無機材料合成與工藝第一章

無機材料合成與工藝課件第一章第1頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六緒論材料是人類生活和生產(chǎn)活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，同人類文明密切相關(guān)。石器時代、銅器時代、鐵器時代等人類文明發(fā)展階段，就是以相應的材料來命名的。第2頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六材料是人類生活中可以利用的物質(zhì)實體，也是經(jīng)過人類加工的原料，兩要素：經(jīng)人類加工過的；可以為人類所利用的。材料也是人類工具的重要要素；每一種新材料的發(fā)現(xiàn)、開發(fā)與應用，是人類文明和進步的一個重要標志。第3頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六第4頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六要獲得這些材料，最關(guān)鍵的是制備材料。如何制備材料？原理、過程及設(shè)備？如何將它們組合起來？本課程，就是同大家一道，學習研究材料的制備原理及工藝方法。第5頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六材料的分類及特點第6頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六先進無機非金屬材料新型玻璃先進陶瓷復合材料納米材料傳統(tǒng)無機非金屬材料玻璃陶瓷水泥耐火材料第7頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六使用效能性能組成與結(jié)構(gòu)合成與制備工藝第8頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六本課程教學重點傳統(tǒng)無機非金屬材料的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)和工藝原理及方法。結(jié)構(gòu)，工藝和性能間的相互聯(lián)系傳統(tǒng)的無機非金屬材料的工業(yè)生產(chǎn)過程和基本生產(chǎn)參數(shù)。無機材料制備工藝的最新發(fā)展情況第9頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六本課程主要參考書目1.《無機非金屬材料工學》，林宗壽，武漢工業(yè)大學出版社。2.《陶瓷材料學》,周玉，哈爾濱工業(yè)大學出版社。3.《現(xiàn)代無機非金屬材料工藝學》，施劍林，吉林科學技術(shù)出版社。4.《無機合成與制備化學》，徐如人、龐文琴等編寫，高等教育出版社。5.《新型無機材料》，楊華明、宋曉嵐、金勝明等，化學工業(yè)出版社。6.《無機非金屬材料工藝原理》，姜建華，化學工業(yè)出版社。7.《新型功能材料設(shè)計與制備工藝》，趙九蓬，李垚，劉麗編，化學工業(yè)出版社?？己朔椒ǎ洪]卷考試第10頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六第一篇玻璃工藝學第11頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃是由什么構(gòu)成的？怎么生產(chǎn)出來的？性質(zhì)上為什么有這么多不同？第12頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六廣義：一種具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的固體材料。狹義：從高溫熔體中冷卻，在室溫下還保持熔體結(jié)構(gòu)的固體材料，又稱過冷液體。玻璃的定義第13頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六按工藝：浮法玻璃、垂直引上玻璃、壓延玻璃等按成分：硅酸鹽玻璃，硼酸鹽玻璃，鋁酸鹽玻璃，磷酸鹽玻璃等玻璃的分類按用途：平板玻璃(建筑、日用玻璃)、光學玻璃、器皿玻璃、工藝玻璃，激光玻璃等第14頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六第一章玻璃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)玻璃的通性和結(jié)構(gòu)第二節(jié)玻璃的生成規(guī)律及其相變第三節(jié)玻璃的性質(zhì)熱力學條件動力學條件玻璃的粘度玻璃的力學性能玻璃的熱學性能玻璃的化學穩(wěn)定性玻璃的光學性能本章教學內(nèi)容第15頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六掌握：玻璃的通性和結(jié)構(gòu)，粘度和表面張力的概念玻璃的力學性質(zhì)，熱學性質(zhì)及影響因素；熟悉：玻璃生成的熱力學和動力學的條件；粘度、表面張力的影響因素；玻璃的化學穩(wěn)定性、光學性能及影響因素；

