第二章_玻璃的化學穩(wěn)定性-中國地質(zhì)大學

1、第二章第二章 玻璃的化學穩(wěn)定性玻璃的化學穩(wěn)定性 玻璃制品在使用過程中要受到水、酸、玻璃制品在使用過程中要受到水、酸、堿、鹽、氣體及各種化學試劑和藥液的侵蝕，堿、鹽、氣體及各種化學試劑和藥液的侵蝕，玻璃對這些侵蝕的抵抗能力稱為玻璃的化學玻璃對這些侵蝕的抵抗能力稱為玻璃的化學穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 玻璃的化學穩(wěn)定性決定于玻璃的抗蝕能玻璃的化學穩(wěn)定性決定于玻璃的抗蝕能力以及侵蝕介質(zhì)（水、酸、堿及大氣等）的力以及侵蝕介質(zhì)（水、酸、堿及大氣等）的種類和特性。此外侵蝕時的溫度、壓力等也種類和特性。此外侵蝕時的溫度、壓力等也有很大的影響。有很大的影響。2.1 2.1 玻璃的侵蝕機理玻璃的侵蝕機理 2.1.1 2.

2、1.1 水對玻璃的侵蝕水對玻璃的侵蝕SiONa+ H+OH-NaOH交換SiOHOHSi+32H2O水化SiOHOHOHHO（1）（2）Si(OH)4+NaOH中和Si(OH)3O-Na+H2O（4）（3） 反應產(chǎn)物反應產(chǎn)物Si(OH)4是一種極性分子是一種極性分子,它能它能使周圍的水分子極化使周圍的水分子極化,而定向地附著在自己周而定向地附著在自己周圍圍 ，成為，成為Si(OH)4nH2O，這是一個高度分散，這是一個高度分散的的SiO2H2O系統(tǒng)，通常稱為硅酸凝膠，除系統(tǒng)，通常稱為硅酸凝膠，除有一部分溶于水溶液外，大部分附著在玻璃有一部分溶于水溶液外，大部分附著在玻璃表面，形成一層薄膜。它具

3、有較強的抗水和表面，形成一層薄膜。它具有較強的抗水和抗酸能力，因此，有人稱之為抗酸能力，因此，有人稱之為“硅膠保護硅膠保護膜膜 ”,并認為保護膜層的存在，使并認為保護膜層的存在，使Na+和和H+的的離子擴散受到阻擋，離子交換反應速度越來離子擴散受到阻擋，離子交換反應速度越來越慢，以致停止。越慢，以致停止。 但許多實驗證明，但許多實驗證明，Na+離子和離子和H2O分子在凝膠分子在凝膠層中的擴散速度比在未被侵蝕的玻璃中要快得多。層中的擴散速度比在未被侵蝕的玻璃中要快得多。其原因是：其原因是：（1）由于）由于Na+離子被離子被H+離子代替，離子代替，H+離子半徑離子半徑遠小于遠小于Na+離子半徑，從

4、而使結(jié)構(gòu)變得疏松；離子半徑，從而使結(jié)構(gòu)變得疏松；（2）由于）由于H2O分子破壞了網(wǎng)絡，也有利于擴散。分子破壞了網(wǎng)絡，也有利于擴散。因此，硅酸凝膠薄膜并不會使擴散變慢。進一因此，硅酸凝膠薄膜并不會使擴散變慢。進一步侵蝕之所以變慢以至停頓的原因，是由于在步侵蝕之所以變慢以至停頓的原因，是由于在薄膜內(nèi)的一定厚度中，薄膜內(nèi)的一定厚度中，Na+離子已很缺乏，而離子已很缺乏，而且隨著且隨著Na+離子含量的降低，其他成分如離子含量的降低，其他成分如R2+的的含量相對上升，這些二價陽離子對含量相對上升，這些二價陽離子對Na+離子的離子的“抑制效應抑制效應”加強，因而使加強，因而使H+與與Na+離子交換離子交換

5、緩慢，在玻璃表面層中，反應式（緩慢，在玻璃表面層中，反應式（1）幾乎不）幾乎不能繼續(xù)進行，從而使反應（能繼續(xù)進行，從而使反應（2）和（）和（3）相繼停）相繼停止，結(jié)果使玻璃在水中的溶解量幾乎不再增加，止，結(jié)果使玻璃在水中的溶解量幾乎不再增加，水對玻璃的侵蝕也就停止了。水對玻璃的侵蝕也就停止了。 對于對于Na2OSiO2系統(tǒng)的玻璃，則在水中系統(tǒng)的玻璃，則在水中的溶解將長期繼續(xù)下去，直到的溶解將長期繼續(xù)下去，直到Na+離子幾乎全離子幾乎全部被侵蝕出為止。但在含有部被侵蝕出為止。但在含有RO、R2O3、RO2等三組分或多組分系統(tǒng)玻璃中，由于第三、等三組分或多組分系統(tǒng)玻璃中，由于第三、第四等組分的存在

