玻璃基础理论

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液体玻璃原理

液体玻璃原理

液体玻璃原理液体玻璃,又称硅酸钠玻璃,是一种无机非金属材料,具有玻璃的典型性质,如透明、硬度高、脆性大等。

它是由硅酸钠和硅酸钙等原料经过高温熔融制成的。

液体玻璃在工业生产和日常生活中具有广泛的应用,比如用于制作玻璃器皿、建筑材料、化工原料等。

那么,液体玻璃的原理是什么呢?首先,液体玻璃的主要成分是硅酸盐。

硅酸盐是一种无机化合物,由硅、氧和金属离子组成。

在液体玻璃中,硅酸盐的结构呈现出非晶态,这意味着它的分子排列是无序的,没有规则的晶格结构。

这也是液体玻璃具有非晶态固体的特点,与晶体玻璃不同。

其次,液体玻璃的制备过程需要高温熔融。

通常情况下,硅酸钠和硅酸钙等原料在高温条件下进行熔融,然后迅速冷却成型。

这种制备方法使得液体玻璃具有非晶态结构,而非晶态结构使得液体玻璃具有较高的抗压强度和硬度,同时也增加了其脆性。

此外,液体玻璃的原理还与其分子结构和化学成分有关。

液体玻璃中的硅酸盐分子呈现出网状结构,其中硅氧键和硅氧键之间交错排列,形成了一个三维的空间网络。

这种结构使得液体玻璃具有较高的化学稳定性和耐腐蚀性,能够抵御酸碱等化学物质的侵蚀。

最后,液体玻璃的原理还与其物理性质有关。

液体玻璃具有较高的折射率和透明度,这使得它成为一种优秀的光学材料。

此外,液体玻璃还具有较高的热膨胀系数,这意味着在温度变化时,液体玻璃的体积会发生变化。

因此,在实际应用中,需要考虑温度对液体玻璃制品的影响。

综上所述,液体玻璃的原理主要涉及其非晶态结构、高温熔融制备、分子结构和化学成分、物理性质等方面。

这些原理使得液体玻璃具有优异的性能和广泛的应用价值。

深入了解液体玻璃的原理,有助于更好地理解其在工业生产和日常生活中的应用,同时也为液体玻璃的进一步研究和开发提供了理论基础。

玻璃工艺玻璃的着色和脱色

玻璃工艺玻璃的着色和脱色

(2)亮度brightness 垂直观察物的每单位投射面积上的光强。
(3)色调hue 色调主波长 指透过率最大的波长。
(4)色饱和度(纯度P)saturation 主波长在消色混合中所占的比例。 (2)(3)(4)是用于区别彩色的。 2. X-Y颜色图(自学)
?色品图中哪个区域的颜色饱和度最高?
3. 着色玻璃的分类 (1)光吸收型着色玻璃 离子着色 高能辐射着色
1802年生理学家汤麦斯·杨根据人眼的视觉生理特征提出了 新的三原色理论。他认为色光的三原色并非红、黄、蓝,而是 红、绿、紫。这种理论又被物理学家马克思韦尔证实。他通过 物理试验,将红光和绿光混合,这时出现黄光,然后掺入一定 比例的紫光,结果出现了白光。此后,人们才开始认识到色光 和颜料的原色及其混合规律是有区别的。
(8)铜
Cu0 红色、金星。 Cu+ 3d全充满,无 色。Cu2+天蓝色,与铬共用可制绿色 信号玻璃。
在钠硼玻璃中随钠的增多 绿→青绿→蓝
稀土金属 主要为f-f 跃迁,着色稳定。 (9)铈 Ce4+ 强烈吸收紫外线,可见光透过率高。
紫外吸收带进入可见光区产生淡黄色。
铈钛黄 不同基玻璃、比例可得黄、金黄、棕、蓝等 色。
反应平衡受到温度、气氛、时间等的影响。
·温度升高,利于高价离子分解 ·气氛 还原气氛利于高价离子降价 ·时间 时间延长,利于高价离子降价 d. 光照和热处理 ②非着色离子的影响 a. 阳离子场强
氧离子的有效电场q是可变的,受阳离子场强的作 用改变。高场强阳离子对氧的极化作用强,使q减小。 ∵Δ∝q,∴吸收光波长向长波方向移动。
把两种或多种色并置于一个圆盘上,通过动力令其快速 旋转,而看到的新的色彩。颜色旋转混合效果在色相方面与 加法混合的规律相似,但在明度上却是相混各色的平均值。 B:空间混合:

