玻璃的结构与组成

1、2玻璃的结构和赵寅成，2.1玻璃的定义和共性2.2玻璃结构2.3单位制玻璃2.4硅酸盐玻璃结构2.5玻璃结构中阳离子的分类2.6各种氧化物在玻璃中发挥作用2.7玻璃的热历史2.8玻璃赵寅成，结构，性能之间的关系，2.1玻璃的定义和共性，2.1.1玻璃的共性(理解)2.1.2玻璃的共性(熟化)，稳定性：熔体急剧冷却，玻璃获得。由于t粘度，粒子来不及进行规则排列以形成晶体，也没有发射晶体潜热。无固定熔点：玻璃态物质从固体转化为液体是在一定温度区域(软化温度范围)内完成的，不会产生新的晶体。特性变化的可逆性：在熔化状态下冷却(或相反加热)的过程中，可以进行多次，物理化学性质产生渐进连续的变化，可逆的

2、，没有新的相生成。特性变化的连续性：玻璃的特性(在一定范围内)根据零部件连续、渐进地变化。2.2玻璃结构，玻璃结构的概念(掌握)决定子理论(了解)不规则网络理论(了解)，2.2.1玻璃结构(掌握)，空间中离子或原子的几何构成，以及玻璃中形成的结构形成体。2.2.2晶体子理论(理解)，玻璃由无数“晶体”组成。晶体是有晶格变形的有序区域，分布在未确定的介质上，从晶体到非晶部分逐步过渡，两者之间没有明确的界限。玻璃结构的短程顺序，不均匀性和不连续性。主要是离子孔刘化合物玻璃的结构，即负离子形成多面体(三角形和四面体)，多面体之间以顶角连接，形成三维空间连续网络，但其排列混乱。氧化物AmOn是一个氧离

3、子与最多两个阳离子a相结合，围绕一个阳离子a的氧离子数在34个网络中，这些氧多面体以顶角相连接，每个多面体至少有三个氧离子可以形成相邻多面体和三维空间开发的不规则连续网，构成的多面体是网络的结构单元。未满足上述条件的氧化物(R2O和RO)只能作为网络外部实体存在于网络外部，并填充到网络的间隙中。石英玻璃的基本结构单元是在空间中形成三维空间网络的硅氧四面体，其排列无序，缺乏对称和周期性的重复。硼酸盐、磷酸盐玻璃：结构单元为硼氧三角BO3、磷氧四面体PO4、无序二维空间网络。不规则网络理论：强调玻璃中多面体互排的连续性、均匀性和无程序性。郑秀晶子理论：强调玻璃的秩序、不均匀性和不连续性。玻璃物质的

4、结构特征是短程秩序和远距离无序。宏观上，玻璃主要表现为无序，均匀和连续性。反映有序、微观不均匀性和不连续性的显微镜。结论，2.3单位系统玻璃，1.3.1石英玻璃结构1.3.2氧化硼玻璃结构1.3.3氧化磷玻璃结构，掌握结构特性，玻璃结构：玻璃内部微细粒子聚合和连接方法。石英玻璃结构仅由2.3.1 SiO2组成，基本结构单元二氧化硅SiO4硅位于四面体的中心，氧原子位于四面体的顶角。O-Si-O耦合角度120-180，Si-O耦合至极性孔刘耦合、强耦合、离子和孔刘耦合各占50%。二氧化硅四正负电荷质心无极性地重合。硅和氧四面体以顶角连接，形成三维空间的框架结构。框架结构特性：稳定耐用的石英玻璃性

5、能：高粘度和机械强度，小热膨胀系数，耐热性，介电特性和化学稳定性。普通硅酸盐玻璃的SiO2含量越高，上面的石英玻璃表现出更好的性能；石英玻璃内部开放，在高温高压下透气性明显，可以用作功能性材料。，由氧化硼三角形BO3组成的2.3.2氧化硼玻璃结构，BO3是平面三角形结构单位；B-O键是极性孔刘键，其孔刘键占56%，键强的119cal/mol，BO3正负电荷质心无极性匹配；在低温下，这种玻璃结构由连接桥氧的硼氧三角形和硼氧三元环形成空间发展的分层网络，高温度形成链结构。层状链，层状结构特性：分子间重力(范德华力)，单组分硼氧玻璃性能：软化点低(约450)，化学稳定性低，热膨胀系数大，没有实用价值

