玻璃的结构详解.pptVIP

玻璃的结构分析;第3章;玻璃被作为建筑材料用于建筑物已有很长的历史，但多用于门、窗、采光带等。近年来,随着玻璃性能的不断改善，玻璃已被越来越多的作为承重材料用于建筑结构。透明或半透明是玻璃的最主要也是最显著的特征，因此玻璃结构一般明亮华丽。玻璃在力学性能上有点像混凝土，是一种脆性材料，抗压性能好、抗拉性能差,应力应变关系表现为线性，弹性模量在70 ～ 73 GPa之间，约为钢材弹性模量的三分之一。玻璃的强重比要优于普通钢材，同时,玻璃的热膨胀系数为9 ×10-6，与钢材相近，这使得钢材和玻璃能够用于同一结构,发挥各自特长。玻璃的耐腐蚀性能很强，因此玻璃结构的防腐费用较低。因此越来越多的建筑师和结构工程师在工程中利用玻璃来实现建筑物更亮、更轻、更美的高科技效果，增强城市的现代化气息。;广 义：玻璃是呈现玻璃转变现象的非晶态固体。 狭 义：玻璃是一种在凝固时基本不结晶的无机熔融物。;玻璃：一种较为透明的固体物质,在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学氧化物的组成(Na2O·CaO·6SiO2)，主要成份是二氧化硅。玻璃是非晶态固体物质，随着科学技术的进展，目前玻璃的制备方法，除了由一般的氧化物、硅酸盐通过高温熔制、冷却、固化退火的工艺来获得外，还可以通过溶胶一凝胶，真空蒸发或溅射，以及用金属熔体通过极端快速淬冷等方法来制得各种不同的制品。在上世纪中，以 晶子学说和无规则网络学说为代表的玻璃结构理论学派，争论过很长的时期，由于涉及的问题比较复杂，至今还没有作出明确的解答。所以玻璃结构及其本质的研究，仍然是当今科学上值得注意的重大课题之一。;玻璃的形成及其通性;?玻璃态是物质的一种聚集状态，研究和认识玻璃的形成规律，即形成玻璃的物质及方法、玻璃形成的条件和影响因素对于揭示玻璃的结构和合成更多具有特殊性能的新型非晶态固体材料具有重要的理论与实际意义。;?表1 由熔融法形成玻璃的物质;表2??? 由非熔融法形成玻璃的物质;玻璃的形成条件;（三）熔体结构条件（聚合物离子团大小与排列方式 ）;玻璃态的通性 各向同性 介稳性 无固定熔点 物理化学性质的连续性和可逆性 ;（一）各向同性 ????无内应力存在的均质玻璃在各个方向的物理性质，如折射率、导电性、硬度、热膨胀系数、导热系数以及机械性能等都相同，即各向同性（均质玻璃体其各个方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数等性能都是相同的。玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质结构的外在表现。）。这与非等轴晶系的晶体具有各向异性的特性不同，却与液体相似，是其内部质点的随机分布而呈现统计均质结构的宏观表现。 ????但玻璃存在内应力时，结构均匀性就遭受破坏，显示出各向异性，例如：出现明显的光程差。;图1 结晶和形成玻璃时物质内能与比体积随温度的变化示意图 ;（三）无固定熔点;??熔体向玻璃体转变过程是在较宽广温度范围内完成，随着温度下降，熔体的粘度越来越大，最后形成固态的玻璃，其间没有新相出现。相反，由玻璃加热变为熔体的过程也是渐变的，因此具有可逆性。玻璃体没有固定的熔点，只有一个从Tg转变温度到Tf软化温度的范围，该范围内玻璃由弹性变形转为塑性变形。 ????不同成分同一冷却速率下的玻璃的Tg随成分而变，如石英玻璃为1150℃左右，而钠硅酸盐玻璃为500～550℃左右；同一种玻璃，以不同冷却速率冷却得到的Tg也会不同，如图1中Tg1和Tg2，冷却速率越快，Tg越高。但不管转变温度 Tg如何变化，对应的粘度值却是不变的，均为1012Pa· s。 ??????? 一些非熔融法制得的新型玻璃如气相沉积方法制备的Si无定形薄膜或急速淬火形成的无定形金属膜，在再次加热到液态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差别，故而通常称这类物质为无定形物。 ??????? 玻璃转变温度Tg是区分玻璃与其它非晶态固体（如硅胶、树脂等）的重要特征。;如图3，在玻璃热焓—温度曲线上也可看到从熔体变成玻璃体的过程中，热焓的变化也是连续的，还可看到在低温时玻璃体和晶体的热焓差值不大。 ;玻璃结构的假说;两玻璃结构学说的引出及证实 (1) 晶子学说 现象：在硅酸盐玻璃折射率随温度变化曲线上，于520-590℃范围内出现突然的变化。 推想：该玻璃中具有石英微晶体，因为β—石英和α—石英之间的转变温度是573℃， 折射率的变化是因为发生了多晶转变。 结论：玻璃由无数晶子组成，这种晶子不同于一般微小晶体，是晶格极度变形的有序排列区域。晶子之间由无定形中间过渡层隔离，距离晶子越远，不规则程度越大 证实：石英玻璃的X一射线衍射图出现弥散的衍对峰，与方石英晶体的强烈尖锐的衍对峰有 明显的不同，但二者峰值所处的位置基本