镀膜玻璃基础知识培训

镀膜玻璃基础知识培训

镀膜玻璃基础知识培训一、产品分类及产品代号1、产品分类:1)按厚度分:3,4,5,6,8,10,12mm ,15mm等类。

2)按颜色分:灰,银灰,银,金,茶,蓝,蓝绿,绿,浅蓝等颜色。

3)按等级分:优等品和合格品。

4)按基片分:透明玻璃、本体着色玻璃。

5)按原片加工方式分:普通热反射镀膜玻璃,钢化热反射镀膜玻璃和热增强热反射镀膜玻璃,离线热弯镀膜玻璃,离线钢化镀膜玻璃和离线热增强镀膜玻璃。

6)按性质分可以分为阳光控制镀膜玻璃、低辐射镀膜玻璃LOW-E。

2、玻璃基片及其代号1)根据所用玻璃基片的不同,其基片的分类及代号如下:1 –透明浮法玻璃2 –绿色着色玻璃3 –灰色着色玻璃4 –茶色着色玻璃5 –蓝色着色玻璃6 –蓝绿色着色玻璃7 –天蓝色着色玻璃2)相同型号或颜色的玻璃基片来自不同厂家或同一厂家不同的着色原片时,在产品代号的最末加一个英文字母来区别。

3、产品代号1)产品代号为五部分的紧密排列,分别表示产品生产厂家、反射特征、基片类型、生产工艺编号和基片生产厂家或特性。

2)第一部分用一个大写英文字母“C”表示南玻集团产品。

如CCS108S3)第二部分两个大写字母表示以透明玻璃为基片时,产品呈现的反射色特征及成膜性质。

4)第三部分用一个阿拉伯数字表示基片的分类。

5)第四部分数字表示产品以6mm透明玻璃为基片时,该颜色的透过率。

6)第五部分用一个大写字母表示基片的生产厂家或特性。

如S表示南玻的白玻。

F表示F绿玻。

如CSY208F中的C表示南玻产品,SY表示灰色产品。

2表示绿色着色玻璃,08表示该产品的透过率在8%。

F代表F绿原片。

二、从膜代号上怎样区分阳光控制玻璃和LOW-E镀膜玻璃?整体来讲,阳光控制玻璃的膜代号是英文字母和数字直接连在一起的,中间没有“—”符号,(但老的膜代号是不带C的英文字母+“—”+数字构成,如TBG-20)。

