玻璃的结构和组成
玻璃结构 断裂力学
玻璃结构断裂力学玻璃是一种无定形非晶体材料，具有优良的透明性、硬度和化学稳定性。
然而，由于其特殊的结构和性质，玻璃在受力时容易发生断裂。
断裂力学是研究材料在外力作用下破裂行为的学科，对于理解和预测玻璃结构的断裂行为至关重要。
本文将从玻璃的结构特点、断裂模式和影响因素等方面，探讨玻璃结构的断裂力学。
1.玻璃结构的特点玻璃是由氧化硅（SiO2）等物质组成的非晶体材料，其分子结构呈无序排列。
与晶体结构不同，玻璃没有周期性的长程有序性，而是存在着短程有序性。
这使得玻璃具有以下几个特点：无定形性：玻璃没有明确的晶体结构，其分子排列呈现无规则状态，因此具有无定形性。
高密度：玻璃分子之间没有明显的间隙，使得玻璃具有较高的密度。
脆性：玻璃的分子结构较为紧密，分子之间的结合力较强，导致其在受到外力作用时容易发生断裂。
2.玻璃的断裂模式玻璃在受到外力作用时，会产生不同的断裂模式。
常见的玻璃断裂模式包括以下几种：纵向断裂：纵向断裂是指沿着玻璃的长度方向发生的断裂。
这种断裂模式通常出现在拉伸或拉曼光谱中，当外力超过了玻璃的抗拉强度时，玻璃会发生纵向断裂。
横向断裂：横向断裂是指垂直于玻璃的长度方向发生的断裂。
这种断裂模式通常出现在弯曲或冲击载荷下，当外力作用使得玻璃产生弯曲或扭曲时，玻璃会发生横向断裂。
切割断裂：切割断裂是指在玻璃表面形成一条明显的切口，并且该切口延伸到内部，导致玻璃断裂。
这种断裂模式通常发生在玻璃受到切割或刮擦作用时。
3.影响玻璃断裂的因素玻璃的断裂行为受到多种因素的影响，以下是几个主要因素：结构缺陷：玻璃结构中存在各种缺陷，如孔洞、夹杂物等。
这些结构缺陷会导致应力集中，并且容易成为断裂的起始点。
温度：温度对玻璃的断裂行为有着显著影响。
通常情况下，玻璃在较低温度下更加脆性，而在较高温度下具有一定的韧性。
应力状态：玻璃在不同的应力状态下会表现出不同的断裂行为。
例如，在拉伸状态下，玻璃容易发生纵向断裂；而在压缩状态下，玻璃则更容易发生横向断裂。
第1章玻璃的结构和组成汇总
第1章玻璃的结构和组成汇总玻璃是一种常见的无定形固体，具有广泛的应用领域。
它的结构和组成是决定其性质和用途的重要因素。
本文将对玻璃的结构和组成进行综述。
在微观层面上，玻璃的结构是一种无序的固态结构，没有长程的周期性。
这是与晶体不同的地方。
晶体具有有序排列的原子或分子，可以形成晶格结构。
然而，玻璃的结构是由成千上万个原子或分子组成的无序网络。
这种无序性导致了玻璃的特殊性质，如透明度和断裂特性。
玻璃的主要成分是硅氧四面体。
硅氧四面体由一个中心的硅原子和四个周围的氧原子组成。
硅氧四面体通过共价键相互连接，形成三维的网络结构。
这种结构是玻璃形成的基础。
除了硅氧四面体，其他元素的添加也可以改变玻璃的性质和组成。
玻璃的组成可以根据成分的不同而有所变化。
硅酸盐玻璃是最常见的一种，其主要成分是硅氧四面体。
具体来说，硅酸盐玻璃是由四氧化硅（SiO2）和其他金属氧化物（如氧化钠、氧化钙、氧化铝等）形成的。
不同金属的加入会改变玻璃的化学和物理性质。
另一种常见的玻璃是硼硅酸盐玻璃。
硼硅酸盐玻璃中，硅氧四面体和硼氧四面体交替排列。
硼氧四面体由一个中心的硼原子和三个周围的氧原子组成。
硼硅酸盐玻璃具有低的熔点和低的热膨胀系数，常用于热力学应用。
另外，还有氧化物玻璃和非氧化物玻璃。
氧化物玻璃是以金属氧化物为主要组成部分，如硅酸盐玻璃。
而非氧化物玻璃是由非金属元素（如氟、碳、氮、硫等）形成的，常见的非氧化物玻璃有氟硅酸盐玻璃和硫化物玻璃。
非氧化物玻璃具有特殊的光学、电学和热学性质，广泛应用于光纤通信和光学器件等领域。
此外，玻璃的制备过程也会影响其结构和组成。
常见的玻璃制备方法包括熔融法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法。
熔融法是最传统的制备方法，即将玻璃原料加热到高温熔化后冷却。