了解：玻璃結(jié)構(gòu)的假說，玻璃相變規(guī)律，粘度的近似計算本章教學目標第16頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)玻璃的結(jié)構(gòu)1.1玻璃的通性掌握玻璃各向同性無固定熔點介穩(wěn)性性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性第17頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六涂有石蠟的玻璃板涂有石蠟的云母板1.各向同性2.無固定熔點圖1圖2第18頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六3.介穩(wěn)性玻璃具有析晶不穩(wěn)定性與析晶困難而相對穩(wěn)定的統(tǒng)一第19頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六4.性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性

熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)是漸變的、可逆的。由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，物理、化學性質(zhì)連續(xù)變化。

VUTfTgTTm慢冷快冷析晶

Tg—玻璃轉(zhuǎn)變溫度

Tf－玻璃軟化溫度

Tm－玻璃的終熔點第20頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六石英晶體結(jié)構(gòu)石英玻璃結(jié)構(gòu)1.2玻璃的結(jié)構(gòu)第21頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃晶體玻璃是介于有序和無序之間的一種狀態(tài)，衍射圖譜呈彌散狀衍射峰熔體氣體第22頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃結(jié)構(gòu)的假說晶子學說無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學說凝膠學說五角形對稱學說高分子學說結(jié)構(gòu)理論還有待進一步完善無定形物質(zhì)玻璃分相,晶化現(xiàn)象,

結(jié)構(gòu)的理解不完整結(jié)構(gòu)近程有序蘭德爾，列別捷夫,晶子學說各向同性，均勻性，性質(zhì)變化的連續(xù)性結(jié)構(gòu)近程有序遠程無序查哈里阿森－無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學說第23頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六周期表中形成玻璃的氧化物1.3幾種典型的玻璃第24頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六1.石英玻璃石英玻璃石英SiO2，Si:0=1:2，鍵長相等鍵角120～180?120～160?旋轉(zhuǎn)角完全無序限制在一定范圍第25頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六2.鈉鈣硅玻璃Na+破壞網(wǎng)絡(luò)，Ca2+強化結(jié)構(gòu)，限制Na+

活動，大多數(shù)實用玻璃第26頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六3.硼酸鹽玻璃＋層狀結(jié)構(gòu)堿金屬氧化物＋架狀結(jié)構(gòu)第27頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六“硼氧反常性”第28頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六4.其他類型的玻璃鈹酸鹽玻璃，低折射率；鋁硼酸鹽玻璃，電學和低膨脹；釩酸鹽玻璃，半導體性能；鋁酸鹽玻璃，良好的紅外線透過性能重金屬氧化物玻璃，屏蔽射線，作為閃爍材料硫?qū)倩衔锊Ａ?，半導體材料；氟化物玻璃，易封接材料；第29頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六按元素與氧結(jié)合的單鍵能和能否生成玻璃網(wǎng)絡(luò)生成體網(wǎng)絡(luò)外體網(wǎng)絡(luò)中間體與氧原子相聯(lián)的陽離子不超過2中心陽離子的配位數(shù)不大于4氧多面體只能共頂連接多面體至少3個頂角共用SiO2,B2O3,GeO2,P2O5,As2O5不參加網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)空隙處，提供額外氧離子,對玻璃起調(diào)整性質(zhì)作用的氧化物:Li2O,Na2O,K2O,CaO,BaO，MgO等化合價高而配位數(shù)低，可以部分與網(wǎng)絡(luò)形成體氧化物結(jié)合，在功能上起著改善玻璃結(jié)構(gòu)的功能：BeO,TiO2,ZnO,Al2O3等1.3玻璃結(jié)構(gòu)中陽離子的分類與作用第30頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六各種氧化物的作用堿金屬氧化物網(wǎng)絡(luò)外體橋氧斷裂，結(jié)構(gòu)疏松高溫助熔CaO網(wǎng)絡(luò)外體極化橋氧，減弱Si-O鍵降低高溫粘度，脆性大MgO網(wǎng)絡(luò)外體同上降低玻璃的析晶能力PbO中間體四方錐螺旋鏈，與SiO4形成特殊網(wǎng)絡(luò)擴大玻璃形成區(qū)，高度助熔Al2O3中間體缺氧時網(wǎng)絡(luò)外體，富氧時參與網(wǎng)絡(luò)降低電學性能B2O3網(wǎng)絡(luò)生成體形成網(wǎng)絡(luò)，硼反常降低高溫粘度，提高低溫粘度第31頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)玻璃的生成規(guī)律及其相變