LOW-E镀膜玻璃的膜代号是英文字母+数字+“—”+数字构成,如CEF16-49S/TS。

单向玻璃原理

单向玻璃原理

单向玻璃原理单向玻璃,又称反光玻璃,是一种特殊的玻璃材料,它在不同的光照条件下表现出不同的透光性。

在一侧光线较强的情况下,单向玻璃呈现出反光效果,使得外部的人无法透过玻璃看到室内的情况,而在室内的人却可以透过玻璃看到外部的景象。

这种神奇的原理是如何实现的呢?下面我们就来详细解析一下单向玻璃的原理。

单向玻璃的原理主要依靠光的折射和反射来实现。

在光线从空气射向玻璃时,根据光的折射定律,光线会发生折射,即改变传播方向。

而当光线从玻璃射向空气时,光线又会发生反射,即一部分光线被反射回玻璃内部,一部分光线透过玻璃继续向前传播。

这种折射和反射的现象使得单向玻璃在不同侧面呈现出不同的透光性,从而实现了单向透光的效果。

具体来说,当外部光线较强时,单向玻璃的外侧会发生反射,使得外部的人无法透过玻璃看到室内的情况。

而在室内的人透过玻璃看外部时,由于室内光线相对较弱,玻璃内侧的反射较小,因此室内的人可以清晰地看到外部的景象。

这种原理使得单向玻璃在保证室内私密性的同时,又能够让室内的人观察外部的情况,具有很好的实用性和装饰性。

除了以上的光学原理外,单向玻璃的反光效果还与玻璃表面的特殊处理有关。

通常情况下,单向玻璃的外侧会涂覆一层特殊的金属薄膜,这种薄膜能够有效地增加玻璃的反射率,从而实现更好的反光效果。

同时,这种金属薄膜还能够起到隔热、隔音的作用,提高玻璃的性能。

总的来说,单向玻璃是通过光的折射和反射原理以及表面特殊处理来实现反光效果的。

它不仅在建筑装饰中有着广泛的应用,还在一些特殊场合具有重要的作用,如警务、监狱等。

通过对单向玻璃原理的深入了解,我们可以更好地理解这种神奇材料的工作原理,为其在实际应用中发挥更大的作用提供理论基础。

同时,也可以启发我们在光学材料的研发和应用中不断创新,为人类社会的发展做出更大的贡献。

玻璃维护技术培训计划

玻璃维护技术培训计划

玻璃维护技术培训计划I. 培训目的玻璃维护技术培训计划旨在提供全面的培训,使参与者掌握玻璃维护技术的基本知识和操作技能。

通过此培训,参与者将能够有效地进行玻璃维护,延长玻璃使用寿命,提高建筑物外观和价值。

II. 培训内容1. 玻璃知识介绍- 玻璃类型及特点- 玻璃用途和应用领域2. 玻璃维护基础- 维护前的准备工作- 常见维护工具和材料- 清洁和保养技巧3. 玻璃维护方法- 玻璃表面清洁- 毛玻璃清洁- 玻璃划痕修复- 玻璃替换和安装技巧4. 玻璃安全使用- 玻璃安全标准和规范- 玻璃防护措施- 玻璃事故处理与应急措施III. 培训方式1. 理论培训- 授课讲解玻璃知识和维护方法- 展示使用维护工具和材料的正确方法- 解答学员提出的问题2. 实操培训- 提供具体维护场景,进行维护操作示范- 学员按照示范操作,纠正错误并熟练掌握技巧- 辅导实操过程中出现的问题,并给予解决方案IV. 培训计划本次玻璃维护技术培训计划预计为期两天,具体安排如下:第一天:- 上午:玻璃知识介绍和玻璃维护基础理论培训- 下午:实操培训,包括玻璃表面清洁和毛玻璃清洁技巧的实操演练第二天:- 上午:实操培训,包括玻璃划痕修复和玻璃替换技巧的实操演练- 下午:玻璃安全使用理论培训和实操演练,以及培训总结和答疑V. 培训评估为了确保培训效果,我们将进行培训评估。

评估方式如下:1. 理论知识考核:通过笔试形式考察学员对玻璃知识和维护方法的掌握程度。

2. 实操表现评估:评估学员在实际操作中的技能运用和操作流程是否准确、熟练。

根据评估结果,将对学员进行综合评价和反馈,并颁发合格证书。

VI. 培训材料和设备为了保证培训的顺利进行,我们将提供以下材料和设备:1. 培训教材:包含玻璃知识和维护方法的教材资料,供学员学习和参考。

2. 实操工具和材料:提供各类玻璃清洁工具、维护材料和安全防护用品,供学员在实操中使用。

VII. 培训师资培训将由具备丰富玻璃维护经验和教学经验的专业人员担任讲师,确保培训质量和效果。

光学基础知识

光学基础知识

光学加工基础知识§1光学玻璃基本知识一.基本分类和概念光学材料分类:光学玻璃、光学晶体、光学塑料三类。

玻璃的定义:不论化学成分和固化温度范围如何,一切由熔体过冷却所得的无定形体,由于粘度逐渐增加而具有固体的机械性质的,均称为玻璃。

光学玻璃分为冕牌K和火石F两大类,火石玻璃比冕牌玻璃具有较大的折射率nd和较小的色散系数vd。

二.光学玻璃熔制过程将配合料经过高温加热,形成均匀的,高品质的,并符合成型要求的玻璃液的过程,称玻璃的熔制。

玻璃的熔制,是玻璃生产中很重要的环节.,玻璃的许多缺陷都是在熔制过程中造成的, 玻璃的产量、质量、生产成本、动力消耗、熔炉寿命等都与玻璃的熔制有密切关系。

混合料加热过程发生的变化有:物理过程-----配合料的加热,吸附水的蒸发,单组分的熔融,个别组分挥发.某些组分的多晶转变。

化学过程-----固相反应,盐的分解,水化物分解,结晶水的排除,组分间的作用反应及硅酸盐的形成。

物理化学过程-----低共熔物的组分和生成物间相互溶解,玻璃与炉气介质,耐火材料相互作用等。

上述这些现象的发生过程与温度和配合料的组成性质有关.对于玻璃熔制的过程,由于在高温下的反应很复杂,尚待充分了解,但大致可分为以下几个阶段。

1.加料过程-----硅酸盐的形成2.熔化过程-----玻璃形成3.澄清过程-----消除气泡4.均化过程------消除条纹5.降温过程-------调节粘度6.出料成型过程总之,玻璃熔制的每个阶段各有其特点,同时,它们又是彼此互相密切联系和相互影响的.在实际熔制中,常常是同时或交错进行的,这主要取决于熔制的工艺制度和玻璃窑炉结构特点。

