2021Chap1玻璃及其结构.ppt

O/Si 比 一般说 O/Si 愈小，熔体中复合阴离子团愈大， e/r 值变小 （ e 是复合阴离子团所带的电荷， r 是复合阴离子团的半 径） ，相互间作用力愈小，因此这些复合阴离子团就部分 地被排挤到熔体表面层，使表面张力降低。 碱金属离子 一价金属阳离子以断网为主，它的加入能使复合阴离子 团离解，由于复合阳离子团的 r 减小使 e/r 的值增大，相互 间作用力增加，表面张力增大。 σ L1 2 O· SiO 2 ＞ σ Na 2 O· SiO 2 ＞ σ K 2 O· SiO 2 ＞ σ Cs 2 O· SiO 2 Na 2 O-SiO 2 系统熔体成分对表 面张力的影响 290 表 面 张 力 σ ( d y n e / c m ) SiO 2 (mol%) 280 300 50 60 70 80 200 250 300 350 0 表 面 张 力 σ ( d y n e / c m ) R 2 O 4 (mol%) 20 40 60 300 ℃时 R 2 O-SiO 2 系统玻璃与 成分的关系表面张力 氧化物分类 物 质 网络生成体 SiO 2 、 B 2 O 3 、 P 2 O 5 、 GeO 2 、 As 2 O 3 网络修饰体 Li 2 O 、 Na 2 O 、 K 2 O 、 CaO 、 SrO 、 BaO 等 网络中间体 BeO 、 MgO 、 Al 2 O 3 、 ZrO 2 、 Ga 2 O 3 、 TiO 2 等 两中学说的比较 晶子学说比较强调玻璃的微不均匀性与有序性， 而无规则网络学说则着重说明了玻璃结构的连续性、 均匀性和无序性。从表面看，这两种学说存在着很 大的矛盾，实际上反映了玻璃结构这个复杂问题的 矛盾的两个方面。 玻璃的结构因素 玻璃的物理化学性质的变化规律和玻璃的结构有 直接的关系，影响玻璃性质的一些结构因素有： 硅氧骨架的结合程度 阳离子的配位状态 离子的极化程度 离子堆积的紧密性 SiO 2 含量 （ mol% ） 硅氧原子团类型 硅氧四面体状态 f si = Si/O 桥氧数 Y [SiO 2 ]∞ ∞ ∞ 连续 三维空间骨架 结构 [SiO 2.25 ]∞ 连续 二维空间层状 结构 [SiO 3 ] 连续 一维空间链状 结构 [Si 2 O 7 ] 组群状 结构、双四面体 [SiO 4 ] 岛状 结构 66.7 100 50 40 33.3 0.5 0.4 0.333 0.286 0.25 2 2.5 3 3.5 4 硅氧骨架的结合程度 阳离子的配位状态 钠硼硅系统 “硼效应” 1 － Al 2 O 3 2 － B 2 O 3 离子的极化程度 离子极化能力是以它的折射度 R 来衡量的 Na d M n n R ? 3 4 2 1 2 2 ? ? ? ? ? n —— 物质折射率； M —— 玻璃摩尔量； d —— 玻璃密度； N —— 阿伏加德罗常数； a —— 极化率。 另外，还可以用极化力、场强、电负性等来表示 （ 1-1 ） R 2 O-SiO 2 玻璃系统在 1400 ℃时的粘度变化 0.1 1 10 100 1000 10000 0 10 20 30 40 K K Li Li Na Na η （ P ） R 2 O(mol%) R Li ＋ ： 0.08 Na + ： 0.47 K ＋ ： 2.24 离子堆积的紧密性 钠离子分数 0 0.5 1.0 11 10 9 8 7 log ρ 混 合 碱 效 应 § 1.4 玻璃的性质 热、电、光、机械力、化学介质等外来因素作用于 玻璃，玻璃作出一定反应，该反应即为玻璃的性质。 玻璃性质与组成及结构密切相关。 1 ．玻璃熔体的工艺性质 ? 粘 度 粘度的含义、粘度与温度的关系、粘度与组成 的关系 ? 表面张力 表面张力的含义、表面张力与温度的关系、表 面张力与组成的关系 粘 度 粘度是流体（液体或气体）抵抗流动的量度。 当液体流动时： f ＝ η S d v /d x （ 1-2 ） 式中 f ― 两层液体间的内摩擦力； S ― 两层液体间的接触面积； d v /d x ― 垂直流动方向的速度梯度； η ― 比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。单位 是 Pa· s ，或 P ( 泊， 1 Pa· s =10P) ；粘度的倒 数称液体流动度 Φ ，即 Φ =1/ η 。 影响熔体粘度的主要因素 是温度和化学组成。硅 酸盐熔体在不同温度下的粘度相差很大，可以从 10 － 2 变化至 10 15 Pa· s ；组成不同的熔体在同一温 度下的粘度也有很大差别。在硅酸盐熔体结构中， 有聚合程度不同的多种聚合物交织而成的网络， 使得质点之间的移动很困难，因此硅酸盐