玻璃的化學(xué)性能、電學(xué)和磁學(xué)

1、第第6章章 玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性 玻璃制品在使用過(guò)程中要受到水、酸、堿、玻璃制品在使用過(guò)程中要受到水、酸、堿、 鹽、氣體和各種化學(xué)試劑和藥液的侵蝕，玻璃對(duì)鹽、氣體和各種化學(xué)試劑和藥液的侵蝕，玻璃對(duì) 這些侵蝕的抵抗能力稱(chēng)為玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。這些侵蝕的抵抗能力稱(chēng)為玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。 6.1 玻璃的侵蝕機(jī)理 水 酸 堿 大氣 H2O SiO Na H OH SiOH NaOH SiOH H2O 2 3 SiOHOH OH OH Si(OH)4 + NaOH = Si(OH)3O-Na+ + H2O 電離度低于NaOH，促進(jìn)反應(yīng)1，2的進(jìn)行 H半徑遠(yuǎn)小于半徑遠(yuǎn)小于Na，網(wǎng)，網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)變疏松

2、，絡(luò)結(jié)構(gòu)變疏松， 產(chǎn)生破壞的第一步產(chǎn)生破壞的第一步 SiO Na H OH SiOH NaOH SiOH H2O 2 3 SiOHOH OH OH Si(OH)4 + NaOH = Si(OH)3O-Na+ + H2O 在酸中的溶解速度減小，降低反在酸中的溶解速度減小，降低反 應(yīng)應(yīng)3進(jìn)行的速度，高硅玻璃影響大進(jìn)行的速度，高硅玻璃影響大 H濃度比在水中的大很多，增加反濃度比在水中的大很多，增加反 應(yīng)應(yīng)1進(jìn)行的速度，高堿玻璃影響大進(jìn)行的速度，高堿玻璃影響大 酸酸：通過(guò)水對(duì)玻璃起侵蝕作用通過(guò)水對(duì)玻璃起侵蝕作用 OH SiOH SiOH H2O 2 3 SiOHOH OH OH Si(OH)4 + N

3、aOH = Si(OH)3O-Na+ + H2O 此時(shí)的此時(shí)的NaOH不僅是由反應(yīng)不僅是由反應(yīng)1離子交換離子交換 而得，而是包圍玻璃的大量侵蝕介質(zhì)而得，而是包圍玻璃的大量侵蝕介質(zhì) 堿堿：不僅對(duì)網(wǎng)絡(luò)外體起作用，而是直接破壞硅氧骨架不僅對(duì)網(wǎng)絡(luò)外體起作用，而是直接破壞硅氧骨架 SiOSi SiO 橋氧橋氧 非橋氧非橋氧 大氣對(duì)玻璃的侵蝕機(jī)理 水膜水膜 SiO Na H OH SiOH NaOH NaOH Na 以離子交換為主的釋堿過(guò)程 類(lèi)似堿液對(duì)玻類(lèi)似堿液對(duì)玻 璃骨架的侵蝕璃骨架的侵蝕 Na Na Na Na 6.2 影響玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的因素 化學(xué)組成 熱處理歷史 表面狀態(tài) 溫度和壓力 硅氧四面體相

4、互連接硅氧四面體相互連接 的程度越大，則化學(xué)的程度越大，則化學(xué) 穩(wěn)定性越高穩(wěn)定性越高 三價(jià)三價(jià) 二價(jià)二價(jià) 一價(jià)一價(jià) 退火與淬火玻璃退火與淬火玻璃 退火的氣氛退火的氣氛 退火過(guò)程中發(fā)生分相退火過(guò)程中發(fā)生分相 （1）從玻璃表面移除能降低玻）從玻璃表面移除能降低玻 璃表面化學(xué)穩(wěn)定性的氧化物；璃表面化學(xué)穩(wěn)定性的氧化物； （2）進(jìn)行表面涂層）進(jìn)行表面涂層 6.3 特殊的侵蝕情況 脫片 生物發(fā)霉 金屬蒸氣 原生脫片原生脫片表面層中可溶性成分表面層中可溶性成分 溶出后，不溶性高硅氧殘存薄膜剝?nèi)艹龊?，不溶性高硅氧殘存薄膜?離離 次生脫片次生脫片原溶液中存在的多價(jià)原溶液中存在的多價(jià) 金屬離子在玻璃表面形成含水