6、，對第四等組分的存在，對Na+離子的擴散有巨大離子的擴散有巨大影響。它們通常能阻擋影響。它們通常能阻擋Na+離子的擴散，且隨離子的擴散，且隨Na+離子相對濃度（相對于離子相對濃度（相對于R2+、R3+、R4+的含的含量）的降低，則所受阻擋越大，擴散越來越量）的降低，則所受阻擋越大，擴散越來越慢，以至幾乎停止。慢，以至幾乎停止。 2.1.2 2.1.2 酸對玻璃的侵蝕作用酸對玻璃的侵蝕作用 除氫氟酸外，一般的酸并不直接與除氫氟酸外，一般的酸并不直接與玻璃起反應，而是通過水對玻璃起侵蝕玻璃起反應，而是通過水對玻璃起侵蝕作用。酸的濃度大意味著其中水的含量作用。酸的濃度大意味著其中水的含量低，因此，濃

7、酸對玻璃的侵蝕能力低于低，因此，濃酸對玻璃的侵蝕能力低于稀酸。稀酸。然而酸對玻璃的作用又與水對玻璃的然而酸對玻璃的作用又與水對玻璃的作用有所不同。首先，在酸中作用有所不同。首先，在酸中H+離子離子濃度比水中的濃度比水中的H+離子濃度大，所以離子濃度大，所以H+與與Na+的離子交換速度在酸中比在水中的離子交換速度在酸中比在水中快，即在酸中反應式（快，即在酸中反應式（1）有較快的速）有較快的速度，從而增加了玻璃的失重；度，從而增加了玻璃的失重；其次在酸中由于溶液的其次在酸中由于溶液的pH值降低，從而使值降低，從而使Si(OH)4的溶解度減小，也即減慢了式（的溶解度減小，也即減慢了式（3）的反應速度

8、，從而減少了玻璃的失重。當玻的反應速度，從而減少了玻璃的失重。當玻璃中璃中R2O含量較高時，前一種效果是主要的；含量較高時，前一種效果是主要的；反之，當玻璃含反之，當玻璃含SiO2較高時，則后一種效果較高時，則后一種效果是主要的。即高堿玻璃的耐酸性小于耐水性，是主要的。即高堿玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃的耐酸性則大于耐水性。而高硅玻璃的耐酸性則大于耐水性。 2.1.3 2.1.3 堿對玻璃的侵蝕堿對玻璃的侵蝕 硅酸鹽玻璃一般不耐堿，堿對玻璃的侵蝕是通過硅酸鹽玻璃一般不耐堿，堿對玻璃的侵蝕是通過 OH離子破壞硅氧骨架（離子破壞硅氧骨架（SiOSi），使），使 SiO鍵斷裂，網(wǎng)絡解體產(chǎn)生鍵斷

9、裂，網(wǎng)絡解體產(chǎn)生SiO群，使群，使SiO2溶解在堿溶解在堿液中，其反應為：液中，其反應為： SiOSi+ OH SiO + HOSi (5)而且又由于在堿液中存在如下反應：而且又由于在堿液中存在如下反應：Si(OH)4+NaOH Si(OH)3ONa+H2O (6)侵蝕能不斷的進行侵蝕能不斷的進行(此時此時NaOH不象水不象水對玻璃的侵蝕那樣僅由離子交換而得對玻璃的侵蝕那樣僅由離子交換而得),所以使堿對玻璃的侵蝕過程不生成硅所以使堿對玻璃的侵蝕過程不生成硅膠薄膜，而是玻璃表面層不斷脫落，膠薄膜，而是玻璃表面層不斷脫落，玻璃的侵蝕程度與侵蝕時間成直線關(guān)玻璃的侵蝕程度與侵蝕時間成直線關(guān)系。此外玻璃

10、的侵蝕程度還與陽離子系。此外玻璃的侵蝕程度還與陽離子的種類有關(guān)，的種類有關(guān)， Na2OCaOSiO2玻璃（玻璃（Na2O15.5，CaO12.5，SiO270.0mass%）在在70，PH為為11.50的堿溶液中的侵蝕的堿溶液中的侵蝕侵 蝕侵 蝕深 度深 度/nm侵蝕時間侵蝕時間/h另外，陽離子對玻璃表面的吸附能力另外，陽離子對玻璃表面的吸附能力以及侵蝕后玻璃表面形成的硅酸鹽在以及侵蝕后玻璃表面形成的硅酸鹽在堿溶液中溶解度大小，對玻璃的侵蝕堿溶液中溶解度大小，對玻璃的侵蝕也有較大影響。例如也有較大影響。例如Ca(OH)2溶液對溶液對 玻璃的侵蝕較小，其原因就在于玻璃玻璃的侵蝕較小，其原因就在于

