特種玻璃課件

2024/9/2111.玻璃

1.1什么是玻璃？玻璃是熔融、冷卻、固化后的得到的非結(jié)晶無(wú)機(jī)物。是一種具有無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體?！莵?lái)不及結(jié)晶的“液體”。

2024/9/212無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)微晶學(xué)說(shuō)玻璃結(jié)構(gòu)扎哈里亞森(Zachariasen)(1932年)和列別捷夫(А.А.Лебедев)(1921年)

2024/9/2131.2特征

各向同性；

無(wú)固定熔點(diǎn)；亞穩(wěn)態(tài)；變化可逆；可變性（成分與性能依存性變化）。1.3原料

主要原料：純堿、石灰石、石英、硼砂、硼酸、芒硝、白云石、碳酸鋇、鉛丹等。輔助原料：澄清劑、著色劑、脫色劑、乳濁劑、加速劑等等。2024/9/2141.4加工工藝

原料加工——熔煉——成型——退火

壓制法：玻璃毛坯、小型園盒、園片;吹制法：瓶、罐、酒具;

拉制法：玻璃絲、管、棒、小薄片;壓延法：壓花平板玻璃、攤薄玻璃;

澆注法：不規(guī)則玻璃毛坯、藝術(shù)玻璃;

燒結(jié)法：玻璃粉壓坯燒結(jié)、微晶玻璃;

浮法：平板玻璃生產(chǎn)。2024/9/215玻璃的生產(chǎn)2024/9/216玻璃的生產(chǎn)2024/9/217玻璃的生產(chǎn)2024/9/2182.特種玻璃2.1主要特點(diǎn)：（1）成分變化：a.從純硅酸鹽系統(tǒng)發(fā)展到硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽、碲酸鹽、鋁酸鹽、砷酸鹽、鉍酸鹽、鉛硅酸鹽等非硅酸鹽氧化物系統(tǒng)；b.從純氧化物玻璃發(fā)展至鹵化物、硫族化物、合金化合物等非氧化物玻璃；c.不同類(lèi)型玻璃混合而成的混合玻璃；d.純無(wú)機(jī)化合物玻璃至有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合玻璃；f.從單純成分至以元素周期表中大部分元素為成分的玻璃。2024/9/219（2）形狀變化：從傳統(tǒng)的板、塊狀發(fā)展至薄膜、纖維，即從三維發(fā)展到二維、一維。還有納米空心和實(shí)心玻璃微球等零維制品。3M公司玻璃空心微珠2024/9/2110（3）玻璃態(tài)變化：從單一均質(zhì)玻璃結(jié)構(gòu)發(fā)展到分相玻璃、乳濁玻璃、微晶玻璃、泡沫玻璃、空氣薄膜玻璃。參與材料復(fù)合：金屬玻璃、夾層玻璃、玻璃鋼、玻纖增強(qiáng)水泥、微晶玻璃等。2024/9/2111（4）功能變化：從單純的透光、包裝材料發(fā)展成具有光、電、磁和聲等特性材料;玻璃本身也從單純材料發(fā)展為元器件;生物玻璃甚至可以修補(bǔ)替代有機(jī)體。2024/9/2112（5）制備工藝變化：

高溫熔融法傳統(tǒng)玻璃采用坩堝窯、池窯制備,特種玻璃發(fā)展為電、高頻感應(yīng)、高壓真空、等離子火焰、激光等手段熔煉。還產(chǎn)生了氣相合成、真空蒸發(fā)、濺射、CVD、MOCVD等氣相沉積、雙輥急冷、低溫合成、高能射線(xiàn)輻照合成，溶液-凝膠等制備方法。2024/9/21132.2特種玻璃的主要類(lèi)型光功能玻璃電功能玻璃磁功能玻機(jī)械功能玻璃生物功能玻璃化學(xué)功能玻璃熱功能玻璃2024/9/2114

3.光學(xué)玻璃基本特性要求：（1）特定光學(xué)常數(shù)和同批一致性（2）高度透明性（3）高度均勻性（4）一定的化學(xué)穩(wěn)定性（5）一定的耐熱性質(zhì)及機(jī)械性質(zhì)

2024/9/2115光學(xué)玻璃分類(lèi)

