陶瓷和玻璃

玻璃陶瓷选论

罗传峰

玻璃

一、名词解释：

非桥氧；硼氧反常性；转变温度区；桥氧；混合碱效应；硼反常性

答：非桥氧：仅与一个成网离子相键连，而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧。

硼氧反常性：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作为非桥氧出现于结构中，而是使硼氧三角体（B0）转变成为完全由桥氧组成

的硼氧四面体，导致B03玻璃从原来两度空间的层状结构部分转变为三度空间的架状结构，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，相应地向着相反的方向变化，这就是所谓硼氧反常性。

转变温度区：玻璃熔体自高温逐渐变冷却时，要通过一个过渡温度区，在此区域内玻璃从典型的液体状态，逐渐转变为具有固体各项性质的物体。这一区域称之为转变温度区。

桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子，即起“桥梁”作用的氧离子。

混合碱效应：在二元碱玻璃中，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。这一效应叫做混合碱效应。

硼反常性：在钠硅酸盐玻璃中加入氧化硼时，往往在性质变化曲线中产生极大值和极小值，

这现象也称为硼反常性。

二、问答题：1、简述玻璃结构中阳离子的分类，及其在玻璃结构中的作用

答：按元素与氧结合的单键能的大小和能否形成玻璃，分为三类：网络生成

体氧化物：能单独生成玻璃，在玻璃结构中能形成各自特有的网络体系。网络外体氧化物：不能单独生成玻璃，当阳离子M电场强度较小时，断网作用，电场强

度较大时积聚作用。中间体氧化物：当配位数》6时，阳离子处于网络之外，与网

络外体作用相似；当配位数为4时能参加网络起网络生成体作用。

2、简述玻璃在Tg—Tf范围内及其附近的结构变化情况。

答：在Tg—Tf范围内及其附近结构变化中可以从三个温度范围说明： 1.Tf以上，粘度小，质点流动层扩散速度快，结构变化快，瞬间可达平衡。 2.Tg以下，

玻璃基本上已经转化为具有弹性以及脆性等特点的固态物体，此温度范围内结构变化远远落后于温度变化。3.Tg —Tf范围:粘度介于上述二者之间，质点可适当移动，构造状态趋向平衡所需时间较短。此时温度范围决定了玻璃结构状态以及结构灵敏性能。

3、逆性玻璃中，“逆性”的含义是什么？

答：1在结构上，一般玻璃的结构以玻璃形成物为主体，金属离子处于网络的空穴中，它仅起补

网作用，逆性玻璃与通常玻璃是相逆的，即决定玻璃聚结程度的不是多面体之间的连接，而是金属离

子多面体短链中氢离子的结合。2逆性玻璃在性质上也发生逆转性，一般玻璃的性质是随SiO2的减

少而降低，在逆性玻璃中则相反，碱金属和碱土金属含量越多，结构越强固，而某些物理性质都向玻璃的相反方向变化。

第六章玻璃的化学稳定性

1、试述水、酸、碱、大气对玻璃的侵蚀过程。

答：1水，水对玻璃的侵蚀幵始于水中的H+和玻璃中的Na+离子进行交换，通

过反应间接破坏硅氧骨架，并且水分子也可以直接破坏硅氧骨架，从而造成对玻璃的侵蚀，但是产物硅酸凝胶会减低侵蚀的速度。2酸，酸对玻璃的侵蚀是通过水的作用侵蚀玻璃，产物金属氢氧化物要受到酸的中和。中和作用起着两种相反的效果，一是使玻璃和水溶液之间的离子交换反应加速进行，从而增加玻璃的失重，二是降低溶液的pH 值，

使硅酸凝胶Si(OH)4 的溶解度减小，从而减少玻璃的失重。

3 碱，第一阶段：碱溶液中的阳离子吸附在玻璃表面上；第二阶段：由于阳离子有束缚其周围OH- 离子的作用，当阳离子吸附在玻璃表面的同时，玻璃表面附近的OH-离子浓度相应增高，起着“攻击”和“断裂”玻璃表面硅氧键的作用；第三阶段：-Si-O-Si- 骨架破坏后，产生-Si-O- 群，最后变成了硅酸离子。