11、玻璃受侵蝕后生成硅酸離子與受侵蝕后生成硅酸離子與Ca2+離子在離子在玻璃表面生成溶解度小的硅酸鈣，從玻璃表面生成溶解度小的硅酸鈣，從而阻礙了進一步被侵蝕的緣故。而阻礙了進一步被侵蝕的緣故。除此之外，玻璃的耐堿性還與玻璃除此之外，玻璃的耐堿性還與玻璃中中RO鍵的強度有關(guān)。鍵的強度有關(guān)。R+和和R2+隨隨著離子半徑的增加，耐堿性降低，著離子半徑的增加，耐堿性降低，而高場強、高配位的陽離子能提高而高場強、高配位的陽離子能提高玻璃的耐堿性。玻璃的耐堿性。綜上所述，堿性溶液對玻璃的侵蝕綜上所述，堿性溶液對玻璃的侵蝕機理與水或酸不同。水或酸（包括機理與水或酸不同。水或酸（包括中性鹽和酸性鹽）中性鹽和酸性鹽

12、） 對玻璃的侵蝕只對玻璃的侵蝕只是改變、破壞或溶解（瀝濾）玻璃是改變、破壞或溶解（瀝濾）玻璃結(jié)構(gòu)組成中的結(jié)構(gòu)組成中的R2O、RO等網(wǎng)絡外體等網(wǎng)絡外體物質(zhì)；而堿性溶液不僅對網(wǎng)絡外體物質(zhì)；而堿性溶液不僅對網(wǎng)絡外體氧化物起作用，而且也對玻璃結(jié)構(gòu)氧化物起作用，而且也對玻璃結(jié)構(gòu)中的硅氧骨架起溶蝕作用。中的硅氧骨架起溶蝕作用。 2.1.4 2.1.4 大氣對玻璃的侵蝕大氣對玻璃的侵蝕 大氣的侵蝕實質(zhì)上是水汽、大氣的侵蝕實質(zhì)上是水汽、CO2、SO2等等作用的總和。玻璃受潮濕大氣的侵蝕過程首作用的總和。玻璃受潮濕大氣的侵蝕過程首先開始于玻璃表面。玻璃表面的某些離子吸先開始于玻璃表面。玻璃表面的某些離子吸附了空

13、氣中的水分子，在玻璃表面形成了一附了空氣中的水分子，在玻璃表面形成了一層薄薄的水膜，如果玻璃組成中層薄薄的水膜，如果玻璃組成中R2O等含量等含量少，這種薄膜形成后就不再繼續(xù)發(fā)展；如果少，這種薄膜形成后就不再繼續(xù)發(fā)展；如果玻璃組成中玻璃組成中R2O含量較多，則被吸附的水膜含量較多，則被吸附的水膜會變成堿金屬氫氧化物的溶液，并進一步吸會變成堿金屬氫氧化物的溶液，并進一步吸附水，同時使玻璃表面受到破壞。附水，同時使玻璃表面受到破壞。實踐證明，水汽比水溶液具有更大的侵蝕性。實踐證明，水汽比水溶液具有更大的侵蝕性。水溶液對玻璃的侵蝕是在大量水存在的情況下水溶液對玻璃的侵蝕是在大量水存在的情況下進行的，因

14、此從玻璃中釋出的堿（進行的，因此從玻璃中釋出的堿（Na+離子）離子）不斷轉(zhuǎn)入水溶液中（不斷稀釋）。所以在侵蝕不斷轉(zhuǎn)入水溶液中（不斷稀釋）。所以在侵蝕的過程中，玻璃表面附近水的的過程中，玻璃表面附近水的pH值沒有明顯值沒有明顯的改變。而水汽則不然，它是以微粒水滴粘附的改變。而水汽則不然，它是以微粒水滴粘附于玻璃的表面。玻璃中釋出的堿不能被移走，于玻璃的表面。玻璃中釋出的堿不能被移走，而是在玻璃表面的水膜中不斷積累。而是在玻璃表面的水膜中不斷積累。隨著侵蝕的進行，堿濃度越來越大，隨著侵蝕的進行，堿濃度越來越大，pH值迅速上升，最后類似于堿液對玻璃的值迅速上升，最后類似于堿液對玻璃的侵蝕。從而大大加

15、速了玻璃的侵蝕。因侵蝕。從而大大加速了玻璃的侵蝕。因此水汽對玻璃的侵蝕先是以離子交換為此水汽對玻璃的侵蝕先是以離子交換為主的釋堿過程，后來逐步過渡到以破壞主的釋堿過程，后來逐步過渡到以破壞網(wǎng)絡為主的溶蝕過程，即水汽比水對玻網(wǎng)絡為主的溶蝕過程，即水汽比水對玻璃的侵蝕更強烈。在高溫、高壓下使用璃的侵蝕更強烈。在高溫、高壓下使用的水位計玻璃侵蝕特別嚴重，就是與水的水位計玻璃侵蝕特別嚴重，就是與水汽的侵蝕特性有關(guān)。汽的侵蝕特性有關(guān)。2.2 2.2 影響玻璃化學穩(wěn)定性的因素影響玻璃化學穩(wěn)定性的因素 2.2.1 2.2.1 化學組成的影響化學組成的影響玻璃的化學穩(wěn)定性主要決定于玻璃的化學組玻璃的化學穩(wěn)定性

