yh玻璃的熔炼与凝固讲解
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(4) 硼酸盐玻璃电绝缘性能好，而且易熔，常作为玻璃焊剂或 粘结剂。
(5)含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重要应用。
玻璃分类 (两千余种)
窗玻璃
日用玻璃
器皿玻璃
夹层玻璃 钢化玻璃
仪器玻璃
光学玻璃
变色玻璃 高强玻璃
微晶玻璃 生物玻璃
玻璃纤维 玻璃棉
光导纤维 瓶罐玻璃
4、玻璃的制备方法
❖ 传统的熔体冷却法 ❖ 通过气相合成玻璃的气相沉积和电沉积法、真空蒸
②无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀 和统计性。
它们各自能解释玻璃的一些性质变化规律。
3、常见玻璃类型
通过桥氧形成网络结构玻璃称为氧化物玻璃。 典型的玻璃形成的氧化物是SiO2、B2O3、 P2O5和GeO2，制取的玻璃，在实际应用和理 论研究上均很重要。
（1）硅酸盐玻璃
石英玻璃由硅氧四面体[SiO2]以顶角相连而组成的 三维网络。网络没有其晶体那样近程有序，它是其 它硅酸盐玻璃的基础。
功能学观点：室温下玻璃粘度大，较变为晶态速率十分小， 相对稳定
（3）熔融态向玻璃态转变过程是 可逆渐变的
A结晶过程
温度降至TM时，出现新相，内能与体 积下降，粘度则上升。
B玻璃化过程：折线ABKG，ABKFE 所示
温度降至K、F点对应温度：溶体开始 固化，即形成玻璃体时。
而 KG ， KFE 则 为 形 成 的 玻 璃 体 ， 其 内能与体积随温度的变化曲线在F点转 折。
（2）无规则网络学说
A、由于石英玻璃和方石英的特征谱线重合，瓦伦认为石 英玻璃和方石英中原子间距大致一致。峰值的存在并不说 明晶体的存在。 B、石英玻璃中没有象硅胶一样的小角度衍射，从而说明 是一种密实体，结构中没有不连续的离子或空隙。
实验表明，玻璃物质主要部分不可能以方石英晶体的形 式存在，而每个原子的周围原子配位对玻璃和方石英来说 都是一样的。
评价
(1) 说明玻璃结构宏观上是均匀的。解释了结构上是远 程无序的， 揭示了玻璃各向同性等性质。
(2) 不足之处：对分相研究不利，不能完满解释玻璃的 微观不均 匀性和分相现象。
结论：
两种假说各具优缺点，两种观点正在逐步靠近。统一的 看法是玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形 物质。
①晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。
晶核生成速率和晶体生长速率
另外，如熔体在玻璃形成温度Tg附近粘度大，此时，晶核 生长和晶体成长阻力均很大，熔体易形成玻璃而不析晶。
（2）硼酸盐玻璃：B2O3是硼酸盐玻璃中的网络形 成体。层之间是分子力，是一种弱键，所以B2O3玻 璃软化温度低(450℃)，表面张力小，化学稳定性差 (易在空气中潮解) 。
一般说纯B2O3玻璃实用价值小。但B2O3是唯一能用 来制造有效吸收慢中子的氧化物玻璃，而且是其它 材料不可取代的。
B2O3与R2O、RO等配合才能制成稳定的有实用价 值的硼酸盐玻璃。
第一章 材料的熔炼 原材料 加热 液态 冷凝 固态
第五节 玻璃的熔炼与凝固
玻璃概述
1、玻璃态性质 • 晶体：质点在三维空间有规则排列近程远程均有序。 • 非晶体：近程有序但远程无序，如：玻璃、熔体、树
脂、橡胶 • 玻璃是由熔体过冷却形成的，为无机非晶态固体中最主
要一族。 • 一般有：较高硬度，较大脆性，一定透明度，具有物理
硼硅酸盐玻璃的实际用途：
(1) 在氧化硼玻璃中引入轻元素氧化物(BeO、Li2O)可使快中子 减慢，若引入CdO和其它稀土元素氧化物能使中子吸收能力剧 增。在核工业中有重要用途。
(2) 硼酐对于碱金属(Na、Cs)蒸汽稳定，所以含Na和Cs的放电 灯外壳用含20～55wt％B2O3的玻璃制造。放电灯内表面还可 覆盖一层含87wt％的B2O3玻璃。 (3) 特种硼酸盐玻璃的另一特性是x射线透过率高，以B2O3为基 础配方再加轻元素氧化物(BeO、Li2O、MgO、Al2O3)所制得 的玻璃，是制造x射线管小窗的最适宜材料。
学说要点：
(1)形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空 间网络。
