無機(jī)非金屬工藝學(xué)玻璃組成設(shè)計(jì)與配料計(jì)算教學(xué)課件

§玻璃組成設(shè)計(jì)及配料計(jì)算玻璃的組成設(shè)計(jì)配料計(jì)算2.2.3玻璃的組成設(shè)計(jì)及配料計(jì)算玻璃的化學(xué)組成是計(jì)算玻璃配合料的主要依據(jù),與玻璃的物理和化學(xué)性質(zhì)有重要的關(guān)系。改變玻璃的組成即可以改變玻璃的結(jié)構(gòu)狀態(tài),從而使玻璃在性質(zhì)上發(fā)生變化。玻璃的組成與結(jié)構(gòu)原料的選擇、設(shè)計(jì)玻璃組成應(yīng)注意的原則四、設(shè)計(jì)與確定玻璃組成的步驟五、玻璃組成設(shè)計(jì)舉例六、配料計(jì)算玻璃的組成與結(jié)構(gòu)1、玻璃的組成根據(jù)各氧化物在玻璃結(jié)構(gòu)中所起的作用,一般可將它們分為三類:玻璃形成體(網(wǎng)絡(luò)形成體)玻璃調(diào)整體(網(wǎng)絡(luò)外體)>玻璃中間體(網(wǎng)絡(luò)中間體)a、玻璃形成體(網(wǎng)絡(luò)形成體)能單獨(dú)形成玻璃,在玻璃中能形成各自特有的網(wǎng)絡(luò)體系的氧化物,稱為玻璃的網(wǎng)絡(luò)形成體。如SiO2,B2O3,P2O3,CeO2,As2O5、V2O3等。玻璃形成體的一般特點(diǎn)F-O鍵是共價(jià)鍵與離子鍵的混合鍵陽離子(F)的配位數(shù)是3或4,陰離子O2的配位數(shù)為2構(gòu)成的配位多面體FO4或[FO3一般以頂角相連。b、調(diào)整體(或網(wǎng)絡(luò)外體)凡不能單獨(dú)生成玻璃,一般不進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)而是處于網(wǎng)絡(luò)之外的氧化物,稱為玻璃的網(wǎng)絡(luò)外體。作用:調(diào)整玻璃一些性質(zhì)。常見的有L2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO等。玻璃調(diào)整體的一般特點(diǎn)M-O鍵是離子鍵陽離子給氧能力強(qiáng),在玻璃結(jié)構(gòu)中,往往起斷網(wǎng)作用;陽離子場(chǎng)強(qiáng)越小、則給氧能力越大,反之,給氧能力越陽離子(特別是高電價(jià)、小半徑的陽離子)的場(chǎng)強(qiáng)較大時(shí)可對(duì)非橋氧起積聚作用,使結(jié)構(gòu)變得較為緊密而在一定程度上改善玻璃的性質(zhì),但對(duì)玻璃的析晶也有一定的促進(jìn)作用,中間體一般不能單獨(dú)形成玻璃,其作用介于網(wǎng)絡(luò)形成體和網(wǎng)絡(luò)外體之間的氧化物,稱之為中間體。如A12O3,BeO,ZnO,Ga,O2,TiO,、PbO等中間體的一般特點(diǎn):I-O鍵有一定共價(jià)性,以離子性為主陽離子配位數(shù)主要根據(jù)玻璃結(jié)構(gòu)中“游離氧”的數(shù)目而定?！坝坞x氧”充足時(shí),陽離子可以奪取“游離氧”以四配位參加網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);“游離氧”不足時(shí),則以其他配位數(shù)(比如六配位等),處于網(wǎng)絡(luò)之外,與網(wǎng)絡(luò)外體作用相似。2、玻璃結(jié)構(gòu)玻璃結(jié)構(gòu):玻璃中質(zhì)點(diǎn)在空間的幾何配置、有序程度以及它們彼此間的結(jié)合狀態(tài)玻璃結(jié)構(gòu)可以分為三種尺度來討論021nm的尺度或原于排布范圍;3至幾百納米的尺度或亞微結(jié)構(gòu)范圍;在微米到亳米或其以上的尺度,即在顯微組織或宏觀結(jié)構(gòu)的范圍。現(xiàn)代玻璃結(jié)構(gòu)理論主要是晶子學(xué)說和無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說。晶子學(xué)說1930年蘭德爾提出。依據(jù):微晶無序,即一些玻璃的衍射花樣與同成分的晶體相似,認(rèn)為玻璃由微晶與無定形物質(zhì)兩部分組成。證實(shí):列別捷夫發(fā)現(xiàn),硅酸鹽光學(xué)玻璃的退火時(shí)玻璃折射率隨溫度的變化曲線上在520℃附近的發(fā)生突變,他認(rèn)為這是石英微晶在520℃的同質(zhì)異變。玻璃中存在石英“晶子”。0162n(a)硅氧四面體結(jié)構(gòu)(b)石英晶體結(jié)構(gòu)(c)石英玻璃晶子結(jié)構(gòu)(d)鈉硅酸鹽玻璃晶子結(jié)構(gòu)石英晶子2一硅酸鈉晶子一鈉離子四面體(d)SiO4石英晶體結(jié)構(gòu)以及所表達(dá)的石英玻璃、鈉硅酸鹽玻璃晶子結(jié)構(gòu)示