16、主要決定于玻璃的化學組成、熱處理、表面處理及溫度和壓力等。成、熱處理、表面處理及溫度和壓力等。（1 1）硅酸鹽玻璃的耐水性和耐酸性主要是由）硅酸鹽玻璃的耐水性和耐酸性主要是由硅氧和堿金屬氧化物的含量來決定的。二氧硅氧和堿金屬氧化物的含量來決定的。二氧化硅含量越高，硅氧四面體相互連接程度則化硅含量越高，硅氧四面體相互連接程度則越大，玻璃的化學穩(wěn)定性也越高。因此石英越大，玻璃的化學穩(wěn)定性也越高。因此石英玻璃有極高的抗水、抗酸侵蝕能力。玻璃有極高的抗水、抗酸侵蝕能力。二元堿金屬硅酸鹽玻璃的水侵蝕二元堿金屬硅酸鹽玻璃的水侵蝕潤濕角/（）R2O/mol%圖 6-4 14R2O9PbO77 SiO2 玻璃

17、的化學穩(wěn)定性R2O/mol%Na2O/%K2O/%在水中的溶出度/（mg/m2）14R2O.9PbO.77SiO2Na2OR2O(%)K2O（2 2）當玻璃中同時存在兩種堿金屬氧化物）當玻璃中同時存在兩種堿金屬氧化物時，由于時，由于“混合堿效應混合堿效應”使玻璃的化學穩(wěn)定使玻璃的化學穩(wěn)定性出現(xiàn)極值，這一效應在鉛玻璃中表現(xiàn)更為性出現(xiàn)極值，這一效應在鉛玻璃中表現(xiàn)更為明顯。明顯。（3）在硅酸鹽玻璃中以堿土金屬或其他二）在硅酸鹽玻璃中以堿土金屬或其他二價金屬氧化物置換硅氧時，也會降低玻璃的價金屬氧化物置換硅氧時，也會降低玻璃的化學穩(wěn)定性。但是，降低穩(wěn)定性的效應比堿化學穩(wěn)定性。但是，降低穩(wěn)定性的效應比堿

18、金屬氧化物為弱。在二價氧化物中，金屬氧化物為弱。在二價氧化物中，BaO和和PbO降低化學穩(wěn)定性的作用最強烈降低化學穩(wěn)定性的作用最強烈,MgO和和CaO次之次之.（4）在化學成分為）在化學成分為100SiO2+(33.3-x) Na2O+xRO(R 2O3或或RO2)的基礎(chǔ)玻璃中，用的基礎(chǔ)玻璃中，用CaO、MgO、Al 2O3、TiO2、ZrO2、BaO等氧化物依等氧化物依次置換部分次置換部分Na 2O后，對耐水性和耐酸性的順序后，對耐水性和耐酸性的順序如下：如下：耐水性耐水性 ZrO2 Al 2O3 TiO2ZnO MgOCaOBaO 耐酸性耐酸性 ZrO2 Al 2O3 ZnO CaO Ti

19、O2MgOBaO（5 5）在三價氧化物中，氧化硼對玻璃的化學）在三價氧化物中，氧化硼對玻璃的化學穩(wěn)定性同樣會出現(xiàn)穩(wěn)定性同樣會出現(xiàn)“硼反常硼反?！爆F(xiàn)象，現(xiàn)象， 16 16Na 2Oxx B 2O3(84-x)(84-x) SiO2玻璃在水中的溶解度（玻璃在水中的溶解度（2h2h）水水中中溶溶出出度度S/%B2O3/%在在Na2O-CaO- SiO2玻璃中，加入少量玻璃中，加入少量 Al2O3時，能大大提高其化學穩(wěn)定性，這時，能大大提高其化學穩(wěn)定性，這是因為此時是因為此時Al3+位于位于AlO4四面體，對硅四面體，對硅氧網(wǎng)絡起補網(wǎng)作用；如果氧網(wǎng)絡起補網(wǎng)作用；如果Al2O3含量過高含量過高時，由于時

20、，由于AlO4四面體體積大于四面體體積大于SiO4四四面體的體積，使網(wǎng)絡緊密程度下降，因面體的體積，使網(wǎng)絡緊密程度下降，因而玻璃的化學穩(wěn)定性也隨之下降。而玻璃的化學穩(wěn)定性也隨之下降。（6）在鈉鈣硅酸鹽玻璃）在鈉鈣硅酸鹽玻璃xNa2OyCaOzSiO2中，如果氧化物的含量符合下式，則可以得中，如果氧化物的含量符合下式，則可以得到相當穩(wěn)定的玻璃。到相當穩(wěn)定的玻璃。yyxz23綜上所述綜上所述，凡是能加強玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡并使結(jié)構(gòu)，凡是能加強玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡并使結(jié)構(gòu)完整致密的氧化物，都能提高玻璃的化學穩(wěn)定完整致密的氧化物，都能提高玻璃的化學穩(wěn)定性，反之，將使玻璃的化學穩(wěn)定性下降。性，反之，將使玻璃的化學穩(wěn)定性