5、硅酸金屬離子在玻璃表面形成含水硅酸 鹽薄膜后剝離鹽薄膜后剝離 SiO Na H OH SiOH NaOH NaOH 有機(jī)物 有機(jī)鹽類(lèi)有機(jī)鹽類(lèi) 在玻璃組成中引入少量抑菌金屬離子在玻璃組成中引入少量抑菌金屬離子 在玻璃表面涂覆殺菌劑在玻璃表面涂覆殺菌劑 6.4 化學(xué)穩(wěn)定性的測(cè)定方法 粉末法粉末法 將一定顆粒度的玻璃粉末在水、酸、堿等溶液中將一定顆粒度的玻璃粉末在水、酸、堿等溶液中 進(jìn)行侵蝕，最后以粉末損失的重量或酸、堿滴定測(cè)出轉(zhuǎn)進(jìn)行侵蝕，最后以粉末損失的重量或酸、堿滴定測(cè)出轉(zhuǎn) 移到溶液中的成分含量來(lái)表示。移到溶液中的成分含量來(lái)表示。 表面法表面法 用單位面積的析堿量或失重來(lái)表示玻璃受侵蝕的程用單位

6、面積的析堿量或失重來(lái)表示玻璃受侵蝕的程 度。度。 第7章 玻璃的電學(xué)及磁學(xué)性質(zhì) 7.1 玻璃的導(dǎo)電性 導(dǎo)電，載電體的定向運(yùn)動(dòng)。因此，溫度越導(dǎo)電，載電體的定向運(yùn)動(dòng)。因此，溫度越 高，導(dǎo)電性越高高，導(dǎo)電性越高 機(jī)理機(jī)理 一般硅酸鹽玻璃為一般硅酸鹽玻璃為離子導(dǎo)電離子導(dǎo)電（離子能動(dòng)度）（離子能動(dòng)度） 某些過(guò)渡元素氧化物玻璃及硫?qū)倩衔锇雽?dǎo)某些過(guò)渡元素氧化物玻璃及硫?qū)倩衔锇雽?dǎo) 體玻璃則具有體玻璃則具有電子導(dǎo)電電子導(dǎo)電特性（電子能動(dòng)度）特性（電子能動(dòng)度） 玻璃的電導(dǎo)率玻璃的電導(dǎo)率 表示固體通過(guò)電流的能力。其大小由帶電表示固體通過(guò)電流的能力。其大小由帶電 粒子濃度和他們的遷移能力所決定。粒子濃度和他們的遷

7、移能力所決定。 電導(dǎo)率與組成的關(guān)系電導(dǎo)率與組成的關(guān)系（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的緊密性，離子（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的緊密性，離子 活動(dòng)對(duì)空間的要求）活動(dòng)對(duì)空間的要求） 電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系（Tg溫度的變化）溫度的變化） 電導(dǎo)率與熱處理的關(guān)系電導(dǎo)率與熱處理的關(guān)系（退火、淬火、析晶、分（退火、淬火、析晶、分 相）相） 補(bǔ)網(wǎng)作用補(bǔ)網(wǎng)作用 AlO4體積體積SiO4 AlO6填充網(wǎng)絡(luò)空隙填充網(wǎng)絡(luò)空隙 玻璃的表面電導(dǎo)率 指在邊長(zhǎng)為1cm的正方形玻璃，在其相對(duì)兩邊上測(cè)得的電 導(dǎo)率。 組成 堿金屬 二價(jià)、三價(jià)金屬 B2O3、Fe2O3 濕度 溫度 表面狀態(tài) 7.2 玻璃的介電性 介電常數(shù)介電常數(shù)表征電介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下極

8、化表征電介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下極化 的程度。的程度。 組成、溫度、電場(chǎng)頻率組成、溫度、電場(chǎng)頻率 極化率大，鍵能小，遷移率大，極化率大，鍵能小，遷移率大， 則介電常數(shù)大則介電常數(shù)大 溫度升高，極化率影響不大，但會(huì)溫度升高，極化率影響不大，但會(huì) 增加離子遷移率，使介電常數(shù)增大增加離子遷移率，使介電常數(shù)增大 外電場(chǎng)頻率越高，離子沿電場(chǎng)方向來(lái)不外電場(chǎng)頻率越高，離子沿電場(chǎng)方向來(lái)不 及移動(dòng)，因此，介電常數(shù)越低及移動(dòng)，因此，介電常數(shù)越低 介電損耗 在一定頻率的交流電壓的作用下，電介質(zhì)材在一定頻率的交流電壓的作用下，電介質(zhì)材 料由于極化或吸收現(xiàn)象使部分電能轉(zhuǎn)化為熱能而料由于極化或吸收現(xiàn)象使部分電能轉(zhuǎn)化為熱能而 損