玻璃有降低內(nèi)能而向晶態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢,所以說玻璃是不穩(wěn)定的或亞穩(wěn)的，在一定條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑w。2.1玻璃生成的熱力學條件：掌握第32頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六不考慮分相，玻璃化和結(jié)晶化是兩個對立的過程，對結(jié)晶化不利的條件恰恰是形成玻璃的有利條件。析晶→克服勢壘(新界面的界面能＋晶核長大激活能）玻璃→增大勢壘→加快冷卻速度冷卻速度？2.2玻璃生成的動力學條件：掌握第33頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六=10-6

IV——單位體積內(nèi)成核速率；u——晶體的生長速率；第34頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六動力學條件研究：——3T圖溫度(K)時間(s)玻璃晶體ABC1010101010101-4-262810410160014501400150015501650比較不同物質(zhì)形成玻璃的能力

臨界冷卻速度第35頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六相變：指熔體和玻璃體在冷卻或熱處理過程中，從均勻的液相或玻璃相轉(zhuǎn)變?yōu)榫嗷蚍纸鉃閮煞N互不相溶的液相。均勻成核非均勻成核晶體生長晶相兩種不相溶的液相分相液相線以上液相線以下熔體和玻璃體2.3熔體和玻璃體的相變熟悉第36頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六均勻成核：在宏觀均勻的玻璃中，在沒有外來物參與，與相界，結(jié)構(gòu)缺陷等無關(guān)的成核過程，也稱為本征成核或自發(fā)成核。成核時的自由能變化新相：體積自由能降低ΔG

產(chǎn)生新的界面：界面自由能升高，ΔGd液-固界面位壘示意圖第37頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六恒溫、恒壓條件，且不考慮應變能，體系能量變化臨界核半徑臨界晶核越小，晶核越易形成。第38頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六非均勻成核：依靠相界，晶界或基質(zhì)的結(jié)構(gòu)缺陷等不均勻部分而成核的過程，又稱非本征成核。對于球冠模型，從簡單的幾何關(guān)系可求得：當θ＜180?時：第39頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六成核劑和初相之間的界面張力越小，或它們間的晶格常數(shù)越接近，成核越容易。第40頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六當晶核穩(wěn)定形成后，在適當?shù)倪^冷度和過飽和度下，熔體中的原子向界面遷移，到達適當?shù)纳L位置，使晶體長大。u－單位面積的生長速度；v－質(zhì)點遷移的頻率因子；a0－界面層厚度；△G－液體與固體自由能差；T≈Tm,△G<<KT,生長速度隨過冷度增大而增大；T<<Tm,△G>>KT,u≈va0,生長速度受原子擴散速度控制；影響因素：溫度，粘度，雜質(zhì)，界面能第41頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)玻璃的性質(zhì)玻璃的性質(zhì)粘度,表面張力,密度熱學性能光學性質(zhì)力學性能化學穩(wěn)定性強度硬度脆性第42頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六面積為S的二平行液層，以一定速度梯度dv/dx移動時需要克服的內(nèi)摩擦力f。η—粘度系數(shù)（Pa·S）玻璃的粘度影響因素：溫度和成份重要性：直接影響玻璃的熔制，澄清，均化，成形，退火及其加工熱處理過程。3.1玻璃的粘度掌握第43頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六1.玻璃粘度與溫度成反比；2.粘度是連續(xù)變化的；3.在10-1011Pa·S,粘度受溫度和組成決定；在1011-1014Pa·S,粘度還是時間的函數(shù)；鈉鈣硅玻璃彈性、粘度與溫度關(guān)系圖溫度對玻璃粘度的影響粘度隨溫度的變化快慢是玻璃的一個重要生產(chǎn)指標，稱為玻璃的料性。第44頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃的組分對粘度的影響1.氧硅比：大型四面體群分解為小四面體群，粘度降低；2.化學鍵：R-O鍵越強，粘度越大；3.離子極化：陽離子極化力越大，粘度下降；4.配位數(shù)：硼反常現(xiàn)象第45頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六1．SiO2、Al2O3、ZrO2含量升高，粘度增大；2．堿金屬氧化物R2O含量升高，粘度降低；3．堿土金屬氧化物對粘度影響復雜:Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+

