熔体与玻璃体.pptVIP

第三章非晶态固体 3 非晶态 3.1 玻璃制品生产过程 3.2 玻璃的一般特点 粘度与温度关系 粘度与组成关系 粘度与组成关系 (2) 表面张力－－表面能 表面张力 (3) 玻璃转化的两个特征温度 3.3 玻璃的结构 3.3.1 氧化物玻璃的结构（以石英玻璃为例） 晶子学说 晶子学说 无规网络学说（扎哈里阿森） 石英玻璃 石英玻璃 玻璃的结构 3.3.2 硅酸盐玻璃结构 钠硅玻璃结构 钠硅玻璃结构 网络中间离子 * 硼酸盐玻璃 3.3.3 玻璃结构参数 典型玻璃的结构参数 有中间离子时基本结构参数的计算 结构参数Y与玻璃性能 结构参数Y与玻璃性能 硅酸盐玻璃与相应晶体的结构差别 3.4 玻璃的形成 3.4.1 玻璃形成的动力学手段 玻璃形成的动力学手段 玻璃形成结晶化学条件 玻璃形成结晶化学条件 玻璃形成结晶化学条件 3.5 玻璃的性质 3.5.3 导热性 3.5.4 电导 电导率 3.5.5 化学稳定性 化学稳定性 3.5.6 机械性能 3.6 玻璃陶瓷及其它非晶态材料 形成玻璃的临界冷却速率是随熔体组成而变化的。 凡是熔体在熔点时具有高的粘度，并且粘度随温度降低而剧烈地增高．这就使析晶位垒增高，这类熔体易形成玻璃。 粘度和熔点是生成玻璃的重要标志，冷却速率是形成玻璃的重要条件。 键 强 氧化物的键强是决定它能否形成玻璃的重要条件。根据单键能的大小，可将不同氧化物分为以下三类： 玻璃网络形成体（其中正离于为网络形成离子），其单键335kJ/mol。这类氧化物能单独形成玻璃。 网络变性体（正离子称为网络变性离子〕单健强度250kJ/mol。这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。 中间体（正离子称为中间离子），其作用介于玻璃形成体和网络变性体两者之间。 键强越强的氧化物熔融后负离子团也愈牢固，因此键的破坏和重新组合也愈困难，成核位垒也愈高，故不易析晶而易形成玻璃。 键 型 一般地说具有极性共价健和半金属共价键的离子才能生成玻璃。 离子键化合物 ，在熔融状态以正负离子形式单独存在，流动性很大，在凝固点靠库仑力迅速组成晶格。离子键作用范围大，且无方向性，并且一般离子键具有高的配位数，离子相遇组成晶格的几率也较高。所以一般离子键化合物析晶活化能小，在凝固点粘度很低，很难形成玻璃。 金属键物质，在熔融时失去联系较弱的电子后，以正离子状态存在。金属键无方向性和饱和性，并在金属晶格内出现晶体最高配位教12，原子相遇组成晶格的几率最大也难以形成玻璃。 纯粹共价键化合物大部分为分子结构。在分子内部原子以共价键相联系，而作用于分子间的是范德华力，由于范德华力无方向性，一般在冷却过程中质点易进入点降而构成分子晶格。因此不易形成玻璃。 当离子链和金属键向共价键过渡时，通过强烈的极化作用，化学健具有方向性和饱和性趋势，在能量上有利于形成一种低配位数构造，离子键向共价键过渡的混合健称为极性共价键。这种混合键既具有离子键易改变键角、易形成无对称变形的趋势，又具有其价键的方向性和饱和性，不易改变键长和健角的倾向。前者有利于造成玻璃的远程无序、后者则造成玻璃的近程有序。因此极性共价键的物质比较易形成玻璃态。 3.5.1 粘度 3.5.2 热膨胀系数 从结构上，热膨胀是原子热振动引起的，在温度升高时振幅增大，由于结合能曲线是不对称的，因此振动中心的平衡位置在温度升高时向正方向变化，就出现了热膨胀， 石英玻璃的热膨胀系数非常小，约0.5?10-6/?C 加入网络变性体氧化物使网络结合更为松弛，原子振动的不对称程度增大，会导致热膨胀系数的急剧增加。 玻璃的导热系数一般比同样成分的结晶态要小 随温度升高，晶体的导热系数一般是下降的，玻璃体略有上升 晶体中随着缺陷浓度增加，晶格畸变使导热性下降 非晶体可以看作是畸变严重的晶体，声子的平均路程很短，导热性较差 玻璃中的电导是热运动的过程，离子是其载流子，在电场作用下： 与热振动频率有关的常数 电导激活能，对大多数玻璃，典型值约为 0.8?105 J/mol 含碱金属的石英玻璃：电导率主要与碱金属离子在网络中的键合能及它的尺寸有关。 例如K+的结合强度小于Na+，但K+的尺寸大，因此含K2O的玻璃电导率比含Na2O的玻璃的电导率要小。 当同时存在两种不同类型的碱金属离子，如K2O和Li2O，发现当两者的摩尔百分比相等时，玻璃具有最小的电导率。 在含碱金属的玻璃中加入碱土金属，如Ca2+、Ba2+、Mg2+和Pb2+等，即使Na+离子含量保持不变，仍然可以使玻璃的电阻明显提高，因为碱土金属离子妨碍了Na+的运动，因此一般为提高绝缘性能用钡长石做熔剂，不用含钠、钾的正长石作原料。 对于硅酸盐玻璃，HF酸