三.玻璃材料性能1.折射率nd、色散系数vd根据折射率和色散系数与标准数值的允许差值,光学玻璃可以分为五类表1-1:折射率和色散系数与标准数值的允许差值2.光学均匀性光学均匀性指同一块玻璃中折射率的渐变。

玻璃直径或边长不大于150mm,用鉴别率比值法玻璃分类如表1-2。

玻璃的光学性质

玻璃的光学性质

Cu和Cr的混合色
这两种着色离子的共同点是500nm附近的吸收少,因它们的共同强调 的是绿色。另一方面,Cr的吸收曲线在500nm以下突然升高(Cr6+离子更为 显著),而在黄光部分却透过很大(p159图9-20)。 增加Cr的用量,则混合的绿色向黄色色调发展;反之增加Cu的用量, 则混合色向蓝色色调发展。若以CuO:Cr2O3=1.5:1为中心(纯绿),适当 调配Cu和Cr的比例,可以得出由黄绿到蓝绿的全部色调。

从上述三种阳离子类型的特点,可以得出如下规律:
⑴ 最外层(或次外层)上含有未配对电子或“轨道”部分填充者, 电子容易在3d或4f“轨道”中发生跃迁,因此都是有色的。 ⑵ 最外层(或次外层)上的电子都已配对(包括全充满、全空)或 半充满者,都是无色的(或着色很弱)。


⑶ 在玻璃中凡是变价的阳离子,由于金属阳离子与周围氧离子 之间有电荷迁移,产生荷移吸收,因此在紫外或近紫外区有强 烈的吸收。
9.2.4
离子着色理论
影响吸收带波长位置的因素
外来阳离子场强越大,则氧离子被其极化增大,对着色离子的有效电场减 弱,能级分裂减小,吸收带往长波方向移动; 四配位:有效电场中心距离配位体较远, (1)同一价态的着色离子的吸收带位置,主要取决于氧离子配 因此能级分裂后能量差较小,吸收带较六配位 阳离子半径较大时,因氧离子对其屏蔽不完全,使阳离子部分正电场进 位场的强度。配位场强越大,能级分裂越大,吸收带往短波方 的往长波方向移动。 入着色离子配位场中,消耗了部分氧离子对着色离子的有效电场,因此,使 吸收带向长波方向移动 同一着色离子,价态增加时,有效电场强 向移动。 度大,所以能级分裂后能量差较大,吸收带往 短波方向移动。 (2)受阳离子场强、半径的影响

