玻璃材料的結(jié)構(gòu)和組成課件

玻璃工藝原理陳東丹，張勤遠(yuǎn)電話：，87114235主要學(xué)習(xí)內(nèi)容第一篇玻璃理論基礎(chǔ)

緒論第1章玻璃的結(jié)構(gòu)和組成第2章玻璃的形成規(guī)律

第3章熔體和玻璃的相變第4章玻璃和粘度和表面性質(zhì)第5章玻璃的力學(xué)性能及熱學(xué)性能第6章玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性第7章玻璃的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)第8章玻璃的光學(xué)性質(zhì)第9章玻璃的著色和脫色

主要學(xué)習(xí)內(nèi)容第二篇玻璃工藝基礎(chǔ)

第10章原料及原料的選擇第11章配合料的制備第12章玻璃的熔制第13章玻璃體的缺陷

第14章玻璃的成形第15章玻璃的退火和鋼化

第16章玻璃的加工第17章玻璃表面處理技術(shù)第18章玻璃工業(yè)的環(huán)境保護(hù)緒論

玻璃是什么？玻璃的用途？玻璃的來歷？玻璃工業(yè)的研究熱點(diǎn)玻璃到底是什么物質(zhì)？玻璃是透明的？玻璃是水晶類？高分子類？玻璃是穩(wěn)定的嗎？抗酸抗堿？玻璃耐熱嗎？玻璃導(dǎo)電嗎？玻璃的性質(zhì)和陶瓷相近嗎？玻璃的用途玻璃——來自埃及？中國(guó)？砂釉蜻蜓眼項(xiàng)鏈，1500BC，開羅埃及博物館美索不達(dá)米亞最早用卷芯法制備的瓶子發(fā)掘于烏爾的卡西特墓，1300BC藏于大英博物館中國(guó)——西周（距今3000多年）白色穿孔玻璃珠，以及戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的彩色料珠埃及——埃及古墓，玻璃珠，距今5500多年山西太原趙卿墓出土玻璃“蜻蜓眼”珠——春秋到戰(zhàn)國(guó)初湖北江陵望山出土——戰(zhàn)國(guó)中期，約329BC河南洛陽——戰(zhàn)國(guó)玻璃是怎么發(fā)明的？玻璃工業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)玻璃工業(yè)的發(fā)展取決于以下四個(gè)方面：生產(chǎn)效率能耗環(huán)保和再循環(huán)問題玻璃的新用途