無(wú)色光學(xué)玻璃顏色濾光玻璃（濾色玻璃）原子技術(shù)玻璃（耐輻照玻璃及防護(hù)玻璃）紅外光學(xué)玻璃2024/9/21163.1無(wú)色光學(xué)玻璃3.1.1基本概況鈉鈣硅酸鹽玻璃輕冕玻璃（鋇、鋅、硼、磷玻璃）重冕玻璃、火石玻璃（鉛、銅、鉍、鑭）冕牌玻璃(K)一般作凸透鏡，火石玻璃(F)作凹透鏡。依據(jù)折射率劃分符號(hào)：ZK,QK,TK,BaK,ZBaF…..2024/9/21173.1.2幾種常用的無(wú)色光學(xué)玻璃2024/9/21183.1.3基本要求（1）具有特定光學(xué)常數(shù)，一致性好；（2）高度透明性，高度物化均勻性；（3）一定化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度；（4）原料要求高，特別控制含鐵量Fe2O3≤0.005％；（5）采用單坩堝間歇法和小池爐連續(xù)法，精煉用白金坩堝；（6）采用精密退火，退火速率最低0.2-1℃／h。2024/9/21192024/9/21203.1.4評(píng)價(jià)指標(biāo)光吸收系數(shù)α：用白光通過(guò)玻璃中每cm路程內(nèi)的透過(guò)率T的自然對(duì)數(shù)負(fù)值表示。

條紋度：條紋狀包裹物。折射率：

n＝c／d，c、d分別表示光在真空和玻璃中傳播速度。n=Σniγi

ni為組分i折射率、γi為組分摩爾數(shù)色散：折射率隨波長(zhǎng)改變的特性。光學(xué)均勻性和應(yīng)力雙折射：成分不均勻性或應(yīng)力差異引起局部折射率不一樣，材質(zhì)表征稱(chēng)為應(yīng)力雙折射，換算成單位間距光程差δ(nm/cm)。2024/9/21213.2顏色濾光玻璃（濾色玻璃）3.2.1定義及用途對(duì)光譜具有選擇吸收（或能透射）各種顏色的光學(xué)玻璃稱(chēng)為顏色濾光玻璃。由于吸收某波長(zhǎng)，透過(guò)光則呈現(xiàn)所吸收波長(zhǎng)的補(bǔ)色，又稱(chēng)為顏色玻璃或有色玻璃。用于光學(xué)儀器中作為濾色元件，形成單色光用于某些儀器，濾去其它光波對(duì)儀器的干擾。2024/9/21222024/9/21233.2.2分類(lèi)（1）按光譜性能分：截止型顏色濾光玻璃選擇吸收性濾光玻璃中性暗型濾光玻璃（在400一700nm光譜范圍內(nèi)有較均勻吸收的濾光玻璃）2024/9/2124（2）按著色劑分：離子著色（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Pr、Nd等。）膠體著色（

Cu、Ag、Au、Pt；非金屬元素S、Se、Te；化合物CdS、FeS、Sb2S2等。）半導(dǎo)體著色（CdS和CdSe混合著色）2024/9/21253.3原子技術(shù)玻璃玻璃的輻照著色

定義：普通光學(xué)玻璃經(jīng)過(guò)相當(dāng)劑量的輻射作用后，都明顯變暗，而較高劑量的高能輻射還能夠使玻璃變成完全不透明。

2024/9/2126機(jī)理：物質(zhì)吸收輻射能量后，產(chǎn)生電離，釋出的電子與結(jié)構(gòu)中的正空位復(fù)合，形成了F型色心(正電荷又可被負(fù)空位捕獲，形成V型色心)。因?yàn)楸簧氖`的電子或空位都具有一定的能帶結(jié)構(gòu)，其能級(jí)間距相當(dāng)于可見(jiàn)光的光量子能，因此它們?cè)诳梢?jiàn)光照射下會(huì)呈現(xiàn)出顏色。由于玻璃中存在著各種各樣的缺陷，因此經(jīng)輻照后，就會(huì)形成各類(lèi)色心。

2024/9/21273.3.1耐輻射光學(xué)玻璃（1）定義：

是特殊的無(wú)色光學(xué)玻璃，耐較高劑量的γ射線(xiàn)和χ射線(xiàn)，不會(huì)在可見(jiàn)光波段產(chǎn)生色心。能夠改善玻璃輻照穩(wěn)定性的離子有：Ce4+、cr3+、Mn4+、As5+、Sb5+、Fe3+以及其它的多價(jià)離子，這些離子通常稱(chēng)為抑制劑(或穩(wěn)定劑)。

2024/9/2128含有Ce02的耐輻射光學(xué)玻璃在受到高能輻射作用后：Ce4+十e→Ce3+

Ce4+和Ce3+的光譜吸收帶均在紫外波段，即鈰離子的任何價(jià)態(tài)的氧化物在可見(jiàn)光區(qū)域都沒(méi)有吸收峰，因而不致影響玻璃的著色。（2）耐輻照機(jī)理（以CeO2為例）：2024/9/21293.3.2防護(hù)玻璃

（1）定義：

具有能夠防止X射線(xiàn)、β射線(xiàn)、γ射線(xiàn)對(duì)人體產(chǎn)生危害的特殊玻璃材料。

（2）種類(lèi)：PbO-CdO-SiO2：吸收γ射線(xiàn)、快、慢中子；PbO-Bi2O4-SiO2：較高吸收X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)的能力；84PbO2·2Ta2O5·14B2O3：吸收γ射線(xiàn)能力最大；

