第三章熔体与非晶态固体第二讲概述.pptVIP

硼 酸 盐 玻 璃 B2O3是硼酸盐玻璃中的网络形成体，B2O3也能单独形成氧化硼玻璃。 氧化硼玻璃的结构： (1) 已经证实， B2O3玻璃中B2O3存在以三角体([BO3]是非常扁的三角锥体，几乎是三角形)相互连结的硼氧组基团。 (2) 按无规则网络学说，纯B2O3玻璃的结构可以看成由[BO3]无序地相连而组成的向两度空间发展的网络(其中有很多三元环)。 B－O键能498kj/mol,比Si－O键能444kj/mol大，但因为B2O3玻璃的层状或链状结构的特性，任何 [BO3]附近空间并不完全被三角体所充填，而不同于[SiO4]。 B2O3玻璃的层之间是分子力，是一种弱键，所以B2O3玻璃软化温度低(450℃)，表面张力小，化学稳定性差(易在空气中潮解)，热膨胀系数高。 一般说纯B2O3玻璃实用价值小。但B2O3是唯一能用来制造有效吸收慢中子的氧化物玻璃，而且是其它材料不可取代的。 B2O3与R2O、RO等配合才能制成稳定的有实用价值的硼酸盐玻璃。当B2O3中加入R2O、RO时会出现“硼反常”。 [BO3]变成[BO4]多面体之间的连结点由 3变4，导致玻璃结构部分转变为三维的架状结构，从而加强了网络，并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反，所以称为“硼反常”。 下图表示二元钠硼酸盐玻璃中Ob数、热膨胀系数α 、和Tg温度与Na2O含量mol%的变化。 Na2O% α Ob Tg 桥氧(Ob) 非桥氧(Onb) 硼反常使性质－-组成变化曲线上出现极大值或极小值，其实质是硼氧配位体中四面体与三角体相对含量变化所产生的，CN＝4的B原子数目不能超过由玻璃组成所决定的某一限度。 结论 硼硅酸盐玻璃的实际用途—— (1) 在氧化硼玻璃中引入轻元素氧化物(BeO、Li2O)可使快中子减慢，若引入CdO和其它稀土元素氧化物能使中子吸收能力剧增。在核工业中有重要用途。 (2) 硼酐对于碱金属(Na、Cs)蒸汽稳定，所以含Na和Cs的放电灯外壳用含20～55wt％B2O3的玻璃制造。放电灯内表面还可覆盖一层含87wt％的B2O3玻璃。 (3) 特种硼酸盐玻璃的另一特性是x射线透过率高，以B2O3为基础配方再加轻元素氧化物(BeO、Li2O、MgO、Al2O3)所制得的玻璃，是制造x射线管小窗的最适宜材料。 (4) 硼酸盐玻璃电绝缘性能好，而且易熔，常作为玻璃焊剂或粘结剂。 (5)含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重要应用。 (6) 硼酸盐玻璃分相，可使玻璃发生乳浊。 三 凝固的渐变性和可逆性 由熔融态向玻璃态转变的过程是可逆的与渐变的，这与熔体的结晶过程有明显区别。 非传统玻璃（非熔融法制备得的新型玻璃，如气相沉积法制备的Si、Ge等到无定型薄膜），不具有可逆性，且TMTg(即加热到Tg前就会产生析晶的相变)。虽然它们在结构上也属于玻璃态，但在宏观特性上与传统玻璃有一定的差别。故而习惯上称这类物质为无定型物。 Tg ：玻璃转变温度，又称脆性温度。它是玻璃出现脆性的最高温度，由于在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力，所以也称退火温度上限。 Tf ：软化温度。它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。相当于粘度109dPa·S，也是玻璃可拉成丝的最低温度。 Tg-Tf温度范围对于控制玻璃的性质有着重要的意义。 第一类性质：玻璃的电导、比容等 第二类性质：玻璃的热容、膨胀系数、密度、折射率等 第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等 四、 由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性 五、物理、化学性质随成分变化的连续性 性质 温度 Tg Tf b b` b`` c` c c`` 凡具有以上五个特性的物质都称为玻璃。 3.5 玻璃的结构 玻璃的结构：是指玻璃中质点在空间的几何配置、 有序程度以及彼此间的结合状态。 玻璃结构特点：近程有序，远程无序。 不同科学家对玻璃的认识 玻璃结构研究的历史 加入 R2O 或RO x－射线衍射分析 结构单元是[SiO4],且四面体共角相连 石英玻璃 红外线光谱 非桥氧键产生 玻璃结构研究的历史 不同科学家对玻璃的认识： 门捷列夫：玻璃是一个无定形物质，没有固定化学 组成，与合金类似。 Sockman ：玻璃的结构单元是具有一定的化学组成的分子聚合体。 Tamman ：玻璃是一种过冷液体。 两个很重要的学说： 无规则网络学说 晶子学说 3.5.1晶子学说（在前苏联较流行) 1、实验 (1