6、。2 . 3 . 3 5氧化磷玻璃结构，基本结构单元为磷/氧四面体PO4，具有高键能的双键；PO4的P-O-P结合角为140，P2O5结构为层，层间为范德华力，P2O5玻璃特性，即粘度小，化学稳定性差，热膨胀系数大。2.4硅酸盐玻璃结构，2.4.1碱硅酸盐玻璃结构(主)，过程：石英玻璃中添加R2O，降低Si/O比，郑智薰桥氧发生。SiOSi、Si O- R、桥氧、郑智薰桥氧、图2-11氧化钠和硅氧四面体之间的相互作用图，结果：郑智薰桥氧的出现打破了硅氧网络；其过剩电荷被碱金属离子中和。硅氧烷四面体失去了原始的完整性和对称性，削弱和松弛了玻璃结构。碱硅酸盐玻璃性能：玻璃结构松散，物理、化学特性恶

7、化，粘度小，热膨胀系数增加，机械强度、化学稳定性和紫外线渗透性降低。碱含量越大，性能越差。2.4.2钠-钙-硅玻璃结构(主)，原因：2-碱-硅玻璃中引入Cao，2-R2O-SiO2玻璃中引入Cao的两个作用，一个为骨骼连续减少提供游离氧；第二种方法是修复Ca2原来处于破裂的钥匙上和网络破裂的地方。结论：Cao含量少的话，后者起着比前者大的作用，提高了玻璃的物理和化学特性。Si O- Ca2 O- Si，积累作用，说明：大多数实用玻璃是以钠-钙-硅玻璃为基础的玻璃。要提高其性能，可以分为两类：阳离子的分类(掌握度)、阳离子(元素)和氧的组合的单晶体强度大小和玻璃能力，在少数Al2O3和MgO，2

8、.5玻璃结构中，1网络可以生成散装氧化物阳离子，可以单独生成玻璃，形成自己的网络系统，阴阳的离子结合可以形成孔刘，以及，2网络外部氧化物阳离子，不能单独生成玻璃，不参加网络，氧化物是离子结合，单键强度小，配体数大于或等于6，玻璃氧提供“网络阻断效果”，可以制造网的积累者。说明：阳离子的场强越高，主要是断链。阳离子的电场强度大，主要起到积累作用，表2-1中的各种氧化物提供游离氧的技术(K)，3中的氧化物阳离子不能单独生成玻璃，其作用在网络生成体和网络外体之间，氧化物结合主要是离子结合，单结合强度在网络生成体和网络外体之间，配体数一般为6，游离氧为“隔绝网络”，说明：配体数为6时，配体作用配体数控

9、制玻璃氧后，从6到4，补片作用，积累作用提高，2.6种氧化物在玻璃中的作用，2.6.1碱金属氧化物的作用(掌握)，Li2O，Na2O，K2O，na22o，如果k半径大，电场强度小，与氧的结合力弱，则K2O提供游离氧的能力最大，依次为Na2O，Li2O。2 . 6 . 2 2在金属氧化物(了解)中的作用，2.6.3R2O3的作用(了解)，2.7玻璃的热历史，2.7.1热历史概念(掌握)，通过玻璃的温度区和退火温度区在高温液体冷却中的变化经验。，在2.7.2玻璃化温度区，结构、性能变化规律、(1)Tf点以上、玻璃温度高、粘度小、颗粒流小、结构调整几乎与温度变化同步。快速温度变化对玻璃结构和性能影响

10、不大。(2)Tg点以下，玻璃已经具有固体物质的特性，粘度很高，粒子移动速度很低。温度变化对结构曹征及性能的影响已相当小。玻璃的热历史主要表示这种温度范围的热历史。2.7.3热历史对性能的影响，两者同时在520上保温，淬火玻璃密度随时间增加，退火玻璃密度减少，最后平衡密度为2.5215g/cm3，此时结构平衡。(2)粘度、硅酸盐玻璃淬火样品和预退火(437.8)，486.7与绝缘、时间和粘度，最后倾向于共同平衡。(3)热膨胀系数，如果退火玻璃超过Tg温度，热膨胀系数将快速增加，直到Tf温度。急冷玻璃有不同的变化曲线。2.7.4理论分析(理解)，玻璃熔体在高温下包含空洞。从t移动到Tf时，空位浓度随t逐渐增加。从t到Tg以下的空白空间浓度固定。t空位浓度的变化很低。当Tf附近的玻璃突然进入室温时，保持Tf附近的空位浓度到室温。也就是说，此时玻璃上保存着很多过剩的空隙。TfTg内空位浓度引起的玻璃性能变化。2.8玻璃赵寅成，结构，性能的关系，2.8.1玻璃结构形成和性能，外部因素作用，反应(特性)，2.8.2玻璃的两个主要特性及其表现，(1)玻璃组成和特性之间的简单加法和关系，而不是离子移动中克服障碍的能量。特性：TfTg内冷却、电导、电阻、粘度、介质损耗、离子扩散速度、稳定性等特性梯度。表达：通常表现为离子(主要是碱金属离子)的活动或迁