BaO-PbO-B2O3：吸收γ射線(xiàn)、中子；等等。2024/9/2130當(dāng)射線(xiàn)穿過(guò)防護(hù)玻璃時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生光電效應(yīng)，生成正負(fù)電子對(duì)，同時(shí)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)和自由態(tài)電子，使射入的γ射線(xiàn)等的能量降低不能透過(guò)，起到防護(hù)作用。2024/9/21312024/9/2132

2024/9/21333.4紅外光學(xué)玻璃3.4.1紅外光學(xué)材料能透過(guò)紅外光線(xiàn)的光學(xué)材料稱(chēng)為紅外光學(xué)材料，主要分為晶體類(lèi)、玻璃類(lèi)及熱壓多晶材料三大類(lèi)。

能夠制造紅外探測(cè)、追蹤及導(dǎo)航儀器。紅外線(xiàn)技術(shù)的主要軍事應(yīng)用有紅外夜視儀、紅外偵察、攝影、跟蹤和導(dǎo)彈制導(dǎo)等等。如：高空紅外攝影，反潛飛機(jī)等。2024/9/21343.4.2玻璃類(lèi)紅外材料的特點(diǎn)紅外玻璃材料容易獲得較高的光學(xué)均勻性，可用來(lái)制造光學(xué)要求高的大尺寸光學(xué)元件；玻璃類(lèi)材料不會(huì)解理，因此，具有較高的機(jī)械、沖擊強(qiáng)度和較大的表面硬度；大多數(shù)玻璃對(duì)大氣作用穩(wěn)定。

2024/9/21353.4.3紅外光學(xué)玻璃（1）組成的設(shè)計(jì)

A.

化學(xué)鍵強(qiáng)度越小，離子間吸引力越小，紅外透過(guò)波長(zhǎng)越遠(yuǎn)。玻璃生成體氧化物的化學(xué)鍵強(qiáng)度：B—O＞P—O＞Si—O＞Ge—O＞Al—O＞As—O

B.玻璃的網(wǎng)絡(luò)外體氧化物可采用原子序數(shù)大的重金屬氧化物(如Bao、Pb0、Bi2O3等)作為紅外玻璃的組成;

C.為了提高陰離子的質(zhì)量，發(fā)展了非氧化物紅外玻璃。2024/9/21362024/9/2137（2）幾種常見(jiàn)紅外光學(xué)玻璃a.光學(xué)石英玻璃b.鋁酸鈣玻璃c.鋇鈦硅酸鹽玻璃d.高硅氧玻璃e.碲酸鹽玻璃f.硫?qū)倩锊ＡВǚ茄趸铮?/p>

2024/9/21383.4.4石英光學(xué)玻璃特點(diǎn)應(yīng)用石英玻璃是二氧化硅單一成份的玻璃。（1）純度高（2）透光性（3）熱性能（膨脹小，耐高溫、抗結(jié)晶等）（4）化學(xué)性能（5）電性能（高溫絕緣材料）（6）機(jī)械性能（脆性大）（7）氣密性（8）耐輻照制作紫外及近紅外光譜儀器;火箭、導(dǎo)彈等高速飛行器用的光學(xué)窗口、觀察窗以及紅外整流罩等;光學(xué)儀器工業(yè)中要求較高的標(biāo)準(zhǔn)具如鍍盤(pán)及刻尺；大型天文儀器；反射鏡和透鏡等光學(xué)元件。2024/9/2139功能玻璃名稱(chēng)組成舉例應(yīng)用及其它光傳輸激光振蕩光記憶光控制非線(xiàn)性光學(xué)感光及光調(diào)節(jié)選擇透過(guò)偏光起偏通訊光纖光波導(dǎo)微透鏡玻璃紅外玻璃激光玻璃光記憶玻璃PHB磁光玻璃聲光玻璃熱光玻璃二階非線(xiàn)性光學(xué)玻璃三階非線(xiàn)性光學(xué)玻璃感光玻璃光致變色玻璃電致變色玻璃熱致變色玻璃高分辯面扳玻璃高反射玻璃防反射玻璃選擇透過(guò)玻璃偏振玻璃SiO2氧化物玻璃含堿硅酸鹽玻璃鋁酸鹽、鹵化物、硫系物磷酸鹽、氟磷酸鹽、氟化物玻璃Te-O、硫系物玻璃色素分子摻雜玻璃SiO2K2O-PbO-SiO2高折射率玻璃含AuAgCu的氧化物玻璃Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2WO2.MoO2等鍍膜玻璃VO2等鍍膜玻璃針狀A(yù)g.Au.Pt摻雜玻璃光通訊用光纖光的分路、耦合光信息處理紅外窗口、紅外光纖激光核聚變、激光加工、激光醫(yī)療光盤(pán)未來(lái)的光盤(pán)光調(diào)制器、光開(kāi)關(guān)光隔離器、傳感器光分路、光偏轉(zhuǎn)光倍頻等光開(kāi)關(guān)等圖像記錄、化學(xué)加工太陽(yáng)鏡、玻璃窗調(diào)光玻璃窗調(diào)光玻璃窗高質(zhì)量顯示光強(qiáng)度調(diào)節(jié)高質(zhì)量顯示光的調(diào)節(jié)光隔離器等4.其他光功能玻璃2024/9/21404.1激光玻璃2024/9/2141普通燈光與激光的比較