21、下降。 2.2.2 2.2.2 熱處理的影響熱處理的影響一般來說，退火玻璃比淬火玻璃的化學穩(wěn)定一般來說，退火玻璃比淬火玻璃的化學穩(wěn)定性高，這是因為退火玻璃比淬火玻璃的密度性高，這是因為退火玻璃比淬火玻璃的密度大，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)比較緊密的緣故。但是，玻璃大，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)比較緊密的緣故。但是，玻璃經(jīng)淬火后，表面處于很高的壓應力狀態(tài)，對經(jīng)淬火后，表面處于很高的壓應力狀態(tài)，對表面的疏松結(jié)構(gòu)有抵消作用。為此淬火程度表面的疏松結(jié)構(gòu)有抵消作用。為此淬火程度高的玻璃，其化學穩(wěn)定性有可能高于退火玻高的玻璃，其化學穩(wěn)定性有可能高于退火玻璃。璃。 退火有明焰和暗焰兩種方式。明焰是指玻璃制退火有明焰和暗焰兩種方式。明焰是指玻璃

22、制品在爐氣中進行退火，此時玻璃表面的堿金屬氧化品在爐氣中進行退火，此時玻璃表面的堿金屬氧化物能與爐氣中的酸性氣體（主要是物能與爐氣中的酸性氣體（主要是SO2）所中和，）所中和，而形成而形成“白霜白霜”（主要成分為硫酸鈉），通稱為（主要成分為硫酸鈉），通稱為“硫霜化硫霜化”，當，當“白霜白霜”被去掉后，玻璃表面的堿被去掉后，玻璃表面的堿金屬氧化物含量有所降低，從而提高了玻璃制品的金屬氧化物含量有所降低，從而提高了玻璃制品的化學穩(wěn)定性。且隨著退火時間的延長和退火溫度的化學穩(wěn)定性。且隨著退火時間的延長和退火溫度的提高，有利于堿金屬氧化物向表面的擴散，將使更提高，有利于堿金屬氧化物向表面的擴散，將使更

23、多的堿金屬氧化物參加與爐氣的反應，使玻璃的化多的堿金屬氧化物參加與爐氣的反應，使玻璃的化學穩(wěn)定性得到更大的提高。學穩(wěn)定性得到更大的提高。相反，如果采用暗焰退火相反，如果采用暗焰退火, 將引起堿在玻將引起堿在玻璃表面的富集，玻璃的化學穩(wěn)定性反而隨璃表面的富集，玻璃的化學穩(wěn)定性反而隨退火時間的增長和退火溫度的提高而降低。退火時間的增長和退火溫度的提高而降低。為此，工廠有時為了改進玻璃制品的化學為此，工廠有時為了改進玻璃制品的化學穩(wěn)定性而用含硫量高的燃料進行明焰退火穩(wěn)定性而用含硫量高的燃料進行明焰退火或特地往退火爐中加進或特地往退火爐中加進SO2氣體及硫酸銨、氣體及硫酸銨、硫酸鋁等鹽類。硫酸鋁等鹽類

24、。硼硅酸鹽玻璃在退火過程中會發(fā)生分相，分硼硅酸鹽玻璃在退火過程中會發(fā)生分相，分成富硅氧相和富鈉硼相。分相后如形成孤島成富硅氧相和富鈉硼相。分相后如形成孤島滴球狀結(jié)構(gòu)，鈉硼相為富硅氧相所包圍，使滴球狀結(jié)構(gòu)，鈉硼相為富硅氧相所包圍，使易溶的鈉硼相免受介質(zhì)的侵蝕，則玻璃的化易溶的鈉硼相免受介質(zhì)的侵蝕，則玻璃的化學穩(wěn)定性將會提高。如果分相后鈉硼相與硅學穩(wěn)定性將會提高。如果分相后鈉硼相與硅氧相形成連通結(jié)構(gòu)，則玻璃的化學穩(wěn)定性將氧相形成連通結(jié)構(gòu)，則玻璃的化學穩(wěn)定性將會大大降低，由于易溶的鈉硼相能不斷地被會大大降低，由于易溶的鈉硼相能不斷地被侵蝕介質(zhì)浸析出來所致（高硅氧玻璃就是利侵蝕介質(zhì)浸析出來所致（高硅氧

