后，四配位的硼随碱金属的增加而减少。随着Na2O的增加,钠硼玻璃中的桥氧离子逐渐增加，热膨胀系数下降。但当Na2O的摩尔数超过16%之后，进一步增加Na2O，玻璃中的桥氧离子将会减少，热膨胀系数增大。

8、6.钠硼硅玻璃的结构与性能基本组成：Na2O-B2O3-SiO2结构特点：O/(B+Si)＞1.5；[BO3]部分转变为[BO4]；层状结构转变为三维的架状网络结构。性能：热膨胀系数小，热稳定性、化学稳定性和电学性能良好；容易分相。两种不同的“硼反常”碱金属氧化物加入到B2O3玻璃中，使玻璃的结构得到加强，物理化学性能得到改善。这与碱金属氧化物加入到石英玻璃中的情形恰好相反。这是一种硼反常。在钠硅玻璃中加入B2