(2)这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无 规律的发展而构筑起来的。
(3)电荷高的网络形成离子位于多面体中心，半径大的变性 离子，在网络空隙中统计分布，对于每一个变价离子则有一定 的配位数。
(4)氧化物要形成玻璃必须具备四个条件： A、每个O最多与两个网络形成离子相连。 B、多面体中阳离子的配位数≤4。 C、多面体共点而不共棱或共面。 D、多面体至少有3个角与其它相邻多面体共用。
K、F两点均为转折点。
（4）熔融态向玻璃态转化时，化学性质连续变化 （5）无固定熔点
玻璃态物质由熔体转变为固体是在一定温度区 间（转化温度范围内）进行的，它与结晶态物质不
同，没有固定熔点。
2、玻璃的结构
玻璃结构学说：晶子学说和无规则网络学说 （1）晶子学说（在前苏联较流行)
基本观点：玻璃由无数“晶子”组成，它们分散于 无定形介质中，并且“晶子”部分到无定形部分过渡 是逐步完成的，两者无明显界线，是高分散晶子的集 合体。
通性（四个物理通性）
（1）各向同性
玻璃内部任何方向性质均是相同的，与液体类似与晶体 相反，与统计结果吻合，如折射率、导电性、热膨胀系数 等。
（2）介稳性
玻璃体是一种介稳态，即在低温下保留了高温时的结构 而不变化，包含有过剩内能，有析晶可能。
热力学观点：玻璃为高能量状态必然自低能量状态较变， 即析晶。
发法和溅射法； ❖ 通过液相合成玻璃的超急冷却法和溶胶凝胶法 ❖ 通过固相生成玻璃的方法，热分解法和中子照射法。
5、 玻璃的形成wenku.baidu.com
热力学：冷却速度足够快，任何物质都有玻璃体在低于熔
点范围内保持足够长时间，均能使玻璃体析晶动力学：以多快 速度使熔体冷却以避免产生晶体
（1）形成玻璃的动力学条件
物质结晶由两个速度决定：
要点：玻璃由无数的“晶子”组成。
所谓“ 晶子” 不同于一般微晶，而是带有晶格 变形的有序区域，它分散于无定形的介质中，并且 “ 晶子”到介质的过渡是逐渐完成的，两者之间无 明显界线。 • 意义及评价：第一次揭示了玻璃的微不均匀性， 描述了玻璃 结构近程有序的特点。 • 不足之处：晶子尺寸太小，无法用x－射线检测， 晶子的含量、组成也无法得知。
(5)含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重要应用。
玻璃分类 (两千余种)
窗玻璃
日用玻璃
器皿玻璃
夹层玻璃 钢化玻璃
仪器玻璃
光学玻璃
变色玻璃 高强玻璃
微晶玻璃 生物玻璃
玻璃纤维 玻璃棉
光导纤维 瓶罐玻璃
4、玻璃的制备方法
❖ 传统的熔体冷却法 ❖ 通过气相合成玻璃的气相沉积和电沉积法、真空蒸
②无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀 和统计性。
它们各自能解释玻璃的一些性质变化规律。
3、常见玻璃类型
通过桥氧形成网络结构玻璃称为氧化物玻璃。 典型的玻璃形成的氧化物是SiO2、B2O3、 P2O5和GeO2，制取的玻璃，在实际应用和理 论研究上均很重要。
（1）硅酸盐玻璃
石英玻璃由硅氧四面体[SiO2]以顶角相连而组成的 三维网络。网络没有其晶体那样近程有序，它是其 它硅酸盐玻璃的基础。
功能学观点：室温下玻璃粘度大，较变为晶态速率十分小， 相对稳定
（3）熔融态向玻璃态转变过程是 可逆渐变的
A结晶过程
温度降至TM时，出现新相，内能与体 积下降，粘度则上升。
B玻璃化过程：折线ABKG，ABKFE 所示
温度降至K、F点对应温度：溶体开始 固化，即形成玻璃体时。
而 KG ， KFE 则 为 形 成 的 玻 璃 体 ， 其 内能与体积随温度的变化曲线在F点转 折。
（2）无规则网络学说
A、由于石英玻璃和方石英的特征谱线重合，瓦伦认为石 英玻璃和方石英中原子间距大致一致。峰值的存在并不说 明晶体的存在。 B、石英玻璃中没有象硅胶一样的小角度衍射，从而说明 是一种密实体，结构中没有不连续的离子或空隙。
实验表明，玻璃物质主要部分不可能以方石英晶体的形 式存在，而每个原子的周围原子配位对玻璃和方石英来说 都是一样的。
评价
(1) 说明玻璃结构宏观上是均匀的。解释了结构上是远 程无序的， 揭示了玻璃各向同性等性质。
(2) 不足之处：对分相研究不利，不能完满解释玻璃的 微观不均 匀性和分相现象。