25、玻璃就是利用鈉硼硅酸鹽玻璃的分相原理來制造的）。用鈉硼硅酸鹽玻璃的分相原理來制造的）。圖圖6 鈉硼硅酸鹽玻璃在退火過程中結(jié)構(gòu)變化示意圖鈉硼硅酸鹽玻璃在退火過程中結(jié)構(gòu)變化示意圖 (a) 孤島滴球狀結(jié)構(gòu)孤島滴球狀結(jié)構(gòu) (b) 半連通結(jié)構(gòu)半連通結(jié)構(gòu) (c) 連通結(jié)構(gòu)連通結(jié)構(gòu) 2.2.3 2.2.3 表面狀態(tài)的影響表面狀態(tài)的影響介質(zhì)對玻璃的侵蝕首先從表面開始，因介質(zhì)對玻璃的侵蝕首先從表面開始，因此玻璃的表面狀態(tài)對玻璃的化學穩(wěn)定性此玻璃的表面狀態(tài)對玻璃的化學穩(wěn)定性具有重要的意義。我們可以通過表面處具有重要的意義。我們可以通過表面處理的方法來改變玻璃的表面狀態(tài)，以提理的方法來改變玻璃的表面狀態(tài)，以提高玻璃

26、的化學穩(wěn)定性。高玻璃的化學穩(wěn)定性。表面處理大致可以分為兩大類：表面處理大致可以分為兩大類：（1）從玻璃表面層移除能降低玻璃表面化學）從玻璃表面層移除能降低玻璃表面化學穩(wěn)定性的氧化物（穩(wěn)定性的氧化物（Na2O、K2O等）。等）。 酸性氣體處理玻璃表面酸性氣體處理玻璃表面例如，在例如，在CO2和和SO2中把平板玻璃試樣在中把平板玻璃試樣在420加熱加熱3 h，然后測定在，然后測定在80水中加熱水中加熱3h的的Na2O溶出量溶出量 平板玻璃用酸氣處理表平板玻璃用酸氣處理表面面Na2O溶出量溶出量試試 樣樣 編編 號號Na2O溶出量溶出量 / (mg/m2)不不 處處 理理CO2SO212318.01

27、2.515.09.04.910.38.77.79.1 用水或酸溶液預先處理玻璃表面用水或酸溶液預先處理玻璃表面能在玻璃表面生成一定厚度的高硅氧膜，以能在玻璃表面生成一定厚度的高硅氧膜，以提高玻璃的化學穩(wěn)定性。例如用提高玻璃的化學穩(wěn)定性。例如用H2SO4作用作用于光學玻璃的表面，能形成一層硅膠膜，它于光學玻璃的表面，能形成一層硅膠膜，它阻礙了侵蝕介質(zhì)對玻璃的進一步侵蝕。如果阻礙了侵蝕介質(zhì)對玻璃的進一步侵蝕。如果將酸處理過的玻璃制品，再加熱到將酸處理過的玻璃制品，再加熱到400 500，由于硅膠膜的更加致密，可使玻璃，由于硅膠膜的更加致密，可使玻璃的化學穩(wěn)定性有更大的提高。的化學穩(wěn)定性有更大的提高

28、。(2) (2) 玻璃表面進行涂層玻璃表面進行涂層 玻璃表面涂以對玻璃具有良好粘附力而玻璃表面涂以對玻璃具有良好粘附力而對侵蝕介質(zhì)具有低親和力的物質(zhì)。通常用硅對侵蝕介質(zhì)具有低親和力的物質(zhì)。通常用硅有機化合物進行玻璃表面涂層來提高抗蝕性。有機化合物進行玻璃表面涂層來提高抗蝕性。硅有機化合物不僅對提高抗水性和抗酸性有硅有機化合物不僅對提高抗水性和抗酸性有顯著的作用，而且對提高玻璃的力學和電學顯著的作用，而且對提高玻璃的力學和電學性質(zhì)也有重要的作用。此外還采用氟化物、性質(zhì)也有重要的作用。此外還采用氟化物、氧化物和金屬等進行無機涂膜。氧化物和金屬等進行無機涂膜。 2.2.4 2.2.4 溫度和壓力的影

29、響溫度和壓力的影響 玻璃的化學穩(wěn)定性隨溫度和壓力的玻璃的化學穩(wěn)定性隨溫度和壓力的升高而劇烈地變化。在升高而劇烈地變化。在100以下，溫以下，溫度每升高度每升高10， 侵蝕介質(zhì)對玻璃的浸侵蝕介質(zhì)對玻璃的浸析速度增加析速度增加 50250%，100以上時，以上時，侵蝕作用始終是劇烈的，只有含鋯多的侵蝕作用始終是劇烈的，只有含鋯多的玻璃才是穩(wěn)定的。玻璃才是穩(wěn)定的。壓力對玻璃化學穩(wěn)定性的影響也很壓力對玻璃化學穩(wěn)定性的影響也很大，當壓力提高到大，當壓力提高到29.498105Pa時，時，甚至化學性能較穩(wěn)定的玻璃也可在甚至化學性能較穩(wěn)定的玻璃也可在短時期內(nèi)劇烈地被破壞，同時有大短時期內(nèi)劇烈地被破壞，同時有