9、耗損耗 電導(dǎo)損耗電導(dǎo)損耗 松弛損耗松弛損耗 結(jié)構(gòu)損耗結(jié)構(gòu)損耗 共振損耗共振損耗 由網(wǎng)絡(luò)外體離子沿電場(chǎng)方向移動(dòng)而由網(wǎng)絡(luò)外體離子沿電場(chǎng)方向移動(dòng)而 產(chǎn)生。受電場(chǎng)頻率、溫度影響產(chǎn)生。受電場(chǎng)頻率、溫度影響 由網(wǎng)絡(luò)外體離子在一定勢(shì)壘間移動(dòng)由網(wǎng)絡(luò)外體離子在一定勢(shì)壘間移動(dòng) 而產(chǎn)生的。一般發(fā)生在較高頻率處而產(chǎn)生的。一般發(fā)生在較高頻率處 玻璃網(wǎng)絡(luò)松弛造成，屬松弛損耗的一種玻璃網(wǎng)絡(luò)松弛造成，屬松弛損耗的一種 由網(wǎng)絡(luò)外體離子或網(wǎng)絡(luò)形成體的本由網(wǎng)絡(luò)外體離子或網(wǎng)絡(luò)形成體的本 征振動(dòng)吸收能量而產(chǎn)生。征振動(dòng)吸收能量而產(chǎn)生。 介電強(qiáng)度 當(dāng)施加于電介質(zhì)的電壓超過(guò)某一臨界值時(shí)，介質(zhì)中的電當(dāng)施加于電介質(zhì)的電壓超過(guò)某一臨界值時(shí)，介質(zhì)中

10、的電 流突然增大，這一現(xiàn)象稱(chēng)為電擊穿。發(fā)生電擊穿的電壓，稱(chēng)流突然增大，這一現(xiàn)象稱(chēng)為電擊穿。發(fā)生電擊穿的電壓，稱(chēng) 為電介質(zhì)的為電介質(zhì)的耐擊穿強(qiáng)度耐擊穿強(qiáng)度，即介電強(qiáng)度。，即介電強(qiáng)度。 擊穿機(jī)理?yè)舸C(jī)理 熱擊穿熱擊穿 電子擊穿電子擊穿 電化學(xué)擊穿電化學(xué)擊穿 玻璃受電流所產(chǎn)生的熱量而加熱，以致材料局玻璃受電流所產(chǎn)生的熱量而加熱，以致材料局 部發(fā)生熱破壞，甚至熔化，導(dǎo)致電阻降低部發(fā)生熱破壞，甚至熔化，導(dǎo)致電阻降低 由于電壓直接加速了物質(zhì)內(nèi)部電子對(duì)其它原子由于電壓直接加速了物質(zhì)內(nèi)部電子對(duì)其它原子 的沖擊，從而激發(fā)更多的電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)的沖擊，從而激發(fā)更多的電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo) 帶，最后引起帶，最后引起電子雪崩電子雪崩而擊穿而擊穿 玻璃長(zhǎng)時(shí)間停留在電場(chǎng)中，使組成結(jié)構(gòu)破壞，玻璃長(zhǎng)時(shí)間停留在電場(chǎng)中，使組成結(jié)構(gòu)破壞， 產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)變化，改變了電極附近的產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)變化，改變了電極附近的 化學(xué)成分。結(jié)構(gòu)使得玻璃中的電場(chǎng)變得不均勻化學(xué)成分。結(jié)構(gòu)使得玻璃中的電場(chǎng)變得不均勻 甚至產(chǎn)生巨大的應(yīng)力而被擊穿破裂。甚至產(chǎn)生巨大的應(yīng)力而被擊穿破裂。 7.3 玻璃的半導(dǎo)體性 半導(dǎo)體電阻率半導(dǎo)體電阻率1011011m N型（電子導(dǎo)電）、型（電子導(dǎo)電）、p型（空穴導(dǎo)電）型（空穴導(dǎo)電） 半導(dǎo)體玻璃種類(lèi)：半導(dǎo)體玻璃種類(lèi)： （1）含有多價(jià)過(guò)渡元素的玻璃（）含有多價(jià)過(guò)渡元素的玻璃（V、Fe、