玻璃工艺学第1章

发布时间：2024-11-12 来源：未知

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第一章

玻璃结构与组成

(一)玻璃态物质的特性 (property) 1.各向同性(isotropy)

质点无序排列而呈统计均匀结构的外在表现2.亚稳性(metastability)

所有玻璃都有析晶倾向

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3.无固定熔点(unfixed melting point) 4.可逆性(reversibility)

温变过程中性质产生逐渐连续的变化且可逆5.可变性(changebility)

性质随成分(一定范围)发生连续和逐渐的变化

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(二)玻璃的结构学说 (Structure theories of glass)一、传统学说 1.过冷液体学说(Tamman) 不同分子混合物 2.聚合物学说(Sockman)

高分子聚集体

[SixO3x+1]-2(X+1)

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3.无规则网络学说* (W.H.Zachariasen 1932年) 基本观点： [SiO4]是基本结构单元三维空间作无序排列，R+、R2+填充在网络空隙

实验证实：Warren X-ray结构分析数据学说重点：多面体排列的连续性、均匀性和无序性School of Materials Science & Engineering

4 .晶子学说(列别捷夫) 基本观点：玻璃有无数晶子组成

晶子有晶格畸变，晶子到无定形介质是渐变实验证实：X-ray结构分析数据学说重点：玻璃的有序性、不均匀性和不连续性玻璃态物质结构特点：短程有序(微观)

长程无序(宏观)School of Materials Science & Engineering

二、玻璃结构新学说体系模型(保加利亚 I.B Goguv) 理论要点：五种有序区域，不同系统中，各种有序区有不同比例。电子有序(化学键是结构单元)

短程有序(多面体是结构单元) 分子有序(有一定化学组成，可用分子式表示) 簇有序相有序 (多氧四面体聚合体是结构单元) (多相存在)School of Materials Science & Engineering

(三)玻璃的结构分析(structure analysis)一、性质与其反映的结构情况性质黏度表面张力密度机械强度硬度热膨胀系数弹性结构情况结构基团的缔合程度组成原子或离子内聚力的强弱原子量、摩尔体积、配位关系键力强弱键强结构相对紧密度原子堆积紧密程度、键强、配位数

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比热热导率

低温时有序基团的存在有序无序度及相对紧密度有序无序对电子、离子迁移造成的势垒大小，电导率填隙离子与空位多少，载流子迁移能介电系数电子极化、离子弛张程度及结构相对紧密度与电导和极化相关的结构因素及电场中玻璃结介电损耗构变化情况原子位置、核电荷外层电子自旋特性、配位数磁性及畴区取向程度折射率、反射率结构相对紧密度,配位数,原子离子极化程度可见光吸收与电子跃迁能及配位数颜色荧光磷光特性电子跃迁及复合、配位数结

构基团的迁移变形、配位数变化及不均匀微内耗区的存在

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二、结构分析方法与反映的结构信息结构分析方法：衍射法、电镜法、光谱法实验手段 X-ray 衍射分析 X-ray 小角散射电子衍射红外、拉曼光谱紫外光谱穆斯堡尔谱结构信息配位数、键角、区域有序程度、径向分布函数有序区域的取向程度键的振动、转动和配位数桥氧、非桥氧及杂质离子价态、带阈值原子配位数、价态、位置对称性School of Materials Science & Engineering

实验手段结构信息电子探针微区化学组成透射电镜显微结构表面显微结构、微区析晶的大小、形状分扫描电镜布核磁共振配位数、键性、阳离子扩散特性顺磁离子配位数及结构转变时产生的缺顺磁共振陷

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(四)玻璃熔体的结构(structure of glassmelt)

一、硅酸盐熔体的结构1.熔体中有许多聚合程度不同的负离子团平衡共存

聚合反应M2[SiO4] +Mn+1 [SinO3n+1] = Mn+2 [Sin+1O3n+4 ]+MO

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2.负离子团形状不规则，短程有序 3.负离子团的种类、大小随熔体组成及温度变化而变化 4.离子半径大而电荷小的的氧化物可使硅氧集团断裂出现，负离子团变小 5.硅酸盐熔体中的分相现象是普遍的

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二、玻璃结构与熔体结构的关系1 继承性 2 结构对应性

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O/Si 4:1 3.5:1 3:1 3:1 3:1 3:1 2.75:1 2.5:1 2:1

结构类型岛状组群状组群状组群状组群状链状链状层状架状