玻璃的结构和组成
玻璃结构 断裂力学
玻璃结构断裂力学玻璃是一种无定形非晶体材料，具有优良的透明性、硬度和化学稳定性。
然而，由于其特殊的结构和性质，玻璃在受力时容易发生断裂。
断裂力学是研究材料在外力作用下破裂行为的学科，对于理解和预测玻璃结构的断裂行为至关重要。
本文将从玻璃的结构特点、断裂模式和影响因素等方面，探讨玻璃结构的断裂力学。
1.玻璃结构的特点玻璃是由氧化硅（SiO2）等物质组成的非晶体材料，其分子结构呈无序排列。
与晶体结构不同，玻璃没有周期性的长程有序性，而是存在着短程有序性。
这使得玻璃具有以下几个特点：无定形性：玻璃没有明确的晶体结构，其分子排列呈现无规则状态，因此具有无定形性。
高密度：玻璃分子之间没有明显的间隙，使得玻璃具有较高的密度。
脆性：玻璃的分子结构较为紧密，分子之间的结合力较强，导致其在受到外力作用时容易发生断裂。
2.玻璃的断裂模式玻璃在受到外力作用时，会产生不同的断裂模式。
常见的玻璃断裂模式包括以下几种：纵向断裂：纵向断裂是指沿着玻璃的长度方向发生的断裂。
这种断裂模式通常出现在拉伸或拉曼光谱中，当外力超过了玻璃的抗拉强度时，玻璃会发生纵向断裂。
横向断裂：横向断裂是指垂直于玻璃的长度方向发生的断裂。
这种断裂模式通常出现在弯曲或冲击载荷下，当外力作用使得玻璃产生弯曲或扭曲时，玻璃会发生横向断裂。
切割断裂：切割断裂是指在玻璃表面形成一条明显的切口，并且该切口延伸到内部，导致玻璃断裂。
这种断裂模式通常发生在玻璃受到切割或刮擦作用时。
3.影响玻璃断裂的因素玻璃的断裂行为受到多种因素的影响，以下是几个主要因素：结构缺陷：玻璃结构中存在各种缺陷，如孔洞、夹杂物等。
这些结构缺陷会导致应力集中，并且容易成为断裂的起始点。
温度：温度对玻璃的断裂行为有着显著影响。
通常情况下，玻璃在较低温度下更加脆性，而在较高温度下具有一定的韧性。
应力状态：玻璃在不同的应力状态下会表现出不同的断裂行为。
例如，在拉伸状态下，玻璃容易发生纵向断裂；而在压缩状态下，玻璃则更容易发生横向断裂。
第1章玻璃的结构和组成汇总
第1章玻璃的结构和组成汇总玻璃是一种常见的无定形固体，具有广泛的应用领域。
它的结构和组成是决定其性质和用途的重要因素。
本文将对玻璃的结构和组成进行综述。
在微观层面上，玻璃的结构是一种无序的固态结构，没有长程的周期性。
这是与晶体不同的地方。
晶体具有有序排列的原子或分子，可以形成晶格结构。
然而，玻璃的结构是由成千上万个原子或分子组成的无序网络。
这种无序性导致了玻璃的特殊性质，如透明度和断裂特性。
玻璃的主要成分是硅氧四面体。
硅氧四面体由一个中心的硅原子和四个周围的氧原子组成。
硅氧四面体通过共价键相互连接，形成三维的网络结构。
这种结构是玻璃形成的基础。
除了硅氧四面体，其他元素的添加也可以改变玻璃的性质和组成。
玻璃的组成可以根据成分的不同而有所变化。
硅酸盐玻璃是最常见的一种，其主要成分是硅氧四面体。
具体来说，硅酸盐玻璃是由四氧化硅（SiO2）和其他金属氧化物（如氧化钠、氧化钙、氧化铝等）形成的。
不同金属的加入会改变玻璃的化学和物理性质。
另一种常见的玻璃是硼硅酸盐玻璃。
硼硅酸盐玻璃中，硅氧四面体和硼氧四面体交替排列。
硼氧四面体由一个中心的硼原子和三个周围的氧原子组成。
硼硅酸盐玻璃具有低的熔点和低的热膨胀系数，常用于热力学应用。
另外，还有氧化物玻璃和非氧化物玻璃。
氧化物玻璃是以金属氧化物为主要组成部分，如硅酸盐玻璃。