4 大气，前期相当于水溶液的侵蚀，后期由于PH 值升高，相当于碱的侵蚀。

2、玻璃容器产生脱片的原因是什么？答：玻璃容器产生拖片的原因如下： 1 玻璃表面层中，可溶性成分溶出后，由于不溶性的高硅氧残存的薄膜的脱离 2 原溶液存在(或从玻璃中溶出)的多价金属离子，在玻璃表面形成硅酸盐薄膜后脱离。

3、影响玻璃强度的因素有哪些？

答：化学键强度、微不均匀性、结构缺陷、微裂纹、外界条件如温度、活性介质、疲劳等。化学键对玻璃强度的影响：指键强和单位体积内键的数目对强度的影响。对硅酸盐玻璃来说，桥氧与非桥氧所形成的键，其强度是不同的，就非桥氧离子来讲，碱土金属和碱金属的键强也不一样，单位体积内的键数也即与结构网的疏密程度，结构网稀强度越低。微不均匀性对强度的影响：结构的微不均匀性降低了玻璃的强度。由于分相而行成的两相交界面上形成裂纹核，因为微相与微相之间结合力比较薄弱，并且两项成分不同，膨胀不一样，产生应力以至于强度下降。表面裂纹对强度的影响：在拉丝过程中，表面微裂纹被火焰容去，并且在冷却过程中表面产生了压应力，从而强化了表面使强度增加。缺陷对强度的影响：宏观缺陷常常因为成分与玻璃主体不一致而造成内应力，围观缺陷常常在宏观缺陷的地方集中，从而导致了裂纹严重影响玻璃强度。活性介质可能渗入裂纹是裂纹扩展与玻璃起反应式结构破坏。低温与高温对玻璃强度的影响不同，玻璃强度随温度升高而降低。

第一章

1.如何提高瓶罐的机械强度和热稳定性？

答：为了提高瓶罐的机械强度和热稳定性，将玻璃瓶进行钢化处理和离子交换处理，瓶罐由制瓶机取出后，立即送入马弗式钢化炉内均匀加热到接近玻璃的软化温度，然后转入钢化室，用多孔喷嘴向瓶罐内外喷射冷却空气，使瓶罐快速冷却得到均匀的压应力分布。而离子交换又称为化学钢化处理，通常是将瓶罐置于熔融的硝酸钾中，使离子半径较大的K置换玻璃中离子半径较小的Na,表面发生

压挤，从而形成均匀的压应力，使瓶罐强度提高。

2.简述金属胶体着色的过程。

答：1 金属离子的溶解。金属离子充分溶解于玻璃熔体之中是金属胶体着色的前提。2 金属离子的还原，在高温下，铜银金都以离子状态存在于玻璃中，必须把金属离子还原成金属原子。热还原法，光化学还原法3、金属离子的成核长大：金

属离子还原成原子状态后，必须进行适当的热处理，使分散在玻璃中的金属原子聚集，成核并长大成为胶体。必须指出，在热处理过程中，金属颗粒常常由于成长过大，而使玻璃发生乳浊现象。

第五章仪器玻璃

1、对仪器玻璃的要求主要有哪些？

答：1 良好的抗化学抗蚀性，抗化学侵蚀性是仪器玻璃的最主要要求，如果仪器玻璃

抗化学侵蚀性不好，不但会使化学药品变质，分析结果不准确，还会造成

严重事故。 2 抗热冲击性好，指玻璃对冷热急变的抵抗能力， 3 机械性能好，要

求玻璃机械强度高、弹性好、脆性低、使用时不易损坏同时也要求玻璃硬度高不易产生划痕。 4 使用温度高，要求玻璃有较高的软化温度，以保证较高温度下使用不会产生变形。5良好的工艺性能，这就包括以下方面： a 析晶温度范围下，经反复加热不会析晶，b玻璃