制玻璃的原理化学方程式

制玻璃的原理化学方程式

制玻璃的原理化学方程式1.引言1.1 概述概述制玻璃是一门重要的工艺,广泛应用于建筑、工艺品、家居装饰等领域。

玻璃材料的特性使其成为一种独特而多功能的材料,具有透明、坚固、耐寒耐热的特点。

然而,制玻璃并非简单的熔融硅石,它涉及许多复杂的化学反应和制程。

本文将介绍制玻璃的原理以及相关的化学方程式。

首先,将简要介绍制玻璃的原理,包括玻璃成分、熔融过程和冷却过程对玻璃品质的影响。

然后,将详细介绍制玻璃过程中涉及的化学反应,包括玻璃原料的烧制、熔融和凝固过程中的化学方程式。

最后,将总结本文的主要内容,并对未来的研究和应用进行展望。

通过本文的阅读,读者将了解到制玻璃的基本原理以及其中的化学反应,有助于理解玻璃制造过程中的关键环节,从而更好地掌握玻璃制造技术。

同时,本文也将为相关研究提供理论基础和指导,促进制玻璃领域的发展与进步。

文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的组织和内容进行介绍。

下面是一个可能的编写方案:1.2 文章结构本文主要围绕制玻璃的原理和化学方程式展开讨论。

具体而言,文章分为以下几个部分:1. 引言:本部分介绍了制玻璃的重要性以及相关背景信息。

概述了玻璃在日常生活中的广泛应用,并引出了本文的目的和意义。

2. 正文:2.1 制玻璃的原理:本部分详细介绍了制玻璃的基本原理。

包括原料选择、溶解和混合、熔融过程等内容。

通过进一步了解制玻璃的原理,读者可以更好地理解后续的化学方程式部分。

2.2 化学方程式:本部分列举了与制玻璃相关的化学方程式。

通过化学方程式的介绍,读者可以更直观地了解玻璃制备过程中的化学反应和转化。

3. 结论:3.1 总结:本部分对全文进行总结,概括了制玻璃的原理和化学方程式的核心内容。

同时,强调了本文的重要性和对读者的意义。

3.2 展望:本部分对未来与制玻璃相关的研究和应用进行展望。

指出当前制玻璃领域面临的挑战和需要解决的问题,并提出一些可能的发展方向。

通过以上的文章结构,我们将全面而系统地探讨制玻璃的原理和化学方程式。

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第一篇玻璃基础理论第1章 玻璃结构与组成玻璃的物理化学性质不仅决定于其化学组成,而且与其结构有着密切的关系。

只有认识玻璃的结构,掌握玻璃组成、结构、性能三者之间的内在联系,才有可能通过改变化学组成、热历史,或利用某些物理的、化学的处理方法,制取符合预定物理化学性能的玻璃材料或制品。

1.1 玻璃的定义与通性1.1.1 玻璃的定义玻璃是非晶态固体的一个分支,按照《辞海》的定义,玻璃由熔体过冷所得,并因粘度逐渐增大而具有固体机械性质的无定形物体。

习惯上常称之为“过冷的液体”。

按照《硅酸盐词典》的定义,玻璃是由熔融物而得的非晶态固体。

因此,玻璃的定义也可理解为:玻璃是熔融、冷却、固化的非结晶(在特定条件下也可能成为晶态)的无机物,是过冷的液体。

随着科学技术的进步以及人们认识水平的提高,人们对玻璃(态)物质的结构、性质认识有了更进一步的理解。

形成玻璃(态)物质的范围扩大,玻璃的定义也进行了扩充,分为广义玻璃和狭义玻璃。

广义的玻璃包括单质玻璃、有机玻璃和无机玻璃。

狭义的玻璃仅指无机玻璃。

现较公认的广义玻璃的定义为: 结构上完全表现为长程无序的、性能上具有玻璃转变特性的非晶态固体。

也可理解为:无论是有机、无机、金属,还是何种制备技术,只要具备上述特性的都可成为玻璃。

1.1.2 玻璃的通性在自然界中固体物质存在着晶态和非晶态两种状态。

所谓非晶态是以不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。

玻璃态是非晶态固体的一种,玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排列,而近似于液体,具有近程有序排列。

玻璃像固体一样能保持一定的外形,而不像液体那样在自重作用下流动。

玻璃态物质具有下列主要特征: (1)各向同性玻璃态物质的质点排列是无规则的,是统计均匀的,所以,玻璃中不存在内应力时,其物理化学性质(如硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等)在各方向上都是相同的。

但当玻璃中存在应力时,结构均匀性就遭到破坏,玻璃就会显示各向异性,如出现明显的光程差等。

(2)介稳性(亚稳性)所谓玻璃处于介稳状态,是因为玻璃是由熔体急剧冷却而得。

由于在冷却过程中粘度急剧增大,质点来不及作形成晶体的有规则排列,系统的内能不是处于最低值,而是处于介稳状态(热力学因素);尽管玻璃处于较高能态,由于常温下粘度很大,转变成晶体的的速率极小,因而实际上不能自发地转化为晶体( 动力学因素)。

只有在一定的外界条件下,即必须克服物质由玻璃态转化为晶态的势垒,才能使玻璃析晶。

因此,从热力学的观点看,玻璃态是不稳定的,但从动力学的观点看,它又是稳定的。

因为它虽具有自发放热转化为内能较低的晶体的倾向,但在常温下,转变为晶态的几率很小,所以说玻璃处于介稳状态。

(3)无固定熔点。

玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区间(转化温度范围内)进行的,它与结晶态物质不同,没有固定熔点。