而非氧化物玻璃是由非金属元素（如氟、碳、氮、硫等）形成的，常见的非氧化物玻璃有氟硅酸盐玻璃和硫化物玻璃。
非氧化物玻璃具有特殊的光学、电学和热学性质，广泛应用于光纤通信和光学器件等领域。
此外，玻璃的制备过程也会影响其结构和组成。
常见的玻璃制备方法包括熔融法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法。
熔融法是最传统的制备方法，即将玻璃原料加热到高温熔化后冷却。
溶胶-凝胶法则是将溶胶经过凝胶化处理形成固态玻璃。
化学气相沉积法是通过气态前体沉积到基底上形成玻璃薄膜。
总之，玻璃的结构和组成是多样化的，具有广泛的应用领域。
中空玻璃特征描述
中空玻璃特征描述
中空玻璃又称双层玻璃，是一种由两片玻璃中间夹层，形成一定间隔和密封空气层的结构。
其主要特征描述如下：
1. 玻璃层：中空玻璃一般由两片玻璃组成，玻璃的厚度可以根据需要而定。
两片玻璃之间通过密封处理，形成一个封闭的空间。
2. 空气层：中空玻璃的两片玻璃之间有一个空气层，该空气层起到隔热、隔音的作用。
空气层的宽度可以根据需要进行调整，一般为10-16毫米。
3. 密封层：中空玻璃的两片玻璃之间通过边框或者密封胶带等方式进行密封封装，以防止空气层内部的空气泄漏或者进水。
4. 隔热性能：中空玻璃的空气层可以有效地隔离外界的高温或低温，降低室内外热量交换，提供良好的隔热性能。
5. 隔音性能：中空玻璃的空气层可以减少噪音传递，提供良好的隔音效果，改善室内的安静环境。
6. 抗冻性：中空玻璃具有较好的抗冻性，空气层内的水分很难凝结成冷凝水，避免玻璃表面结霜或冰冻。
7. 安全性：中空玻璃的双层结构可以提供良好的安全性能，一旦其中一层玻璃破裂，另一层玻璃可以继续保持完整，减少意外伤害的风险。
总体来说，中空玻璃具有隔热、隔音、防结露、安全等多种优点，已被广泛应用于建筑、汽车等领域。
无机非金属工艺学玻璃组成设计与配料计算
[SiO4]石英晶体结构以及所表达的石英玻璃、钠硅酸盐 玻璃晶子结构示意图
晶子学说的价值在于它第一次指出了玻璃中存在微 不均匀物，即玻璃中存在一定的有序区域，这对于玻璃 分相、晶化等本质的理解有重要价值。
II、无规则网络学说
查氏把离子结晶化学原则和晶体结构知识推演到 玻璃态物质，描述了离子—共价键的化合物，如熔融 石英、硅酸盐和硼酸盐玻璃。
核心观点： 查氏提出[SiO4]为硅酸盐玻璃的最小结构单元。玻
璃中的这种结构单元或者说键状态与晶体类似，构成连 续的三度空间网络，只是[SiO4]四面体不像在结晶化合 物中那样相互对称均匀地排列，缺乏对称性和周期性的 重复。
晶子学说则强调了不连续性、有序性和微不均匀性。玻 璃是连续性、不连续性，均匀性、微不均匀性；
无序性、有序性几对矛盾的对立统一体，条件变化，矛 盾双方可能相互转化。
III、硅酸盐玻璃结构
1）石英玻璃结构
晶体石英中Si—O键距为1.61×10-1nm，而在石英玻璃中Si—O键距 为1.62×10-1nm说明后者原子间距稍大，结构较为疏松。
查氏提出氧化物形成玻璃的四个条件：
（假定物质的玻璃态和结晶态的能量相近）
（1）一个氧离子不能和两个以上的阳离子结合 ——氧的配位数不大于2；
（2）阳离子周围的氧离子数不应过多(3或4) ——阳离子的配位数为3或4；
（3）网络中氧配位多面体之间只能共角顶，不能共棱、共面； （4）如果网络是三维的，则网络中每一个氧配位多面体必须
在高温、高压下，石英玻璃具有明显的透气性，这在 石英玻璃作为功能材料时值得注意。
玻璃幕墙构造组成