2024/9/2142原理碳原子示意圖2024/9/2143原子內(nèi)電子的躍遷過(guò)程2024/9/2144紅寶石激光的示意圖

2024/9/2145粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)

2024/9/2146低能量激光：以氣體為激光介質(zhì)，例如超市中常用的條形碼掃描儀，就是用氦氣和氖氣作為激光介質(zhì)的；中能量激光：例如在課堂上用的激光指示器；高能量激光：一般用半導(dǎo)體作為激光介質(zhì)，輸出的功率可高達(dá)500mW。用于熱核聚變實(shí)驗(yàn)的激光可發(fā)射出時(shí)間極短但能量極高的激光脈沖，其脈沖功率竟可達(dá)1014W！可產(chǎn)生達(dá)一億度的高溫，引發(fā)微粒狀的氘-氚燃料進(jìn)行熱核聚變。激光器分類(lèi)2024/9/21474.1.1激光玻璃特點(diǎn)(與激光晶體相比較)

基質(zhì)玻璃易于改變，成分可以在很大范圍內(nèi)變化，以獲得不同性質(zhì)的激光玻璃；玻璃中的結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)性質(zhì)影響小，易獲得各向同性、均勻的工作物質(zhì)；易于制備，容易得到各種尺寸和形狀；制造周期短，成本低，制備簡(jiǎn)單；光學(xué)質(zhì)量容易得到保證。2024/9/2148（1）激活離子發(fā)光機(jī)構(gòu)必須有亞穩(wěn)態(tài)，形成三級(jí)或四級(jí)能級(jí)機(jī)構(gòu)；且亞穩(wěn)態(tài)壽命長(zhǎng)，使粒子數(shù)易于積累達(dá)到反轉(zhuǎn)；（2）有合適的光譜性質(zhì)；（3）基質(zhì)玻璃要有良好的透明度，對(duì)激光波長(zhǎng)的吸收盡可能小，使光激發(fā)能量充分被激活離子吸收轉(zhuǎn)化為激光；（4）有良好的光均勻性，避免光線(xiàn)通過(guò)玻璃后波面變形產(chǎn)生誤差，使閾值升高，效率降低；（5）有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，良好的光照穩(wěn)定性和一定的機(jī)械強(qiáng)度，失透性小。4.1.2激光玻璃需滿(mǎn)足的條件2024/9/2149（1）激光玻璃由基質(zhì)玻璃摻入激活離子形成：激光玻璃的各種物理化學(xué)性質(zhì)主要由基質(zhì)玻璃決定；激光玻璃的光譜性主要由激活離子決定；同時(shí)，基質(zhì)玻璃通過(guò)配位體與激活離子的作用影響激活離子的吸收光譜。（2）激光玻璃的基質(zhì)玻璃組成一般有硅酸鹽、氟磷酸鹽、磷酸鹽玻璃等；激光玻璃的激活離子主要有稀土離子Nd3+、Yb3+、Er3+、Tm3+

、Ho3+等。4.1.3激光玻璃的組成2024/9/2150分光光度計(jì)光源——單色性；激光定向與激光測(cè)距——高度定向與相干性；激光核聚變、激光打孔、激光點(diǎn)焊、激光刀等——能量密度極高；激光通訊——配合光導(dǎo)纖維傳輸，等等。4.1.4激光玻璃的應(yīng)用舉例2024/9/21514.1.5釹激光玻璃釹玻璃是激光玻璃中最重要的玻璃、其輻射光譜與氙燈的輻射光譜非常一致，提高了光泵效率。有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的基質(zhì)玻璃有硅酸鹽（鋇冕玻璃、鈣冕玻璃及高彈性玻璃）、硼酸鹽及磷酸鹽系統(tǒng)。制造工藝解決三大問(wèn)題：制造大尺寸棒狀玻璃；降低非活性吸收，有害雜質(zhì)降到10-6質(zhì)量分?jǐn)?shù)以下；避免結(jié)石等雜質(zhì)，提高光學(xué)均勻性。（因此必須改善坩堝、耐火材料及攪拌槳等材質(zhì)。）2024/9/21524.2聲光玻璃