当物质由熔体向固体转化时,如果是结晶过程,在系统中必有新相生成,并且在结晶温度,许多性质等方面发生突变。

但是,当物质由熔体向固态玻璃转化时,随着温度的逐渐降低,熔体的粘度逐渐增大,最后形成固态玻璃。

此凝固过程是在较宽温度范围内完成的,始终没有新的晶体生成。

从熔体向固态玻璃过渡的温度范围决定于玻璃的化学组成,一般波动在几十到几百度内。

因此玻璃没有固定的熔点,而只有一个软化温度范围。

在此范围内,玻璃由粘性体经粘塑性体、粘弹性体逐渐转变成为弹性体。

这种性质的渐变过程正是玻璃具有良好加工性能的基础。

(4)性质变化的连续性(可变性)玻璃态物质从熔融状态到固体状态的性质变化过程是连续的和可逆的。

所谓连续变化,是由于除能够形成连续固熔体外,二元以上晶体化合物有固定的原子和分子比,因此,它们的性质变化不是连续的。

但玻璃则不同,在玻璃形成范围内,由于化学成分可以连续变化,因此玻璃的一些物理性质必然随其所含各氧化物组分的变化而连续变化。

(a)(b)图1-1 物质体积随温度的变化示意图(a)理想的玻璃转变(b)一般的玻璃转变图1-1是物质从熔融态冷却,在冷却过程中体积的变化情况。

从图1-1(a)可以看出,在结晶情况下,从熔融态(液体)到固态过程中,体积(或其他物理化学性质)在它的熔点发生突变(沿ABCD变化)。

而冷却成玻璃时,体积(或其他物理化学性质)却是连续的和逐渐的变化(沿ABKFE)变化,这是玻璃态物质所独有的。

而且玻璃某些性能(如密度、折射率、粘度等)随着温度变化的快慢而变化。

例如玻璃的体积,随玻璃熔体冷却速率的增大而增大(如图1-2)。

图1-2 不同冷却速度下玻璃的体积与温度的关系(5)性质变化的可逆性。

性质变化的可逆性,是指玻璃由固体向熔融态或相反过程可以多次进行,而不会伴随新相生成。

1.2 玻璃结构人们对玻璃结构的认识,是一个实践、认识、再实践、再认识,并不断深化的过程。

多年以来,人们曾提出过各种有关玻璃结构的假说,但由于涉及的问题比较复杂,到目前为止还没有完全一致的结论。

“玻璃结构”是指离子或原子在空间的几何配置以及它们在玻璃中形成的结构形成体。

最早试图解释玻璃本质的是G. Tamman的过冷液体假说,认为玻璃是过冷液体,玻璃从熔体凝固为固体的过程仅是一个物理过程,即随着温度的降低,组成玻璃的分子因动能减小而逐渐接近,同时相互作用力也逐渐增加使粘度上升,最后形成堆积紧密的无规则的固体物质。

实际上玻璃的形成过程要比单纯分子间距的改变要复杂的多。

随后有许多人做了大量工作,但最有影响的近代玻璃结构的假说有:晶子学说、无规则网络学说、凝胶学说、五角形对称学说、高分子学说等,其中能够最好地解释玻璃性质的是晶子学说和无规则网络学说。

1.2.1 晶子学说列别捷夫(А.А.Лебедев)于1921年在研究光学玻璃退火中发现,在玻璃折射率随温度变化的曲线上,于520℃附近出现突变(见图1-3),他把这一现象解释为玻璃中的石英“微晶”发生晶形转变所致。

他认为玻璃是由无数“晶子”所组成,晶子是具有晶格变形的有序排列区域,分散在无定形介质中,从“晶子”部分到无定形部分是逐步过渡的,两者之间并无明显界线。

兰德尔(Randell)于1930年,认为玻璃由微晶与无定形物质两部分组成,微晶具有规则的原子排列并与无定形物质间有明显的界限,微晶尺寸为1.0~1.5nm,含量为80%以下,微晶取向无序。

图1-3 玻璃折射率随温度变化的曲线晶子学说为X-射线衍射结构分析数据所证实,玻璃的X-射线衍射图一般有宽广的(或弥散的)衍射峰,与相应晶体的强烈尖锐的衍射峰有明显的不同,但二者峰值所处的位置基本是相同的(见图1-4)。