结论：
两种假说各具优缺点，两种观点正在逐步靠近。统一的 看法是玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形 物质。
①晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。
晶核生成速率和晶体生长速率
另外，如熔体在玻璃形成温度Tg附近粘度大，此时，晶核 生长和晶体成长阻力均很大，熔体易形成玻璃而不析晶。
（2）硼酸盐玻璃：B2O3是硼酸盐玻璃中的网络形 成体。层之间是分子力，是一种弱键，所以B2O3玻 璃软化温度低(450℃)，表面张力小，化学稳定性差 (易在空气中潮解) 。
一般说纯B2O3玻璃实用价值小。但B2O3是唯一能用 来制造有效吸收慢中子的氧化物玻璃，而且是其它 材料不可取代的。
B2O3与R2O、RO等配合才能制成稳定的有实用价 值的硼酸盐玻璃。
第一章 材料的熔炼 原材料 加热 液态 冷凝 固态
第五节 玻璃的熔炼与凝固
玻璃概述
1、玻璃态性质 • 晶体：质点在三维空间有规则排列近程远程均有序。 • 非晶体：近程有序但远程无序，如：玻璃、熔体、树
脂、橡胶 • 玻璃是由熔体过冷却形成的，为无机非晶态固体中最主
要一族。 • 一般有：较高硬度，较大脆性，一定透明度，具有物理
硼硅酸盐玻璃的实际用途：
(1) 在氧化硼玻璃中引入轻元素氧化物(BeO、Li2O)可使快中子 减慢，若引入CdO和其它稀土元素氧化物能使中子吸收能力剧 增。在核工业中有重要用途。
(2) 硼酐对于碱金属(Na、Cs)蒸汽稳定，所以含Na和Cs的放电 灯外壳用含20～55wt％B2O3的玻璃制造。放电灯内表面还可 覆盖一层含87wt％的B2O3玻璃。 (3) 特种硼酸盐玻璃的另一特性是x射线透过率高，以B2O3为基 础配方再加轻元素氧化物(BeO、Li2O、MgO、Al2O3)所制得 的玻璃，是制造x射线管小窗的最适宜材料。
学说要点：
(1)形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空 间网络。
(2)这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无 规律的发展而构筑起来的。
(3)电荷高的网络形成离子位于多面体中心，半径大的变性 离子，在网络空隙中统计分布，对于每一个变价离子则有一定 的配位数。
(4)氧化物要形成玻璃必须具备四个条件： A、每个O最多与两个网络形成离子相连。 B、多面体中阳离子的配位数≤4。 C、多面体共点而不共棱或共面。 D、多面体至少有3个角与其它相邻多面体共用。
K、F两点均为转折点。
（4）熔融态向玻璃态转化时，化学性质连续变化 （5）无固定熔点
玻璃态物质由熔体转变为固体是在一定温度区 间（转化温度范围内）进行的，它与结晶态物质不
同，没有固定熔点。
2、玻璃的结构
玻璃结构学说：晶子学说和无规则网络学说 （1）晶子学说（在前苏联较流行)
基本观点：玻璃由无数“晶子”组成，它们分散于 无定形介质中，并且“晶子”部分到无定形部分过渡 是逐步完成的，两者无明显界线，是高分散晶子的集 合体。
通性（四个物理通性）
（1）各向同性
玻璃内部任何方向性质均是相同的，与液体类似与晶体 相反，与统计结果吻合，如折射率、导电性、热膨胀系数 等。
（2）介稳性
玻璃体是一种介稳态，即在低温下保留了高温时的结构 而不变化，包含有过剩内能，有析晶可能。
热力学观点：玻璃为高能量状态必然自低能量状态较变， 即析晶。
发法和溅射法； ❖ 通过液相合成玻璃的超急冷却法和溶胶凝胶法 ❖ 通过固相生成玻璃的方法，热分解法和中子照射法。
5、 玻璃的形成wenku.baidu.com
热力学：冷却速度足够快，任何物质都有玻璃体在低于熔
点范围内保持足够长时间，均能使玻璃体析晶动力学：以多快 速度使熔体冷却以避免产生晶体
（1）形成玻璃的动力学条件
物质结晶由两个速度决定：
要点：玻璃由无数的“晶子”组成。
所谓“ 晶子” 不同于一般微晶，而是带有晶格 变形的有序区域，它分散于无定形的介质中，并且 “ 晶子”到介质的过渡是逐渐完成的，两者之间无 明显界线。 • 意义及评价：第一次揭示了玻璃的微不均匀性， 描述了玻璃 结构近程有序的特点。 • 不足之处：晶子尺寸太小，无法用x－射线检测， 晶子的含量、组成也无法得知。