一、按幕面材料分：有玻璃、金属、轻质混凝土挂板、天然花岗石板等幕墙。
其中玻璃幕墙是当代的一种新型墙体，不仅装饰效果好，而且质量轻，安装速度快，是外墙轻型化、装配化较理想的型式。
二、玻璃幕墙按构造方式不同可分为：露框、半隐框、隐框及悬挂式玻璃幕墙等。
三、按施工方式可分：分件式幕墙（现场组装）和板块式幕墙（预制装配）两种。
玻璃幕墙的构造组成
玻璃幕墙由玻璃和金属框组成幕墙单元，借助于螺栓和连接铁件安装到框架上。
一、金属边框：有竖框、横框之分，起骨架和传递荷载作用。
可用铝合金、铜合金、不锈钢等型材做成（下图为铝合金边框的工程实例）。
二、玻璃：有单层、双层、双层中空和多层中空玻璃，起采光、通风、隔热、保温等围护作用。
通常选择热工性能好，抗冲击能力强的钢化玻璃、吸热玻璃、镜面反射玻璃、中空玻璃等。
接缝构造多采用密封层、密封衬垫层、空腔三层构造层。
三、连接固定件：有预埋件、转接件、连接件、支承用材等，在幕墙及主体结构之间以及幕墙元件与元件之间起连接固定作用（下图为幕墙骨架与主体的连接件）
四、装修件：包括后衬板（墙）、扣盖件及窗台、楼地面、踢脚、顶棚等构部件，起密闭、装修、防护等作用。
五、密缝材：有密封膏、密封带、压缩密封件等，起密闭、防水、保温、绝热等作用。
此外，还有窗台板，压顶板，泛水，防止凝结水和变形缝等专用件。
玻璃幕墙细部构造
一、竖向骨架与梁的连接。
第一章 玻璃的结构与组成
第一章玻璃的结构与组成1-1\名词解释1、硼-氧反常：在一定范围内，碱金属氧化物提供的氧，不像在熔融石英玻璃中的作为非桥氧出现于结构中，二十是硼氧三角体【BO3】转变成为完全由桥氧组成的硼氧四面体【BO4】,导致B2O3玻璃从原来两维空间的层状结构部分转变为三维空间的架状结构，从而加强了网络，使玻璃的各种物理性质与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，相应的向着相反的方向变化。
这就是所谓的“硼氧性反常”。
2、硼反常：硼酸盐玻璃与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反，这种现象称硼反常现象。
“硼反常现象”是由于玻璃中硼氧三角体【BO3】与硼氧四面体【BO4】之间的量变而引起性质突变的结果。
3、硼-铝反常：“硼-铝反常”体现在一系列性质变化中，如折射率、密度、硬度、弹性模量。
在介质常数与膨胀系数变化曲线中显得很模糊。
色散、电导与介质损耗等则不出现“硼-铝反常”。
4、积聚作用：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。
5、解聚作用：在熔融SiO2中，O/Si比为2：1，[SiO4]连接成架状。
若加入Na2O则使O/Si比例升高，随加入量增加，O/Si比可由原来的2：1逐步升高到4：1，[SiO4]连接方式可从架状变为层状、带状、链状、环状直至最后断裂而形成[SiO4]岛状，这种架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程，也即解聚。
6、混合碱效应：在二元碱硅玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物的总含量不变，用一种碱金属氧化物逐步取代另一种时，玻璃的性质不是呈直线变化，而是出现明显的极值。
这一效应称为混合碱效应，过去称为“中和效应”。
7、压制效应：在含碱硅酸盐中随RO增加，是R+在扩散中系数下降。