30、大量的氧化硅轉(zhuǎn)入溶液中。高壓水位量的氧化硅轉(zhuǎn)入溶液中。高壓水位計玻璃受侵蝕的現(xiàn)象，就是典型的計玻璃受侵蝕的現(xiàn)象，就是典型的代表。代表。2.3 2.3 幾種特殊侵蝕情況幾種特殊侵蝕情況 2.3.1 2.3.1 玻璃的脫片現(xiàn)象玻璃的脫片現(xiàn)象盛裝藥液和飲料用的玻璃瓶，在受到水或堿溶盛裝藥液和飲料用的玻璃瓶，在受到水或堿溶液的侵蝕后，當化學穩(wěn)定性不良時會產(chǎn)生脫片液的侵蝕后，當化學穩(wěn)定性不良時會產(chǎn)生脫片現(xiàn)象。如保溫瓶在盛裝一段時間熱水后，在水現(xiàn)象。如保溫瓶在盛裝一段時間熱水后，在水中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有脫片；盛裝堿性注射劑的安瓿瓶，中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有脫片；盛裝堿性注射劑的安瓿瓶，在熱壓消毒過程中或長期存放中，常因藥劑的

31、在熱壓消毒過程中或長期存放中，常因藥劑的侵蝕而產(chǎn)生脫片，嚴重影響藥液質(zhì)量，損害用侵蝕而產(chǎn)生脫片，嚴重影響藥液質(zhì)量，損害用藥者的健康，甚至危及生命。藥者的健康，甚至危及生命。玻璃脫片首先是藥液侵蝕玻璃表面，溶出氧玻璃脫片首先是藥液侵蝕玻璃表面，溶出氧化鈉、硼酸鈉之類的易溶成分，在玻璃表面化鈉、硼酸鈉之類的易溶成分，在玻璃表面上留下一層膜狀含水硅氧骨架即硅膠膜。而上留下一層膜狀含水硅氧骨架即硅膠膜。而后藥液中的堿性成分繼續(xù)侵蝕這層硅膠膜，后藥液中的堿性成分繼續(xù)侵蝕這層硅膠膜，使之產(chǎn)生微小空穴，侵蝕劑沿著形成的空穴使之產(chǎn)生微小空穴，侵蝕劑沿著形成的空穴向內(nèi)層進一步滲透、侵蝕，并使空穴不規(guī)則向內(nèi)層進一

32、步滲透、侵蝕，并使空穴不規(guī)則地向深層發(fā)展，從而使玻璃表面在一定厚度地向深層發(fā)展，從而使玻璃表面在一定厚度內(nèi)形成疏松的多孔層。內(nèi)形成疏松的多孔層。當玻璃受到冷熱交換或外當玻璃受到冷熱交換或外 力振動時，多孔層力振動時，多孔層發(fā)生潰散、剝離，形成大小、厚薄、外形不發(fā)生潰散、剝離，形成大小、厚薄、外形不一致的閃光薄片，大部分情況呈片狀，也有一致的閃光薄片，大部分情況呈片狀，也有針狀、絮狀者。形成的脫片一般是玻璃體，針狀、絮狀者。形成的脫片一般是玻璃體，但脫片的化學成分與玻璃主體有較大差別，但脫片的化學成分與玻璃主體有較大差別，一般是易溶成分進入溶液而難溶成分成為脫一般是易溶成分進入溶液而難溶成分成為

33、脫片，即片，即Na2O、B2O3、SiO2比原玻璃減少，而比原玻璃減少，而 CaO 、MgO、ZnO、MnO2、Fe2O3比原玻璃比原玻璃大大提高。大大提高。瓶瓶 號號SiO2Al 2O3B 2O3CaOMgOZnONa 2O堿溶出堿溶出Na 2O/mgABCDEFGH71.273.374.070.072.974.274.172.77.45.96.53.64.64.13.13.913.412.812.114.41.31.11.44.71.81.12.10.92.30.81.21.46.87.87.48.518.319.319.317.90.030.050.030.070.871.931.520

34、.12玻璃瓶的組成（玻璃瓶的組成（mass%）和堿溶出量）和堿溶出量 保溫瓶脫片的研究表明，含保溫瓶脫片的研究表明，含MgO高的玻璃高的玻璃容易引起脫片，即使玻璃中不含容易引起脫片，即使玻璃中不含MgO，而，而盛裝的熱水中含鎂離子，當盛裝的熱水中含鎂離子，當 pH8時也易時也易引起脫片，這兩種情況都產(chǎn)生硅酸鎂晶體。引起脫片，這兩種情況都產(chǎn)生硅酸鎂晶體。這說明脫片的產(chǎn)生可分為水與玻璃成分反這說明脫片的產(chǎn)生可分為水與玻璃成分反應生成的原生脫片和侵蝕溶液的離子與玻應生成的原生脫片和侵蝕溶液的離子與玻璃成分反應生成的次生脫片兩種。璃成分反應生成的次生脫片兩種。 2.3.2 2.3.2 玻璃的生物發(fā)霉玻

