第一節(jié) 玻璃概述.ppt

1、第四章 玻璃材料,第一節(jié) 概述,本節(jié)教學(xué)目標(biāo),掌握：玻璃的概念、組成、通性以及玻璃 結(jié)構(gòu)的假說。,了解：主要硅酸鹽玻璃制品的種類、用途及 生產(chǎn)方法。,一、玻璃的發(fā)展史,二、玻璃的概念與組成,（1）概念 廣義：凡是具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的固體材料 統(tǒng)稱為玻璃。 狹義：從熔體中冷卻，在室溫下還保持 熔體結(jié)構(gòu)的固體材料（即無機(jī)玻璃),（2）組成 a）硅酸鹽玻璃以SiO2為主要成分。 b）普通硅酸鹽玻璃（瓶罐玻璃、保溫瓶玻璃、平 板玻璃、儀器玻璃等）化學(xué)組成一般是在 Na2O-CaO-SiO2三元系統(tǒng)基礎(chǔ)上，適量引入Al2O3、 B2O3、MgO、BaO、ZnO、PbO、K2O、Li2O等。,根據(jù)各種氧化物在

2、玻璃結(jié)構(gòu)中所起的作用不同，可將其分為三類： 玻璃形成體、玻璃中間體、玻璃調(diào)整體（又稱網(wǎng)絡(luò)外體）。,（3）通性,A、各向同性 B、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性） C、無固定熔點(diǎn) D、凝固的可逆性和性質(zhì)變化的連續(xù)性,A、各向同性 玻璃態(tài)物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)排列總是無規(guī)則的，是統(tǒng)計(jì)均勻分布的，因此，它的物理化學(xué)性質(zhì)在任何方向都是相同的。 如： 折射率、硬度、熱膨脹系數(shù)、彈性模量等性能。,B、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性） 玻璃是由熔體急劇冷卻而得，由于在冷卻過程中粘度急劇增大，質(zhì)點(diǎn)來不及作形成晶體的有規(guī)則排列，系統(tǒng)的內(nèi)能不是處于最低值，而是介于熔融態(tài)和晶態(tài)之間，屬于介穩(wěn)態(tài)。 在一定的外界條件下，仍具有自發(fā)放熱轉(zhuǎn)化為內(nèi)能較低的晶體的傾向。

3、,物質(zhì)內(nèi)能與體積隨溫度的變化,C、無固定熔點(diǎn) 由于玻璃形成過程中由熔體向固體轉(zhuǎn)變是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，所以其熔化過程也是在一定的溫度范圍內(nèi)而不是某一溫度點(diǎn)。,玻璃性質(zhì)隨溫度的變化,D、凝固的可逆性和性質(zhì)變 化的連續(xù)性 玻璃體由熔融態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械固體或加熱向相反轉(zhuǎn)變的過程是可逆的，其物理化學(xué)性質(zhì)是連續(xù)的。,三、玻璃結(jié)構(gòu)的假說,晶子學(xué)說,無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說,凝膠學(xué)說,五角形對稱學(xué)說,高分子學(xué)說,晶子假說（在前蘇聯(lián)較流行),1、實(shí)驗(yàn)： (1)1921年列別捷夫在研究硅酸鹽玻璃時發(fā)現(xiàn)，玻璃加熱到573時其折射率發(fā)生急劇變化，而石英正好在573發(fā)生型的轉(zhuǎn)變。硅酸鹽玻璃進(jìn)行退火或淬火后于520-595

4、 折射率有突變，熱膨脹率在520-595 也有突變。,2、要點(diǎn)： 1）玻璃是由無數(shù)“晶子”組成。 2）“晶子”是帶有晶格變形的有序排列區(qū)域。 3）在“晶子”中心，質(zhì)點(diǎn)排列較有規(guī)律，愈遠(yuǎn)離中心則 變形程度愈大。 4）“晶子”分散在無定形介質(zhì)中。,3、意義及評價：第一次揭示了玻璃的微不均勻性，描述了玻 璃結(jié)構(gòu)近程有序的特點(diǎn)。 4、不足之處：晶子尺寸太小，無法用x射線檢測，晶子的 含量、組成也無法得知。,無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)假說,2、要點(diǎn)： （1)形成玻璃的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體類似，形成相似的三維空間 網(wǎng)絡(luò)。 （2）這種網(wǎng)絡(luò)由離子多面體通過橋氧相連，向三維空間無規(guī)律的發(fā)展而構(gòu)筑起來的。 （3）玻璃的均勻性、連續(xù)性

5、及近程有序、遠(yuǎn)程無序性。 （4）陰離子（主要是氧離子）相互連接形成網(wǎng)絡(luò)，而陽離 子按其在網(wǎng)絡(luò)中的作用分為：網(wǎng)絡(luò)形成離子、網(wǎng)絡(luò)修飾離子、網(wǎng)絡(luò)中間離子。,舉 例,石英晶體：SiO4有著嚴(yán)格的規(guī)則排列。,石英玻璃：各SiO4都通過頂點(diǎn)連接成為三維空間網(wǎng)絡(luò)，而且SiO4的排列是無序的，缺乏對稱性和周期性的重復(fù)。,3、意義及評價：說明玻璃結(jié)構(gòu)宏觀上是均勻的。解釋了結(jié)構(gòu)上是遠(yuǎn)程無序的， 揭示了玻璃各向同性等性質(zhì)。 4、不足之處：對分相研究不利，不能圓滿解釋玻璃的微觀不均勻性和分相現(xiàn)象。,兩種學(xué)說的比較與發(fā)展： 晶子假說著重于玻璃結(jié)構(gòu)的微不均勻和有序性。 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)假說著重于玻璃結(jié)構(gòu)的無序、連續(xù)、均 勻和統(tǒng)計(jì)性。,兩種假說各具優(yōu)缺點(diǎn)，兩種觀點(diǎn)正在逐步靠