4.2.1聲光效應(yīng)

又稱(chēng)為彈光效應(yīng)。在介質(zhì)中有聲波（或稱(chēng)為彈性波）場(chǎng)時(shí)，所通過(guò)的光波受到聲波場(chǎng)的衍射而使其強(qiáng)度、相位及傳播方向都被聲波場(chǎng)所帶行的信號(hào)調(diào)制的現(xiàn)象。2024/9/2153簡(jiǎn)單：聲波通過(guò)介質(zhì)時(shí)，會(huì)造成介質(zhì)的局部壓縮和伸長(zhǎng)產(chǎn)生彈性應(yīng)變。該應(yīng)變隨時(shí)間和空間作周期變化，使介質(zhì)出現(xiàn)疏密相間的現(xiàn)象，如同光柵。當(dāng)光通過(guò)這一受聲波擾動(dòng)的介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，稱(chēng)為聲光效應(yīng)。聲光效應(yīng)就是研究光通過(guò)聲波擾動(dòng)的介質(zhì)時(shí)發(fā)生散射或衍射的現(xiàn)象。衍射光的強(qiáng)度、頻率、方向等都隨著超聲波場(chǎng)而變化。2024/9/2154聲光偏轉(zhuǎn)：其中衍射光偏轉(zhuǎn)角隨超聲波頻率的變化現(xiàn)象；聲光調(diào)制：衍射光強(qiáng)度隨超聲波功率而變化的現(xiàn)象。2024/9/2155

聲光器件是利用超聲波在具有聲光功能的透明材料中與激光束的相互作用來(lái)達(dá)到使激光束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)或調(diào)制的目的。它具有能隨機(jī)存取、元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型化、驅(qū)動(dòng)功率小和成本低等特點(diǎn)。

4.2.2聲光器件2024/9/2156應(yīng)用舉例在實(shí)際器件中，聲光器件是由壓電換能器激發(fā)，聲光互作用介質(zhì)和壓電換能器相結(jié)合即為聲光器件。通過(guò)改變超聲波的頻率和功率，可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)激光束方向的控制和強(qiáng)度的調(diào)制。由這點(diǎn)我們可以很容易得出，它可以應(yīng)用在聲光調(diào)制器件，聲光偏轉(zhuǎn)器件，聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)，可調(diào)諧濾光器等。2024/9/21574.2.3聲光玻璃（聲光偏轉(zhuǎn)玻璃）特點(diǎn)：由于長(zhǎng)程無(wú)序的結(jié)構(gòu)，聲光衍射效率較高；但同時(shí)產(chǎn)生聲子黏滯效應(yīng)，因此聲損耗高，頻率受限，常引入鋇、鉛、碲、鑭。主要品種：熔石英玻璃（高光學(xué)質(zhì)量、寬透光率大塊材料）各種重火石玻璃（高折射率，但透過(guò)率、均勻性較差）硫系玻璃(As2S3)（紅外聲光玻璃）單質(zhì)半導(dǎo)體玻璃

(碲酸鹽玻璃)

2024/9/2158性能要求高聲光衍射效率低光波損耗低聲波損耗熱穩(wěn)定性2024/9/21594.3磁光玻璃磁光效應(yīng)：介質(zhì)在磁場(chǎng)作用下（磁場(chǎng)可以是介質(zhì)本身固有磁場(chǎng)，也可以是外加感生磁場(chǎng)）產(chǎn)生光學(xué)各向異性變化的物理效應(yīng)（包括反射率、透射率、偏振等）。包括塞曼效應(yīng)、磁光法拉第效應(yīng)、科頓-穆頓效應(yīng)和磁光克爾效應(yīng)等。這些效應(yīng)均起源于物質(zhì)的磁化，反映了光與物質(zhì)磁性間的聯(lián)系。

2024/9/2160法拉第效應(yīng)(透明材料中)：一束偏振光通過(guò)透明玻璃，當(dāng)沿通光方向施加磁場(chǎng)H，見(jiàn)右圖，透過(guò)光波的偏振面就產(chǎn)生磁致偏轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角度和傳播距離長(zhǎng)庹和通過(guò)方向磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。有非互易性(通常做光隔離器)。