8、逆性玻璃：如果玻璃中同时存在两种以上金属离子，而且它们的大小和所带的电荷也不相同时，情况就大为不同。
即使Y<2也能制成玻璃，而且某些性能随金属离子数的增大而变好。
玻璃论文 结构 组成 性能
玻璃的组成、结构和性能姓名：郑朝阳班级:材料化学12-02班学号：311213020233引言:在自然界的固体物质中存在着晶态和非晶态两种状态。
有人把“非晶态”“玻璃态”看作是同义词，也有人将它们加以区别。
我国的技术词典中把“玻璃态”定义为“从熔体冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状态”，习惯上常称玻璃为“过冷的液体”，“非晶态”作为更广义的名词，包括用其它方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。
关键词：玻璃组成结构性能正文：㈠各种“玻璃”的成分（1）普通玻璃（Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O•CaO•6SiO2）（2）石英玻璃（以纯净的石英为主要原料制成的玻璃，成分仅为SiO2）（3）钢化玻璃（与普通玻璃成分相同）（4）钾玻璃（K2O、CaO、SiO2）（5）硼酸盐玻璃（SiO2、B2O3）（6）有色玻璃在（普通玻璃制造过程中加入一些金属氧化物。
Cu2O——红色；CuO——蓝绿色；CdO——浅黄色；CO2O3——蓝色；Ni2O3——墨绿色；MnO2——紫色；胶体Au——红色；胶体Ag——黄色）（7）变色玻璃（用稀土元素的氧化物作为着色剂的高级有色玻璃）（8）光学玻璃（在普通的硼硅酸盐玻璃原料中加入少量对光敏感的物质，如AgCl、AgBr等，再加入极少量的敏化剂，如CuO等，使玻璃对光线变得更加敏感）（9）彩虹玻璃（在普通玻璃原料中加入大量氟化物、少量的敏化剂和溴化物制成）（10）防护玻璃（在普通玻璃制造过程加入适当辅助料，使其具有防止强光、强热或辐射线透过而保护人身安全的功能。
如灰色——重铬酸盐，氧化铁吸收紫外线和部分可见光；蓝绿色——氧化镍、氧化亚铁吸收红外线和部分可见光；铅玻璃——氧化铅吸收X射线和r射线；暗蓝色——重铬酸盐、氧化亚铁、氧化铁吸收紫外线、红外线和大部分可见光；加入氧化镉和氧化硼吸收中子流。
（11）微晶玻璃（又叫结晶玻璃或玻璃陶瓷，是在普通玻璃中加入金、银、铜等晶核制成，代替不锈钢和宝石，作雷达罩和导弹头等）。
玻璃的主要成分和结构特点
玻璃的主要成分和结构特点玻璃是一种无定形固体材料，其主要成分是硅酸盐。
硅酸盐是由硅氧键连接的硅和氧原子组成的化合物。
在玻璃中，每个硅原子都与四个氧原子形成四面体结构，而每个氧原子则与两个硅原子形成桥式键，从而形成了硅氧网状结构。
这种结构特点决定了玻璃的特殊性质和性能。
玻璃的无定形结构使其没有明确的晶体结构，没有周期性的排列规律。
这使得玻璃没有晶体的典型特性，如明显的熔点和断裂面的平行排列。
相反，玻璃在加热过程中会逐渐变软，并在一定温度范围内转变为可塑状态，最终变成液体。
这种无定形结构也使得玻璃的断裂面呈现出玻璃特有的光滑平整的特点。
玻璃的硅氧网状结构使其具有高度的硬度和刚性。
硅酸盐的硅氧键是非常强大的化学键，能够提供玻璃所需的强度和耐磨性。
这也是为什么玻璃被广泛用于制作窗户、器皿和建筑材料等领域的原因之一。
另外，玻璃的硅氧网状结构还赋予了玻璃良好的耐腐蚀性能，使其能够抵抗大部分化学品的侵蚀。