35、璃的生物發(fā)霉 在濕度大、氣溫高的地方使用光學儀器在濕度大、氣溫高的地方使用光學儀器時常發(fā)生光學玻璃透鏡發(fā)霉的現(xiàn)象。玻璃一時常發(fā)生光學玻璃透鏡發(fā)霉的現(xiàn)象。玻璃一經(jīng)發(fā)霉，霉是很難擦去的，輕者影響儀器的經(jīng)發(fā)霉，霉是很難擦去的，輕者影響儀器的性能，重者使儀器報廢。許多研究者確實從性能，重者使儀器報廢。許多研究者確實從霉點上檢查出多種菌體的存在，并用電子顯霉點上檢查出多種菌體的存在，并用電子顯微鏡攝得霉點處凹凸不平的侵蝕表面，但對微鏡攝得霉點處凹凸不平的侵蝕表面，但對玻璃的玻璃的 生物發(fā)霉本質(zhì)還研究得不多，對于生物發(fā)霉本質(zhì)還研究得不多，對于解釋和解決生物發(fā)霉現(xiàn)象的途徑還存在著不解釋和解決生物發(fā)霉現(xiàn)象的途

36、徑還存在著不同的觀點。同的觀點。盡管人們對細菌、微生物在分解天然礦物形盡管人們對細菌、微生物在分解天然礦物形成土壤中的生物化學過程作出了許多成功成土壤中的生物化學過程作出了許多成功 的研究和解釋，但對菌體在玻璃表面上滋長的研究和解釋，但對菌體在玻璃表面上滋長現(xiàn)象的分析還存在困難，實際上最容易產(chǎn)生現(xiàn)象的分析還存在困難，實際上最容易產(chǎn)生霉斑的是那些化學穩(wěn)定性（耐水性）差的玻霉斑的是那些化學穩(wěn)定性（耐水性）差的玻璃透鏡，而在實驗室條件下，在玻璃表面上璃透鏡，而在實驗室條件下，在玻璃表面上作菌種培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)，菌類最容易在石英玻璃作菌種培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)，菌類最容易在石英玻璃表面滋長，顯然因為它的表面是中性的緣故

37、。表面滋長，顯然因為它的表面是中性的緣故。與此相反，一些在濕氣的作用下在表面上形與此相反，一些在濕氣的作用下在表面上形成堿性介質(zhì)的卻抑制菌類的生長。成堿性介質(zhì)的卻抑制菌類的生長。但在多數(shù)情況下，清潔玻璃表面受潮屬于但在多數(shù)情況下，清潔玻璃表面受潮屬于堿性環(huán)境，是不利于菌類滋生的堿性環(huán)境，是不利于菌類滋生的 , , 因此有因此有人認為如果玻璃表面上沒有有機物質(zhì)的污人認為如果玻璃表面上沒有有機物質(zhì)的污染，清潔的玻璃表面是不會滋生微生物群染，清潔的玻璃表面是不會滋生微生物群的。由此不妨推論玻璃生物發(fā)霉的起點首的。由此不妨推論玻璃生物發(fā)霉的起點首先是潮氣作用于玻璃表面，形成一層堿性先是潮氣作用于玻璃表

38、面，形成一層堿性水膜，受到外來有機物的污染，堿性被中水膜，受到外來有機物的污染，堿性被中和，形成有機鹽類，成為菌類的養(yǎng)分，菌和，形成有機鹽類，成為菌類的養(yǎng)分，菌類落在玻璃表面上開始滋長。類落在玻璃表面上開始滋長。由于菌類的繁衍，吸收空氣中的水分，由于菌類的繁衍，吸收空氣中的水分，CO2分解出有機酸，更加劇了侵蝕，菌體深入玻分解出有機酸，更加劇了侵蝕，菌體深入玻璃表層，破壞了玻璃表面。由此可見，提高璃表層，破壞了玻璃表面。由此可見，提高玻璃的化學穩(wěn)定性，首先是抗水性，是提高玻璃的化學穩(wěn)定性，首先是抗水性，是提高玻璃抗霉能力的首要條件。但是由于光學玻玻璃抗霉能力的首要條件。但是由于光學玻璃品種很多

39、，用調(diào)整玻璃成分的方法提高其璃品種很多，用調(diào)整玻璃成分的方法提高其化學穩(wěn)定性不是都能滿足抗霉要求的?；瘜W穩(wěn)定性不是都能滿足抗霉要求的。實驗證實實驗證實,向玻璃組成中引人向玻璃組成中引人Ag、Cu、Mo、Tl、Cd、Ti、As等（因其有抑制等（因其有抑制微生物生長的作用）的氧化物對部分微微生物生長的作用）的氧化物對部分微生物生物(特別是霉菌特別是霉菌)有抑制作用，但對細有抑制作用，但對細菌類沒有明顯的抑制作用。菌類沒有明顯的抑制作用。為此人們提出，為了防止玻璃發(fā)霉可采取為此人們提出，為了防止玻璃發(fā)霉可采取向玻璃組成中引人少量抑菌金屬離子和在向玻璃組成中引人少量抑菌金屬離子和在玻璃表面涂覆殺菌劑的方法，如在涂膜中玻璃表面涂覆殺菌劑的方法，