2024/9/2161(法拉弟旋轉(zhuǎn)玻璃)光隔離器是一種光的單向傳輸器件，可以保障多級(jí)光學(xué)器件免受后級(jí)反饋光的干擾。要求：高透過(guò)率、大的費(fèi)爾德常數(shù)和穩(wěn)定的工作特性。2024/9/2162光振動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的角度ψ與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和光穿越介質(zhì)的長(zhǎng)度l的乘積成正比，即ψ＝VBl，比例系數(shù)V稱(chēng)為費(fèi)爾德常數(shù)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場(chǎng)方向，V值還與波長(zhǎng)和溫度有關(guān)。2024/9/2163磁光克爾效應(yīng)(不透明材料中)：一束偏振光在鐵磁材表面反射后，產(chǎn)生反射的橢園偏振光，且偏振面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。磁光克爾效應(yīng)依其磁化強(qiáng)度矢量與材料表面及入射面的相對(duì)關(guān)系，又分極向、縱向、橫向克爾效應(yīng)。2024/9/2164極性磁光克爾效應(yīng)：磁化向量垂直反射面，但與入射面平行；縱向磁光克爾效應(yīng)：磁化向量和入射面及反射面同時(shí)平行；橫向磁光克爾效應(yīng)：磁化向量和入射面垂直，但平行于反射面。極向和縱向克爾磁光效應(yīng)的磁致旋光都正比于磁化強(qiáng)度，一般極向的效應(yīng)最強(qiáng)，縱向次之，橫向則無(wú)明顯的磁致旋光。磁光克爾效應(yīng)一般觀察表面深度為10-20nm的磁疇，因此，最適合用于磁性薄膜磁性的研究。2024/9/21654.4光致變色玻璃

4.4.1定義受藍(lán)紫、紫外等短波長(zhǎng)光或日光照射后，在可見(jiàn)光區(qū)產(chǎn)生光吸收而自動(dòng)著色，著色深度隨光照強(qiáng)弱而變，光照停止，可逆地自動(dòng)恢復(fù)到初始透明態(tài)(又稱(chēng)光色玻璃)。

許多有機(jī)物、無(wú)機(jī)物都有此光致變色性能，但光色玻璃可以長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)變色而無(wú)疲勞現(xiàn)象（老化），且機(jī)械強(qiáng)度好，化學(xué)穩(wěn)定性好，制備簡(jiǎn)單，可獲得穩(wěn)定且形狀復(fù)雜的制品。2024/9/21664.4.2結(jié)構(gòu)原理：由于含有光輻照所致可逆的亞穩(wěn)態(tài)色心。一定波長(zhǎng)激活輻射，玻璃生成色心即產(chǎn)生著色，激活輻射去除，色心破壞即褪色，激活-破壞(變暗-復(fù)明)往復(fù)循環(huán)而不疲勞?？赡娴膩喎€(wěn)態(tài)色心與基質(zhì)玻璃同相的，稱(chēng)同相（均相）光致變色玻璃；可逆的亞穩(wěn)態(tài)色心與基質(zhì)玻璃不同相的，稱(chēng)異相型光致變色玻璃。

2024/9/21674.4.3變色原理無(wú)光照時(shí)，含鹵化銀的玻璃種微觀晶體對(duì)光的散射極小，玻璃高度透明。光照下，鹵化銀北從紫到藍(lán)很寬的光照所激發(fā)，產(chǎn)生反應(yīng)析出游離銀原子核鹵素原子。眾多銀原子由于散射而著色。去除光照后，原子間發(fā)生可逆化學(xué)作用，形成鹵化銀，玻璃恢復(fù)透明。2024/9/2168玻璃基礎(chǔ)組成：堿金屬離子半徑增加，吸收帶峰值向長(zhǎng)波區(qū)域漂移。鹵化銀種類(lèi)：鹵素原子序數(shù)增加，光吸收峰向長(zhǎng)波區(qū)域移動(dòng)。敏化劑：氧化亞銅（Cu2+,Cu1+）4.4.4影響光色互變性（變暗和復(fù)明）的因素：2024/9/21694.4.5光致變色玻璃制作工藝

基礎(chǔ)玻璃(變色組成、敏化劑)設(shè)計(jì)→配合料→一定氣氛高溫熔煉→毛坯成形→退火→顯色處理(銀粒長(zhǎng)大)→按產(chǎn)品要求進(jìn)行精加工控制：末處理的光色玻璃(其中銀顆粒＜5μm)沒(méi)有光色效應(yīng)，熱處理后(銀顆粒在10-20μm)才有光色效應(yīng)。熱處理溫度在轉(zhuǎn)變點(diǎn)與軟化點(diǎn)間(Tg--Tf)，高于退火溫度20-100℃需幾分鐘，較低溫度處理需1-1.5小時(shí)，然后慣性降溫，過(guò)高溫度會(huì)變形或乳濁。2024/9/21704.4.6應(yīng)用自動(dòng)調(diào)光玻璃（太陽(yáng)鏡；汽車(chē)、飛機(jī)建筑物等窗玻璃）激光器窗口玻璃航天器窗口玻璃圖像記錄、全息記錄、光信息存儲(chǔ)等黑板-光調(diào)諧筆紫外線(xiàn)計(jì)量計(jì)……2024/9/21714.5電致變色玻璃4.5.1定義：電致變色玻璃(SmartGlass)，在電場(chǎng)作用下引起顏色變化的玻璃，這種變化是可逆的、連續(xù)可調(diào)的。