玻璃的硅氧网状结构还决定了其特殊的光学性质。
由于玻璃中硅氧键的存在，玻璃能够几乎完全透明地传播光线。
这使得玻璃成为一种理想的光学材料，广泛应用于光学仪器、眼镜和显示器等领域。
另外，玻璃的硅氧网状结构还赋予了玻璃特殊的折射和反射性质，使得玻璃能够用于制作镜子和光学透镜等光学元件。
玻璃的硅氧网状结构还决定了其热稳定性和导热性能。
由于硅酸盐的硅氧键强度高，玻璃具有较高的熔点和较好的耐热性。
这使得玻璃能够在高温环境下保持稳定的结构和性能。
另外，玻璃的硅氧网状结构中的无定形空隙也使得玻璃具有较低的导热性能，能够有效地隔热。
这使得玻璃成为一种理想的保温材料，广泛应用于建筑、汽车和电子等领域。
玻璃的主要成分是硅酸盐，其结构特点是硅氧网状结构。
这种结构决定了玻璃的无定形性、硬度和刚性、耐腐蚀性、光学性质、热稳定性和导热性能等特点。
这些特点使得玻璃成为一种广泛应用于各个领域的重要材料。
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论据：①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。
② 把晶体磨成细粉，颗粒度小于0.1μm时，其X射线 衍射图也产生一种宽广的（或弥散的 ）衍射峰，与 玻璃类似，而且颗粒度越小，衍射图的峰值宽度越 大。
三度空间网络发生解聚，出现与一个硅原子键合的 非桥氧，碱金属离子处于非桥氧附近的网穴中，中 和过剩电荷。
原因：碱金属氧化物的加入使氧硅比值相对增大。 结果： [SiO4]网络失去原有的完整性，结构减弱疏
松，导致一系列性能变坏。
1.3.3 钠钙硅玻璃结构 CaO的加入使钠硅玻璃结构加强，一系列性能变好，
一、晶子学说
提出：1921年列别捷夫研究光学玻璃退火时，发现 折射率随温度变化曲线上520℃附近有突变，认为 这是玻璃中石英“微晶”晶型转变所致。
内容：认为玻璃是由无数“晶子”所组成。晶子是 尺寸极其微小、晶格变形的有序排列区域，分散在 无定形介质中，从晶子到无定形部分是逐步过渡的， 没有明显的界限。
三角形结构。B-O键是极性共价键，共价性成分约 占56%，键强略大于Si-O键，约为119cal/mol。整 个[BO3]正负电荷重心重合，不带极性。
根据X射线衍射和核磁共振的研究，证明B2O3玻璃 是由[BO3]组成的，但连接方式尚未彻底弄清。
由于B2O3玻璃密度与六角形结晶态的B2O3差别较 大，故不能把结晶态的结构推广到玻璃中。
玻璃结构的无序性主要是由于Si-Si距离（即Si-OSi键角）的可变性造成的。
[SiO4]之间的旋转角度也是无序分布的。所以[SiO4] 之间不能以边或面相连，而只能以顶角相连。
石英玻璃是[SiO4]之间以顶角相连，形成一种向三 度空间发展的架状结构，内部存在许多空隙。
1.3.2 碱硅酸盐玻璃结构 熔融石英玻璃中加入碱金属氧化物，会使原有[SiO4]
凡是成为玻璃态的物质与相应的晶体结构一样， 也是由一个三度空间网络所构成，这种网络是离 子多面体构筑起来的。晶体结构网是由多面体无 数次有规律重复而构成，而玻璃中结构多面体重 复没有规律性。
石英玻璃：与石英晶体类似存在最小结构单元— 硅氧四面体，但排列是无序的，缺乏对称性和周 期性。
钠钙硅玻璃：由硅氧四面体为结构单元的三度空 间网络所组成，碱金属和碱土金属离子均匀而无 序的分布于四面体之间的空隙中，以维持网络中 局部的电中性。
成为各种实用钠钙硅玻璃的基础。 源于钙本身的特性及在结构中的作用。