制造工藝提高玻璃強(qiáng)度和質(zhì)量

從分子水平上了解玻璃的性能與其它材料的相互作用以及這些作用的物理現(xiàn)象在熔化、澄清和形成玻璃時(shí)的化學(xué)變化原材料熔爐技術(shù)熔化后工藝工藝改進(jìn)1.2玻璃的結(jié)構(gòu)玻璃的結(jié)構(gòu)是指離子或原子在空間的幾何配置以及它們?cè)诓Ａе行纬傻慕Y(jié)構(gòu)形成體。近代玻璃結(jié)構(gòu)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(duì)稱學(xué)說、高分子學(xué)說等。玻璃的分相：玻璃在冷卻或熱處理過程中，內(nèi)部形成兩個(gè)互不相溶的液相（玻璃相）。晶子學(xué)說玻璃由無數(shù)“晶子”所組成，晶子是具有晶格變形的有序排列區(qū)域，分散在無定形介質(zhì)中，從“晶子”部分到無定形部分是逐步過渡的，兩者之間并無明顯界線。晶子學(xué)說揭示了玻璃中存在有規(guī)則排列區(qū)域，強(qiáng)調(diào)了玻璃結(jié)構(gòu)的近程有序性、不均勻性和不連續(xù)性。但并未指出“微晶”之間的聯(lián)系列別捷夫1921“微晶”發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說借鑒離子結(jié)晶化學(xué)理論，根據(jù)玻璃的某些性能與相應(yīng)當(dāng)晶體的相似性，指出玻璃的近程有序與晶體相似，即形成陰離子多面體，多面體之間以頂角相連形成三維空間連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但其排列是拓?fù)錈o序的。無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說著重說明了玻璃結(jié)構(gòu)的連續(xù)性、統(tǒng)計(jì)均勻性與無序性。同時(shí)根據(jù)各種氧化物在玻璃中的作用，將其分為玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體、網(wǎng)絡(luò)外體和網(wǎng)絡(luò)中間體。并指出氧化物形成玻璃的條件。1932，查哈里阿森1.2玻璃的結(jié)構(gòu)玻璃的結(jié)構(gòu)是指離子或原子在空間的幾何配置以及它們?cè)诓Ａе行纬傻慕Y(jié)構(gòu)形成體。近代玻璃結(jié)構(gòu)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(duì)稱學(xué)說、高分子學(xué)說等。玻璃的分相：玻璃在冷卻或熱處理過程中，內(nèi)部形成兩個(gè)互不相溶的液相（玻璃相）。1.3玻璃結(jié)構(gòu)和熔體結(jié)構(gòu)的關(guān)系玻璃的結(jié)構(gòu)除了與成分有關(guān)外，在很大程度上與熔體形成的條件、玻璃從熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的過程有關(guān)。玻璃是過冷液體，玻璃的結(jié)構(gòu)是熔體結(jié)構(gòu)的延續(xù)。玻璃在某一溫度范圍內(nèi)保持與該溫度對(duì)應(yīng)的平衡結(jié)構(gòu)狀態(tài)和性能。1.5-1.11常見的多元系統(tǒng)玻璃（1）硅酸鹽玻璃（2）硼酸鹽玻璃（3）磷酸鹽玻璃（4）其它氧化物玻璃（5）逆性玻璃（6）硫?qū)倩衔锊ＡВ?）鹵化物玻璃硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)在熔融石英中加入堿金屬氧化物，使原有的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生解聚作用。助熔，但使性能變壞。CaO等堿土金屬氧化物，改善結(jié)構(gòu)。MgO改善料性；Al2O3提高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。目前實(shí)用的鈉鈣硅玻璃成分：SiO2（72～76wt％),CaO（6～11wt%),Na2O磷酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)當(dāng)P2O5熔體中加入Na2O時(shí)，從層狀變成鏈狀加入Al2O3，B2O3時(shí)，則由層狀變?yōu)榧軤盍姿猁}玻璃主要用于光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體材料、耐氫氟酸玻璃等其它氧化物玻璃在元素周期表中可能形成玻璃的元素：1.12玻璃結(jié)構(gòu)中陽離子的分類根據(jù)無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：按照元素與氧結(jié)合的單鍵能的大小和能否生成玻璃，可將氧化物分為：分類網(wǎng)絡(luò)形成體網(wǎng)絡(luò)外體網(wǎng)絡(luò)中間體能否單獨(dú)生成玻璃能否否鍵性共價(jià)－離子混合鍵離子鍵為主離子性大于共價(jià)性單鍵能Kcal/mol>80<6060~80陽離子配位數(shù)3或4大于等于64或6多面體連接方式頂角相連游離網(wǎng)絡(luò)之外游離或補(bǔ)網(wǎng)1.13各種氧化物在玻璃中的作用堿金屬氧化物（1）斷網(wǎng)（Na、K）（2）積聚（Li）（3）混合堿效應(yīng)給出游離氧的能力離子半徑場(chǎng)強(qiáng)在二元堿硅玻璃中，當(dāng)玻璃中堿金屬氧化物的總含量不變，用一種堿金屬氧化物逐步取代另一種時(shí)，玻璃的性質(zhì)不是呈直線變化，而是出現(xiàn)明顯的極值，這一效應(yīng)稱為混合堿效應(yīng)，或中和效應(yīng)。受混合堿效應(yīng)影響主要是一些與擴(kuò)散有關(guān)的性能，如熱膨脹系數(shù)、析晶、電導(dǎo)率和介電損耗等。與擴(kuò)散無關(guān)的折射率、密度、硬度等不受影響。據(jù)此，人們提出“不同大小離子阻擋論”、“異類離子排斥減小論”、“電動(dòng)力學(xué)交互作用論”等解釋混合堿效應(yīng)。1.13各種氧化物在玻璃中的作用二價(jià)金屬氧化物（1）堿土金屬氧化物CaO、MgO、BaO（2）ZnO、CdO、PbO

名稱位置優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)氧化鈣網(wǎng)絡(luò)外體原料便宜，易于成形，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性能，提高玻璃的電氣絕緣性能和穩(wěn)定性料性變短－脆性較大氧化鎂中間體提高玻璃彈性可使靜電引力增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊密

改善料性和脆性含MgO高的玻璃在水或堿液的作用下，很容易引起脫片現(xiàn)象

氧化鋇網(wǎng)絡(luò)外體提高玻璃密度、折射率增長(zhǎng)料性降低化學(xué)穩(wěn)定性氧化鋅網(wǎng)絡(luò)中間體降低玻璃熱膨脹系數(shù)，提高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性高折射率，低色散氧化鉛網(wǎng)絡(luò)中間體折射率高，吸收短波輻射能力強(qiáng)電阻率大，介電損耗小色散高1.14玻璃的熱歷史玻璃的熱歷史是指玻璃從高溫液態(tài)冷卻，通過轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域和退火溫度區(qū)域的經(jīng)歷。熱歷史對(duì)性能的影響Tf相當(dāng)于粘度為108～1010Pa.s的溫度Tg相當(dāng)于粘度為1012.4Pa.s時(shí)的溫度質(zhì)點(diǎn)之間按照化學(xué)鍵和結(jié)晶化學(xué)規(guī)律進(jìn)行結(jié)構(gòu)微觀重排，從典型的液態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞虘B(tài)物質(zhì)高于Tf溫度時(shí)，玻璃粘度較小，質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)擴(kuò)散較快，溫度變化速度對(duì)玻璃的結(jié)構(gòu)和性能影響不大。低于Tg溫度時(shí)，玻璃基本轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥怨虘B(tài)物體，溫度的變化速度對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響也很小在靠近Tg溫度時(shí)，玻璃內(nèi)部的結(jié)構(gòu)基團(tuán)仍具有一定的永久位移的能力，可以消除內(nèi)部應(yīng)力和結(jié)構(gòu)的不均勻性，但由于粘度很大，不致改變宏觀形狀。此區(qū)域?yàn)橥嘶饻囟?，粘度介?012～1013.5Pa.s之間。（1）密度（2）粘度（3）熱膨脹系數(shù)圖爾的“假想溫度”：玻璃保持著與某一溫度相平衡的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和性能，但是