第一章-玻璃1.ppt

1、1.1.1玻璃态的通性,固态物质有两种不同的形式存在，即晶态和非晶态(无定形态)。玻璃态是属于非晶态。,1.1.1玻璃态的通性,玻璃是：由熔融物冷却、固化而得的非晶态固体玻璃的特点：外观类似固体，内能高于相应的晶体微观结构为短程有序，长程无序。,玻璃,地址电极,前板玻璃,后板玻璃,前介质玻璃,后介质玻璃,障壁玻璃,玻璃,1.1.1玻璃态的通性,玻璃态物质特有的特性：1各向同性2介稳性,1.1.1玻璃态的通性,3性质变化的连续性和渐变性,4.没有固定的熔点玻璃在固态和熔融态间的转化是可逆的，没有固定的熔点。,玻璃的转变温度范围:1）TgTf区域称为玻璃转变温度范围。2）在转变温度区域内的任一温度

2、，温度越低，粘度越大，达到平衡结构的速度越慢，需要的时间越长。3）因此，固态玻璃的性质是相对的，并不是一个常数。它与TgTf区域的冷却速度有关。4）在Tg温度以下或Tf温度以上，一般认为，冷却速度对玻璃结构性能影响不大。5）研究这一温度区域内的玻璃转变，对玻璃的退火、分相、析晶、封接、成型等具有重要的实用意义。,1.1.2玻璃结构的学说:塔曼的过冷液体学说杜尔和埃赫林的胶体学说索斯曼等的分子聚集体或络合物学说阿本的离子配位学说无规则网络学说晶子学说,1无规则网络学说A.查哈里阿森认为玻璃的结构与相应的晶体结构相似，形成连续的三维空间的网络结构。B.玻璃与相应晶体的结构单元是相同的。C.玻璃与晶

3、体不同的是，玻璃的网络是不规则的，非周期性的，它的内能大于晶体。,2晶子学说1921年列别捷夫提出了晶子学说，他认为玻璃结构中存在微晶体，它们不同于正常晶格的微小晶体，而是正常晶格极度变形的极微小的有序排列区域，与正常晶格的结构有着或多或少的相似之处，这种微晶体被称为“晶子”，“微晶子”或“雏晶”。晶子与晶子之间由无定形中间层隔离，也就是说晶子分散在无定形介质中，从晶子部分到无定形部分是逐渐过渡的，两者之间并无明显界线。,鳞石英,方石英,鳞石英,图1-16钠硅酸盐玻璃(SiO2含量76.4%)折射率随温度的变化曲线,当前比较统一的看法是:玻璃结构具有近程有序，远程无序的特点,1.1.3几种典型

4、的玻璃结构,1石英玻璃结构一般采用无规则网络学说的模型描述石英玻璃。石英玻璃的结构特征1.SiO4是熔融石英和结晶态石英的基本结构单元2.Si-O键是极性共价键3.Si-O键的键能非常大4.SiO4正负电荷重心重合，不带极性5.SiO4以顶角相连6.性能：石英玻璃粘度大，机械强度高，热膨胀系数小，耐热耐化学稳定性好,石英玻璃的生产方法间隙法连熔法气炼法,2.碱硅酸盐玻璃结构碱硅酸盐玻璃是碱金属氧化物和二氧化硅的二元玻璃碱硅酸盐玻璃的性能随R2O含量的增加，而下降。,SiO4四面体的连接原则在无机非金属材料中，硅酸盐晶体结构有一个共同的特点，即均具有SiO4四面体，并遵循由此导出的硅酸盐结构定律

5、。桥氧，非桥氧PO4四面体，BO4四面体，BO3三角体AlO4四面体，AlO6八面体,3.钠钙硅酸盐玻璃结构在碱硅酸盐玻璃中引入碱土金属氧化物，从而构成了三元系统玻璃。如：Na2O-CaO-SiO2玻璃。Na2O-CaO-SiO2玻璃系统，是目前应用最广泛最实用的玻璃系统。,4B2O3玻璃结构有三种观点：呈无序层状结构以B4O6集合体为基础的结构呈链状结构,5碱硼酸盐玻璃以及硼硅酸盐玻璃结构玻璃态氧化硼中加入R2O与RO后分子体积、膨胀系数下降，可能是氧化硼由链状或层状的硼氧三角体B03向三维空间接连的硼氧四面体BO4变化的结果。,硼氧反常性：在R2O-B203二元玻璃中，碱金属氧化物提供的氧

6、，可使硼从三配位转变成四配位，从而加强了网络，使玻璃的各种物理性质出现极值，这种现象称为“硼氧反常性”。,6.碱硼硅酸盐玻璃结构硼反常现象：在R2O-B203-SiO2系统玻璃中，R2O含量不变，用B203取代SiO2，如果氧化硼的含量超过一定限度时，结构和性质会发生逆转现象，在性质变化曲线上则出现极大值或极小值，这种现象称为硼反常现象。硼反常现象是B03向硼氧四面体BO4变化，引起玻璃性质突变的结果。,6.碱硼硅酸盐玻璃结构著名的Pyrex玻璃就是R2O-B203-SiO2系统。利用R2O-B203-SiO2系统玻璃的分相，可制备多孔玻璃，高硅氧玻璃。,7、磷酸盐玻璃结构:磷酸盐玻璃结构的基本单元是磷氧四面体PO4，但每一磷氧四面体中有一个带双键的氧。用途：制备光学玻璃，透紫外玻璃，吸热、耐氟酸玻璃，目前是低熔点玻璃的重要研究方向之一。,8、非氧化物玻璃:1).卤化物玻璃卤化物玻璃有架状结构，层状结构，链状结构。BeF4是架状结构，其他卤化物常常形成层状或链状结构。氟化物玻璃具有超低折射率