Ca2+半径0.99埃与Na+半径0.95埃相近，但电荷比Na+大 一倍，场强比钠大得多。
具有强化结构和限制Na+活动的作用。
1.4 硼酸盐玻璃结构
1.4.1 氧化硼玻璃结构 [BO3]是氧化硼玻璃的基本结构单元。 [BO3]是平面
一、玻璃的定义 1、狭义定义：熔融、冷却、固化的非结晶的无机物，
即无机玻璃，硅酸盐玻璃。 2、广义定义：呈现玻璃转变现象的非晶态固体。
玻璃转变现象是指当物质由固体加热或由熔体冷却时， 在相当于晶态物质熔点2/3~1/2温度附近出现性能突 变。这一温度称为玻璃转变温度。
二、玻璃的通性 1、各向同性
物理化学性质在任何方向都是相同的，是统计均 质结构的外在表现。 2、介稳性 比相应结晶态物质含有较大的能量，不是能量最 低状态。 ➢ 从热力学观点，有析晶的可能，是不稳定的； ➢ 从动力学观点，转变速率很小，稳定的。
石英玻璃结构模型
石英晶体结构模型
意义：无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续 性、统计均匀性和无序性，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。
综上所述：网络学说强调了玻璃中多面体相互间 排列的连续性、均匀性和无序性；而晶子学说则 强调了不连续性、有序性和微不均匀性。所以， 玻璃是连续性、不连续性，均匀性、微不均匀性， 无序性、有序性几对矛盾的对立统一。
3、无固定熔点 转化温度范围
4、性质变化的连续性和可逆性 玻璃态物质从熔融状态冷却（或相反加热）过程 中，其物理化学性质产生逐渐和连续的变化，而 且是可逆的。
1.2 玻璃的结构学说
近代玻璃结构学说有：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。目前 较为流行的是晶子学说和无规则网络学说。
根据X射线衍射分析， B2O3玻璃中有[BO3]相互连 接的硼氧三元环集团。
B2O3玻璃在不同温度下可能有几种结构模型：图1-9
低温B2O3玻璃结构是由桥氧连接的硼氧三角体和硼氧三 元环形成的向两度空间发展的网络，属于层状结构。
温度较高时转变成链状结构，由两个三角体在两个顶角 上相连接而形成的结构单元，通过桥氧连接而成。
1.3 硅酸盐玻璃结构
1.3.1 石英玻璃结构
目前一般倾向于用无规则网络学说的模型描述石英 玻璃结构，认为石英玻璃结构主要是无序而均匀的 ， 有序范围大约只有0.7~0.8nm。
[SiO4]是熔融石英玻璃的基本结构单元。Si原子位 于四面体的中心，O原子位于四面体的四个顶角， O- Si- O键角109°28ˊ。Si- O键是极性共价键， 离子性与共价性约各占50%，键强较大约为 106cal/mol。整个[SiO4]正负电荷重心1.1 玻璃的定义与通性 ❖ 1.2 玻璃的结构学说 ❖ 1.3 硅酸盐玻璃结构 ❖ 1.4 硼酸盐玻璃结构 ❖ 1.10 玻璃结构中阳离子的分类 ❖ 1.11 各种氧化物在玻璃中的作用 ❖ 1.12 玻璃的热历史 ❖ 1.13 玻璃成分、结构、性能之间的关系
1.1 玻璃的定义与通性
意义：晶子学说第一次指出玻璃中存在微不均匀性， 即存在一定的有序区域，这构成了该学说的合理部 分。对玻璃分相、晶化等的理解有重要价值。
二、无规则网络学说 提出：1932年查哈里阿森借助于哥希密特的离子结
晶化学原理，并参照玻璃的某些性能与相应晶体的 相似性提出了无规则网络学说。
内容：