另外,实验证明,把晶体磨成细粉,颗粒度小于0.1μm时,其X-射线衍射图也发生一种宽广的(或弥散的)衍射峰,与玻璃类似,而且颗粒度愈小,衍射图的峰值宽度愈大。

这些都是玻璃中存在“晶子”的佐证。

图1-4 方石英、硅胶、熔融石英X-射线衍射图玻璃的晶子学说揭示了玻璃中存在有规则排列区域,换句话说,有一定的有序区域,这构成了这个学说的合理部分。

这对于玻璃的分相、晶化等本质的理解有重要价值,但初期的晶子学说机械地把这些有序区域当作微小晶体,并未指出相互之间的联系,因而对玻璃结构的理解是初级的和不完善的。

在长期的发展过程中,该学说将晶子的看法逐渐深化,目前倾向于晶子不同于具有正常晶格的微小晶体,而是晶格极度变形的较有规则排列的区域。

在多组分玻璃中,晶子的化学组成也可不同。

晶子相互间由中间过度层所隔离,距晶子愈远,不规则程度也愈显著。

总的说来,晶子学说强调了玻璃结构的近程有序性、不均匀性和不连续性。

1.2.2 无规则网络学说查哈里阿森(W. M. Zachariasen)于1932年提出了无规则网络学说。

他借助于哥希密特(Goldschmidt)的离子结晶化学的一些原理,并参照玻璃的某些性能(如硬度、热传导、电绝缘性等)与相应晶体的相似性而提出来的。

他描述了离子-共价键的化合物,如熔石英、硅酸盐和硼酸盐玻璃的结构。

指出玻璃的近程有序与晶体相似,即形成阴离子多面体(三角体和四面体),多面体间顶角相连形成三度空间连续的网络,但其排列是拓扑无序的。

无规则网络学说提出氧化物A m O n能形成玻璃应具备以下条件:(1) 氧离子最多同两个阳离子A相结合;(2) 围绕阳离子A的氧离子数不应过多(一般为3或4);(3) 网络中这些氧多面体以顶角相连,不能以多面体的边或面相连;(4) 每个多面体中至少有三个氧离子与相邻的多面体相连形成三度空间发展的无规则连续网络。

根据上述条件,B2O3、SiO2、GeO2、P2O5、V2O5、Ta2O5、As2O5、Sb2O5等能形成玻璃,由他们所组成的多面体成为网络的结构单元,而R2O和RO未能满足上述条件只能作为网络外体,处在网络之外,填充在网络的空隙之中。

对于熔融石英玻璃,该学说提出熔融石英玻璃的基本结构单元象石英晶体一样也是硅氧四面体,玻璃被看作是由硅氧四面体为结构单元的三度空间网络所组成,但其排列是无序的,缺乏对称性和周期性的重复。

当熔融石英玻璃中加入碱金属或碱土金属氧化物时,硅氧网络断裂,碱金属或碱土金属离子均匀而无序的分布于某些硅氧四面体的空隙中,以维持网络中局部的电中性(见图1-5)。

对硼酸盐玻璃与磷酸盐也作了类似的描述。

把简单的B2O3和P2O5玻璃看成是分别由硼氧三角体[BO3]和磷氧四面体[PO4]连接的无序的两度空间的网络。

图1-5是无规则网络学说的玻璃结构模型。

图1-5 按无规则网络学说的玻璃结构模型示意图(a)石英玻璃结构模型(b)石英晶体结构模型(c)钠钙硅玻璃结构模型后来,瓦伦(B. E. Warren)等人的X-射线衍射结果证实无规则网络学说的基本观点。

随后,笛采尔(Dietzel)、孙观汉和阿本等人又从结构化学的观点,根据各种氧化物在形成玻璃结构网络中所起作用的不同,进一步区分为玻璃网络形成体、网络外体(或称为网络调整体)和中间体氧化物。

无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续性、统计均匀性与无序性,可以解释玻璃的各向同性、内部性质均匀性和随成分改变时玻璃性质变化的连续性等。

因此,这个学说获得较为广泛的应用,流传较广。

1.2.3 玻璃结构理论的进展事实上,玻璃结构的晶子学说与无规则网络学说分别反映了玻璃结构这个比较复杂问题的矛盾的两个方面。

可以认为短程有序和长程无序是玻璃物质结构的特点,从宏观上看玻璃主要表现为无序、均匀和连续性,而从微观上看,它又体现有序、微不均匀和不连续性。

近代由于使用了电子显微镜等一些现代、新的结构分析技术,发现了液相分离(分相)是玻璃形成系统中的普遍存在现象之后,玻璃结构理论进入了一个崭新的阶段,有人誉之为是玻璃结构概念的一次革命。

分相是指玻璃在冷却或热处理过程中,内部形成两个互不相溶的液相(玻璃相)。

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