无机非金属材料学课程

无机非金属材料学

第一章玻璃材料

第一节概述

一、玻璃的种类和特性

1、玻璃的概念

1）狭义上：玻璃是无机非晶态固体。

2）广义上：玻璃是非晶态固体。

2、玻璃的广泛应用及其缘故

1）应用广泛重要：涉及各领域、各个角落，现代社会中不可或缺，并被广泛依靠。没有玻璃的世界是黑暗落后和愚昧的。2）广泛应用的缘故：

a、性能优异，能满足不同使用要求；

b、易加工成各种大小和形状；

c、性质容易调整，以适应不同需求；

d、原料丰富、价廉、成本低。

3、玻璃的分类

1）按玻璃的要紧组成氧化物不同来分

a、Na-Ca-Si玻璃

b、B-Si玻璃

c、Pb-Ba玻璃

d、其他种类

2）按用途不同来分

a、建筑玻璃

b、日用玻璃：瓶罐玻璃；仪器玻璃；器皿玻璃；保温容器玻璃；艺术玻璃

c、玻璃纤维

d、光学玻璃

e、特种玻璃

4、玻璃材料的进展历史

1）天然玻璃的历史

早在二千万到六千万年前地球上就差不多出现天然玻璃，按其形成缘故可分为两类：

a、黑曜岩：由岩浆喷发而形成。

b、雷公石：由陨石坠落而形成

天然玻璃被人们用来做工具或装饰品。

人工玻璃的历史

a、一般认为，五千多年前，古埃及人首先制造出了玻璃材料。要紧是钠钙硅玻璃。

b、公元一世纪左右，罗马人发明了吹制工艺。

c、十一到十五世纪，玻璃制造中心在威尼斯。

d、十六世纪后，玻璃制造工艺传播进展。

e、二十世纪以来，玻璃工艺成为专门学科，工艺自动化程度越来越高，新品种层出不穷。

中国在西周时代开始制造玻璃，要紧是铅晶质玻璃。

g、玻璃一词来源于古梵文spotika.

h、民国期间，建立建立机械化玻璃厂生产窗玻璃和瓶罐玻璃（淄博、上海）。

i、新中国成立特不是改革开放以后，进展迅速，但水平有待提高。

j、山东玻璃工业历史与进展。

5、玻璃态物质的特性

1）各向同性：任何方向的物理化学性质都相同。

2）无固定熔点。

3）亚稳性：相比其晶态内能较高，有结晶倾向。

4）性质变化的连续性和可逆性。

二、硅酸盐玻璃的组成与结构

1、硅酸盐玻璃的组成

硅酸盐玻璃是以SiO2为要紧成分的玻璃。一般的硅酸盐玻璃的化学组成一般是在Na2O-CaO-SiO2三元系统的基础上适量引入B2O3、Al2O3、 MgO、BaO、ZnO、PbO、K2O及Li2O等以改善玻璃的性能，防止析晶及降低熔化温度。

依照各种氧化物在玻璃结构中所起的作用不同，可将其分为三类：

1）玻璃形成体：能单独生成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系。如SiO2、 B2O3等。

2）玻璃外体：不能单独生成玻璃，一般处于网络之外，调节玻璃结构。如Na2O、 CaO、 BaO、K2O及Li2O等。

3）玻璃中间体：一般不能单独生成玻璃，作用介于以上两种氧化物之间。如 MgO、ZnO、Al2O3等。

2、玻璃结构

由于玻璃微观结构的复杂性以及研究手段的局限性，关于玻璃结

构至今尚未有一个完全一致的结论。要紧结构学讲有晶子学讲、无规则网络学讲、聚合物学讲等。比较公认的要紧是前两种。这两种要紧学讲的要点如下：

1）晶子学讲：认为玻璃中有许多晶子。晶子是具有晶格变形的微小的有序排列区，晶子分散在无定形介质中，从晶子到无定形部分是逐渐过渡的，两者之间无明显界限。

这种学讲要紧强调玻璃结构的有序性、不均匀性和不连续性。这种学讲首先有列不捷夫提出，并被X-射线结构分析证实。能够解释玻璃的析晶现象。

2）无规则网络学讲：认为石英玻璃是以硅氧四面体为差不多结构单元，相互连接成为三度空间的网络，但硅氧四面体的排列是无序的，缺乏对称性和周期性的重复。

这种学讲要紧强调玻璃结构的的无序性、均匀性和连续性。

首先由查哈里阿森提出，也被X-射线分析证实，能够解释玻璃各向同性等性能。

综合这两种学讲，能够认为，在宏观上玻璃结构表现为无序、连续和均匀性；而在微观上表现为有序、不连续和不均匀。或者讲玻璃具有长程无序和短程有序的结构特点。

3）结构实例