4．PbO、CdO、Bi2O3、SnO含量升高，粘度減?。?．Li2O、ZnO、B2O3增加低溫粘度，而降低高溫粘度。常見氧化物對粘度的影響第46頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六生產(chǎn)上玻璃粘度參考點1．應變點:(1013.6Pa·S)應力在幾小時內(nèi)消除的溫度點；2．轉(zhuǎn)變點(Tg):(1012.4Pa·S)的溫度；3．退火點:（1012Pa·S）應力在幾分鐘內(nèi)消除的溫度點；4．變形點:1010～1011Pa·S的溫度；5．軟化溫度(Tf):(3～5)×106Pa·S的溫度；6．操作范圍:103～106.6Pa·S7．自動供料機供料粘度:102～103Pa·S8．人工挑料粘度:102.2Pa·S9.熔化溫度:10Pa·S第47頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃粘度的近似計算

奧霍琴法：適用于含MgO、Al2O3的Na-Ca-Si系玻璃。Na2O:12%～16%;CaO+MgO:5%～12%Al2O3:

<5%;SiO2:64%～80%

T—某粘度對應的溫度；X、Y、Z—分別為的質(zhì)量百分數(shù)；A、B、C、D—為Na2O,CaO,3%MgO,Al2O3的特性常數(shù)。

T

=AX+BY+CZ+D第48頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃粘度值計算相應溫度的常數(shù)表

玻璃粘度（Pa·S）系數(shù)數(shù)值以1%MgO代替1%CaO引起溫度升高ABCD102103104105.51061071081091010101110121013-22.87-17.49-15.37-12.19-10.36-8.71-9.19-8.75-8.47-7.46-7.32-6.29-16.0-9.95-6.25-2.19-1.180.471.571.922.273.213.495.246.505.905.004.584.354.245.345.205.295.525.375.241700.41381.41194.2980.72910.86815.89762.50720.80683.80632.90603.40651.509.06.05.03.52.61.41.01.01.52.02.53.0若MgO≠3％，則T值必須校正第49頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六其中A、B、T0可根據(jù)玻璃中各氧化物含量而計算。

A=-1.4788Na2O+0.8350K2O+1.6030CaO+5.4936MgO-1.5183Al2O3+1.4550

B=-6039.7Na2O-1439.6K2O-3919.3CaO+6285.3MgO2253.4Al2O3+5736.4

T0=-25.07Na2O-321.0K2O+544.3CaO-384.0MgO+294.4Al2O3+198.1富爾切爾法：適用范圍：實驗溫度500～1400℃；

SiO2=1mol,Na2O=0.15～0.2mol,CaO=0.12～0.2mol,MgO=0～0.051mol,Al2O3=0.0015～0.073mol；

η=10～1012Pa·S誤差范圍：2.3～2.5℃第50頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六掌握3.2玻璃的表面張力表面張力是指玻璃與另一相接觸的相分界面上（空氣、錫液等）在恒溫、恒容條件下增加一個單位表面時所作的功。單位：N/m或J/m2。表面張力的影響因素：組成、溫度、粘度重要性：在玻璃的澄清，均化，成型，玻璃液與耐火材料相互作用的過程中起重要作用。硅酸鹽玻璃的表面張力：（220～380)×10-3N/m第51頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六類別組分組分平均特性常數(shù)σi(T=1300℃)備注非表面活性組成SiO2TiO2ZrO2SnO2Al2O3290250350350380符合加和關(guān)系，σ＝∑σiai稀土氧化物也屬于上述組成中間性質(zhì)的組分K20Cs2OPbOB2O3Sb2O3隨含量對表面張力的影響可變，可能為負值符合復合函數(shù)關(guān)系難熔且表面活性強組分As2O3V2O3WO3MoO3可變的，是負值可使玻璃的表面張力降低20～30％，或更多Na2AlF6,Na2SiF6也能顯著地降低表面張力組分：第52頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六溫度:

表面張力與溫度成反比，兩者成直線關(guān)系。當溫度每升高100℃表面張力會下降1%，但在表面活性組分及一些游離的氧化物存在的情況下，表面張力隨溫度升高而微微增加。大氣：表面張力隨大氣中蒸汽壓的升高而降低。550℃鈉鈣硅玻璃表面張力與大氣水蒸氣分壓的關(guān)系粘度:粘度與表面張力成正比。第53頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六石英玻璃：2.2g/cm3,普通鈉鈣硅玻璃：2.5-2.6g/cm3玻璃的密度主要與玻璃的化學組成，溫度和熱歷史有關(guān)。玻璃密度與組成的關(guān)系1．引入R2O和RO時，密度隨離子半徑的增大而增大；2．同一種氧化物，密度隨配位數(shù)的增加而增大；3.3玻璃的密度掌握第54頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃密度的計算：查表前需要首先計算玻璃的硅與氧離子比（Nsi）：Nsi--玻璃的硅離子與氧離子比；Psi—玻璃SiO2的質(zhì)量百分數(shù)；Sm—常數(shù)(教材P18表查出)；fm—玻璃各氧化物的質(zhì)量百分數(shù)。D—密度；fm—玻璃中各氧化物的質(zhì)量百分數(shù)；Vm—各組分玻璃比容計算系數(shù)，可由教材P18表查出；

第55頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃密度與溫度成反比，溫度從室溫升高到1300℃時密度會下降6～12%。

玻璃高溫冷卻時，淬冷玻璃密度比退火玻璃?。辉谝欢囟缺匾欢〞r間后，玻璃密度趨于平衡；冷卻速度越快，偏離平衡密度越高；玻璃的熱歷史是指玻璃從高溫冷卻，通過Tf~Tg區(qū)域的經(jīng)歷，包括在該區(qū)域停留時間和冷卻速度等情況。重要性：密度的大小可以反映玻璃的質(zhì)量好壞及引起事故的原因。密度測試快速、準確。玻璃密度與溫度、熱歷史的關(guān)系第56頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六評價玻璃力學性質(zhì)的參數(shù)：抗壓強度、抗折強度、抗張強度和抗沖擊強度等。

玻璃增強方法：退火，鋼化，表面處理與涂層，微晶化，復合化等玻璃的理論強度與實際強度：由于玻璃內(nèi)部的純共價鍵結(jié)構(gòu)，其理論強度很大。如平板玻璃的理論抗壓強度為11.76GPa、抗折強度為34.3～83.3Mpa，而實際抗折強度僅為6.86Mpa.3.4玻璃的力學性質(zhì)熟悉導致玻璃實際強度下降的原因是微裂紋、不均勻區(qū)等,導致作用于玻璃的應力集中而破裂。第57頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六化學玻璃強度本質(zhì)來源于組成結(jié)構(gòu)間的鍵強；結(jié)構(gòu)網(wǎng)稀，組成：強度就低；

提高抗張強度:CaO>B2O3>BaO>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>(MgO、Fe2O3）提高抗壓強度:Al2O3>MgO>B2O3>Fe2O3>(PbO.CaO)缺陷：宏觀（氣泡，雜質(zhì)，化學不均勻等）微觀（點缺陷，局部析晶，表面裂紋等）溫度：溫度升高，熱起伏導致缺陷處應變能增加高于200℃，裂口鈍化，緩和應力集中應力：殘余應力不均勻?qū)е驴梢宰兒槔ㄤ摶┎ＡЯW性質(zhì)的影響因素