WO3+xA++xe-=AxWO3(0<x<1)A為正離子（H，Li），產(chǎn)物為金屬鎢青銅，顏色來(lái)自不同晶格位置上的鎢電子躍遷。2024/9/21724.5.2特點(diǎn)及應(yīng)用

在熱致變色、光致變色以及電致變色三種激勵(lì)方式對(duì)制冷和照明所需能量來(lái)看，電致變色器件節(jié)能效果最佳。特點(diǎn)：響應(yīng)慢，但壽命、記憶效應(yīng)和循環(huán)次數(shù)上存在較大優(yōu)勢(shì)。可以用于：汽車(chē)玻璃——調(diào)節(jié)光強(qiáng)；

建筑窗玻璃——節(jié)能；軍用飛行器——隱身；等等。2024/9/21735.其它特種功能玻璃

5.1電磁功能玻璃功能玻璃名稱(chēng)組成舉例應(yīng)用及其它電子導(dǎo)電離子導(dǎo)電超聲波延遲磁性基板電磁波吸收與屏蔽二次電子發(fā)射電子導(dǎo)電玻璃光電導(dǎo)玻璃快離子導(dǎo)電玻璃延遲線(xiàn)玻璃逆磁性玻璃完全逆磁性(超導(dǎo)體)玻璃順磁性玻璃鐵磁性玻璃顯示器基板玻璃太陽(yáng)電池玻璃電磁波吸收玻璃耐輻射玻璃二次電子發(fā)射玻璃V2O5-P2O5As-Se-Te-SeAgI-Ag2O-P2O5K2O-PbO-SiO2含PbO光學(xué)玻璃Mo80P10B10、Tc=9K含稀土金屬離子玻璃Co70Fe5Si15B10CdO-Gd2O4-B2O3含Ceo2的氧化物玻璃PbO-BaO-K2O-SiO2存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)、圖像記錄電視攝像管元件固體電池電視機(jī)延遲線(xiàn)元件法拉第旋轉(zhuǎn)玻璃高溫超導(dǎo)線(xiàn)材激光玻璃、磁光玻璃磁頭平面顯示器基板太陽(yáng)電池基板吸收中子射線(xiàn)微通道板2024/9/21745.2熱學(xué)、力學(xué)及機(jī)械功能玻璃功能玻璃名稱(chēng)組成舉例應(yīng)用及其它耐熱沖擊加熱軟化隔熱性高彈性模量高強(qiáng)高軔性機(jī)械加工性低膨脹玻璃低膨脹微晶玻璃封接玻璃中空玻璃、加氣玻璃高揚(yáng)氏模量氧氮玻璃高軔性微晶玻璃高軔性玻璃基復(fù)合材料云母微晶玻璃SiO2、SiO2-TiO2LiO2-Al2O3-SiO2PbO-B2O3-SiO2PbO-ZnO2-B2O3Mg-AL-S-O-N各種微晶玻璃SiC/β-鋰輝石氟金云母組成(K2O-MgO-Al2O3-SiO2-F)光掩摸基板、天體望遠(yuǎn)鏡、熱交換器光掩摸基板、天體望遠(yuǎn)鏡、熱交換器電子器件的封接、涂層建筑物窗戶(hù)、冷柜等復(fù)合材料增強(qiáng)纖維機(jī)械結(jié)構(gòu)材料發(fā)動(dòng)機(jī)部件機(jī)械零件、絕緣材料2024/9/21755.3生物及化學(xué)功能玻璃功能玻璃名稱(chēng)組成舉例應(yīng)用及其它熔融固化耐腐蝕選擇腐蝕殺菌光化學(xué)反應(yīng)分離精制催化劑載體生物活性生物相容性疾病治療降解性放射性廢料固化璃抗堿玻璃化學(xué)切削玻璃抗菌、殺菌玻璃自潔玻璃多孔玻璃多孔玻璃人工骨微晶玻璃牙冠微晶玻璃磁溫治療玻璃玻璃緩釋肥料玻璃緩釋飼料硼硅酸鹽含Zr、Ti的無(wú)堿玻璃SiO2–Li2O-CeO2-AgCl-Al2O3Ag2O-Na2O-B2O3-SiO2TiO2涂層SiO2SiO2MgO-CaO-SiO2-P2O5MgO-CaO-SiO2-TiO2-P2O5CaO-Fe2O3-B2O3-SiO2-P2O5含N、P的氧化物玻璃含Cu、Se等氧化物玻璃放射性廢料的處理混凝土增強(qiáng)纖維精密器件環(huán)境凈化無(wú)需擦洗的窗玻璃高溫反應(yīng)物分離精制固定化酶人工骨、骨修復(fù)牙根補(bǔ)強(qiáng)、人工牙冠癌癥的磁溫治療農(nóng)用肥料牲畜飼料2024/9/21765.4微晶玻璃5.4.1定義將加有成核劑(個(gè)別可不加)的特定組成的基礎(chǔ)玻璃，在一定溫度下熱處理后，就變成具有微晶體和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料，稱(chēng)之為微晶玻璃。微晶玻璃的結(jié)構(gòu)、性能及生產(chǎn)方法同玻璃和陶瓷都有所不向，其性能集中了兩者的特點(diǎn)，成為一類(lèi)獨(dú)特的材料。它也稱(chēng)為玻璃陶瓷（glass-ceramics）或結(jié)晶化玻璃。2024/9/21775.4.2分類(lèi)按外觀分：透明微晶玻璃、不透明微晶玻璃；