玻璃強度與溫度的關(guān)系第58頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃的抗張強度和抗壓強度可按加和性法則計算：P1,P2,…,Pn－玻璃中各組成氧化物的質(zhì)量分數(shù)，％；F1,F2,…,Fn－各組成氧化物抗張強度計算系數(shù)；C1,C2,…,Cn－各組成氧化物抗壓強度計算系數(shù)；第59頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六硬度：抵抗其它物體的侵入能力，表面產(chǎn)生局部變形所需的能量。

玻璃的莫氏硬度為5～7；

影響因素：化學成分網(wǎng)絡(luò)生成體提高硬度；網(wǎng)絡(luò)外體降低硬度；相同類型的,隨離子半徑的減小和電價的上升而增加。加入不同的氧化物提高玻璃的硬度的順序為：

SiO2>B2O3>MgO(ZnO、BaO)>Al2O3>Fe2O3>R2O3.5玻璃的硬度和脆性熟悉第60頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六脆性：當負荷超過玻璃極限強度時立即破裂的特性，用沖擊強度表示。引入半徑較小的陽離子（Li2O、BeO、MgO、B2O3）可降低玻璃的脆性；引入大半徑的陽離子（Ru2O、CaO）可增大玻璃的脆性。淬火玻璃的沖擊強度比退火玻璃大5～7倍。

影響因素：試樣的厚度、熱歷史和化學組成；第61頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六熱膨脹對玻璃的成型、退火、鋼化、玻璃與金屬、玻璃與陶瓷的封接及熱穩(wěn)定性都有影響。玻璃的熱膨脹變化范圍很大，從負膨脹（微晶玻璃）直到200×10-7m/℃（非氧化物玻璃），可分為線膨脹系數(shù)α和體積膨脹系數(shù)β。氧化物熱膨脹系數(shù)加和法計算：α1，α2…αn-----各氧化物的熱膨脹計算系數(shù)，見教材p21P1，P2…

Pn-----各氧化物質(zhì)量分數(shù)3.5玻璃的熱學性能熟悉第62頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六熱膨脹系數(shù)的影響因素

溫度：總體上隨溫度升高而增大；熱歷史：與玻璃退火、淬火、析晶（種類、大小）都有關(guān)系。化學組成：取決于陰陽離子間的吸引力。

f—陰陽離子間的吸引力；Z—電價；a—間距；

f越大，熱振動越小，膨脹就越小。比熱容和導熱系數(shù)隨溫度升高而增大；熱穩(wěn)定性:溫差的存在導致不同處有不同的膨脹系數(shù)，產(chǎn)生應力破裂第63頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃的化學穩(wěn)定性是指玻璃抵抗氣體，水、酸、堿，鹽和各種化學試劑侵蝕的能力，對玻璃的貯存，使用及加工都有重要意義。玻璃的化學穩(wěn)定性耐水性耐酸性耐堿性大氣的侵蝕3.6玻璃的化學穩(wěn)定性熟悉第64頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六水中的H+與玻璃中的Na+發(fā)生交換反應，而后進行水化、中和反應:水對玻璃的侵蝕機理水分子和硅氧骨架直接反應:玻璃在水中能夠保持穩(wěn)定的原因:形成硅酸凝膠保護膜第65頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六酸在水對玻璃侵蝕中的作用：

加速玻璃和水之間的離子交換

降低pH值，使Si(OH)4溶解度減小酸對玻璃的侵蝕玻璃有很強的耐酸性（除HF酸）；侵蝕機理主要為水對玻璃的侵蝕；高堿玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。第66頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六堿對玻璃的侵蝕=Si(OH)4+NaOH→[Si(OH)3O]Na+H2O不形成硅酸凝膠膜，玻璃表面層全部脫落，其程度與時間成直線關(guān)系。Ba2+>Sr2+>NH4+>Rb+≈Na+≈Li+>Ca2+第67頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六1.堿溶液中的陽離子首先吸附在玻璃表面；2.陽離子對周圍的OH-有束縛作用，玻璃表面OH-離子濃度增加,并破壞硅氧骨架中的Si-O-Si鍵；3.骨架破壞后產(chǎn)生[SiO4]群，變成硅酸離子。在堿侵蝕中，陽離子對玻璃表面的吸附能力的影響很大，玻璃受堿侵蝕可分為三個階段：侵蝕后玻璃表面形成的硅酸鹽在堿溶液中的溶解度對侵蝕也有較大作用。第68頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六H2O、CO2、SO2等對玻璃表面的綜合侵蝕大氣對玻璃的侵蝕玻璃表面吸附OH-薄層K2O,Na2O,CaO的含量薄層不再發(fā)展薄層轉(zhuǎn)變成堿性溶液

少多堿侵蝕第69頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六以離子交換為主的釋堿過程以破壞網(wǎng)絡(luò)為主的溶蝕過程水汽比水溶液具有更大的侵蝕性第70頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃化學穩(wěn)定性的影響因素化學組成：增強玻璃網(wǎng)絡(luò)或侵蝕時生成物是難溶的，或能形成保護膜的組分都可以提高玻璃化學穩(wěn)定性。①SiO2含量越多，硅氧四面體連接緊密，穩(wěn)定性高；②離子半徑小，電價高的離子，可以強化網(wǎng)絡(luò)，提高化學穩(wěn)定性；③存在兩種堿金屬氧化物時，由于“混合堿效應”，提高化學穩(wěn)定好；④少量B2O3和Al2O3，對[SiO4]網(wǎng)絡(luò)有修補作用，提高化學穩(wěn)定性；第71頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六熱處理：

隨退火時間的增加和退火溫度的提高而增加；退火玻璃比淬火玻璃的化學穩(wěn)定性高；溫度：溫度越高侵蝕越強；<100℃,侵蝕速度增加50－150％/10℃；>100℃侵蝕始終劇烈。壓力：壓力越大侵蝕加劇。第72頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六3.7玻璃的光學性質(zhì)熟悉第73頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃的折射率玻璃的折射率為電磁波在玻璃中傳播速度的降低（以真空中的光速為標準）。n=c/v一般玻璃的折射率為1.50~1.75，平板玻璃為1.52~1.53第74頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃折射率的影響因素化學組成：與內(nèi)部離子的極化率和密度成正比；

網(wǎng)絡(luò)生成體降低玻璃的折射率；非橋氧越多，折射率越高。與氧化物折射率成正比，符合加和法則：

n=n1P1+n2P2+……+nnPn

P1P2…Pn---玻璃中各氧化物的質(zhì)量白分含量；

n1n2…nn---玻璃中各氧化物的折射率計算系數(shù)；第75頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六溫度：①溫度升高，玻璃膨脹引起密度下降，折射率下降；②溫度升高，電子的本征振動頻率減小，折射率增大；多數(shù)光學玻璃在室溫以上折射率隨溫度的升高而增大；熱歷史：①在退火范圍內(nèi)，其趨向平衡折射率的速度與所處溫度有關(guān)；②冷卻速度越快，折射率越低；③冷卻速度相同時，保溫溫度越高，折射率越??；退火可以消除玻璃光學的不均勻性。

第76頁，共83頁，2023年，2月20日，星期六玻璃的光學常數(shù)

光學常數(shù)：折射率，平均色散，部分色散和色散系數(shù)等折射率：玻璃折射率與入射波長有關(guān)

鈉光譜中的D線：波長589.3nm(黃色),nD；

氦光譜中的d線：波長587.6nm(黃色),nd；

氫光譜中的F線：波長486.1nm(淺藍),nF；

氫光譜中的C線：波長656.3nm(紅色),nC；

汞光譜中的g線：波長435.8nm(淺藍),ng；

氫光譜中的G線：波長434.1nm(淺藍),nG；色散：折射率隨入射波長的不同而不同的現(xiàn)象。平均色散(△＝nF-nC);部分色散(nD-nC;nd-nD等);

相對部分色散,如nD-nC/nF-nC等阿貝數(shù)γ=(nD-1)/(n