按微晶化原理：光敏微晶玻璃、熱敏微晶玻璃；按性能：耐高溫、耐熱沖擊、高強(qiáng)度、耐磨、易機(jī)械加工、易化學(xué)蝕刻、耐腐蝕、地膨脹，零膨脹、低介電損失、強(qiáng)介電性、強(qiáng)磁性、生物相容性等；按基礎(chǔ)玻璃組成：硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽；按所用材料：技術(shù)微晶玻璃、礦渣微晶玻璃。2024/9/21785.4.3微晶玻璃的特點(diǎn)

微晶玻璃間普通玻璃的區(qū)別，主要是它們只有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而同陶瓷樹(shù)料的區(qū)別，主要是它們的結(jié)晶結(jié)構(gòu)更細(xì)。主要特點(diǎn)如下：力學(xué)性質(zhì)：機(jī)械強(qiáng)度高，彈性模量大，堅(jiān)硬耐磨；熱學(xué)性質(zhì)：膨脹系數(shù)變化范圍大，熱穩(wěn)定性好；化學(xué)穩(wěn)定性好；光學(xué)性能：具有獨(dú)特的光學(xué)性能（感光顯影）；電學(xué)性能：介電常數(shù)高，介電損失小等等。2024/9/21795.4.4微晶玻璃的應(yīng)用2024/9/21805.4.5微晶玻璃的核化、晶化與成核劑核化、晶化屬非均相核化類(lèi)型，配合料中的成核劑在熔制過(guò)程中均勻溶解于玻璃中，當(dāng)溫度處在析晶溫度區(qū)，成核劑可降低晶核生長(zhǎng)所需克服的勢(shì)壘，核化可在較低溫度下進(jìn)行。

核化與晶化在整個(gè)玻璃體中均勻進(jìn)行，新晶相在成核劑上附析，長(zhǎng)成細(xì)小的晶體。成核劑：

金屬成核劑（Au，Ag，Cu，Pt，Ru，Rh，Pd，離子態(tài)，8-10nm膠粒）氧化物成核劑（TiO2，ZrO2，P2O5，陽(yáng)離子場(chǎng)強(qiáng)大，易分相結(jié)晶）2024/9/21815.4.6微晶玻璃的生產(chǎn)過(guò)程配合料制備玻璃熔融成型加工微晶化處理（分相、晶核形成、晶體生長(zhǎng)、二次結(jié)晶生長(zhǎng)等過(guò)程）再加工微晶化處理過(guò)程：階梯溫度制度等溫溫度制度2024/9/2182

6.特種玻璃的制備與加工6.1溶膠-凝膠法（1）溶膠－凝膠(Sol-Gel)技術(shù)是指金屬有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物，經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，在溶膠或凝膠狀態(tài)下成型，再經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化為氧化物或其他化合物固體材料的方法；（2）不同的醇鹽體系，其水解、縮聚的情況不同；影響溶膠質(zhì)量的主要因素：加水量、催化劑種類(lèi)、溶液PH值、水解溫度、醇鹽品種、溶液濃度和溶劑效應(yīng)；2024/9/2183成形溫度低，可制得一些傳統(tǒng)方法難以得到或根本得不到的材料。材料純度高、均勻，是光纖、隱形眼鏡等材料。納米級(jí)多孔材料在熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)以及催化等眾多方面有獨(dú)特的性能、還是理想透明的隔熱材料、熱導(dǎo)率為0.013W／(M．k)。溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)2024/9/2184

以正硅酸乙脂(Si(OC2H5)4)為原料制造二氧化硅玻璃為例

在液態(tài)的正硅酸乙脂攪拌過(guò)程中加入水和酸的醇溶液→產(chǎn)生水解(室溫)、縮聚→縮聚產(chǎn)生顆粒(條件得當(dāng))形成溶膠小顆粒→聚集而成三維網(wǎng)絡(luò)連