溶胶-凝胶法则是将溶胶经过凝胶化处理形成固态玻璃。
化学气相沉积法是通过气态前体沉积到基底上形成玻璃薄膜。
总之，玻璃的结构和组成是多样化的，具有广泛的应用领域。
中空玻璃特征描述
中空玻璃特征描述
中空玻璃又称双层玻璃，是一种由两片玻璃中间夹层，形成一定间隔和密封空气层的结构。
其主要特征描述如下：
1. 玻璃层：中空玻璃一般由两片玻璃组成，玻璃的厚度可以根据需要而定。
两片玻璃之间通过密封处理，形成一个封闭的空间。
2. 空气层：中空玻璃的两片玻璃之间有一个空气层，该空气层起到隔热、隔音的作用。
空气层的宽度可以根据需要进行调整，一般为10-16毫米。
3. 密封层：中空玻璃的两片玻璃之间通过边框或者密封胶带等方式进行密封封装，以防止空气层内部的空气泄漏或者进水。
4. 隔热性能：中空玻璃的空气层可以有效地隔离外界的高温或低温，降低室内外热量交换，提供良好的隔热性能。
5. 隔音性能：中空玻璃的空气层可以减少噪音传递，提供良好的隔音效果，改善室内的安静环境。
6. 抗冻性：中空玻璃具有较好的抗冻性，空气层内的水分很难凝结成冷凝水，避免玻璃表面结霜或冰冻。
7. 安全性：中空玻璃的双层结构可以提供良好的安全性能，一旦其中一层玻璃破裂，另一层玻璃可以继续保持完整，减少意外伤害的风险。
总体来说，中空玻璃具有隔热、隔音、防结露、安全等多种优点，已被广泛应用于建筑、汽车等领域。
无机非金属工艺学玻璃组成设计与配料计算
[SiO4]石英晶体结构以及所表达的石英玻璃、钠硅酸盐 玻璃晶子结构示意图
晶子学说的价值在于它第一次指出了玻璃中存在微 不均匀物，即玻璃中存在一定的有序区域，这对于玻璃 分相、晶化等本质的理解有重要价值。
II、无规则网络学说
查氏把离子结晶化学原则和晶体结构知识推演到 玻璃态物质，描述了离子—共价键的化合物，如熔融 石英、硅酸盐和硼酸盐玻璃。
核心观点： 查氏提出[SiO4]为硅酸盐玻璃的最小结构单元。玻
璃中的这种结构单元或者说键状态与晶体类似，构成连 续的三度空间网络，只是[SiO4]四面体不像在结晶化合 物中那样相互对称均匀地排列，缺乏对称性和周期性的 重复。
晶子学说则强调了不连续性、有序性和微不均匀性。玻 璃是连续性、不连续性，均匀性、微不均匀性；
无序性、有序性几对矛盾的对立统一体，条件变化，矛 盾双方可能相互转化。
III、硅酸盐玻璃结构
1）石英玻璃结构
晶体石英中Si—O键距为1.61×10-1nm，而在石英玻璃中Si—O键距 为1.62×10-1nm说明后者原子间距稍大，结构较为疏松。
查氏提出氧化物形成玻璃的四个条件：
（假定物质的玻璃态和结晶态的能量相近）
（1）一个氧离子不能和两个以上的阳离子结合 ——氧的配位数不大于2；
（2）阳离子周围的氧离子数不应过多(3或4) ——阳离子的配位数为3或4；
（3）网络中氧配位多面体之间只能共角顶，不能共棱、共面； （4）如果网络是三维的，则网络中每一个氧配位多面体必须
在高温、高压下，石英玻璃具有明显的透气性，这在 石英玻璃作为功能材料时值得注意。
玻璃幕墙构造组成
一、按幕面材料分：有玻璃、金属、轻质混凝土挂板、天然花岗石板等幕墙。
其中玻璃幕墙是当代的一种新型墙体，不仅装饰效果好，而且质量轻，安装速度快，是外墙轻型化、装配化较理想的型式。
二、玻璃幕墙按构造方式不同可分为：露框、半隐框、隐框及悬挂式玻璃幕墙等。
三、按施工方式可分：分件式幕墙（现场组装）和板块式幕墙（预制装配）两种。
玻璃幕墙的构造组成
玻璃幕墙由玻璃和金属框组成幕墙单元，借助于螺栓和连接铁件安装到框架上。
一、金属边框：有竖框、横框之分，起骨架和传递荷载作用。
可用铝合金、铜合金、不锈钢等型材做成（下图为铝合金边框的工程实例）。
二、玻璃：有单层、双层、双层中空和多层中空玻璃，起采光、通风、隔热、保温等围护作用。
通常选择热工性能好，抗冲击能力强的钢化玻璃、吸热玻璃、镜面反射玻璃、中空玻璃等。
接缝构造多采用密封层、密封衬垫层、空腔三层构造层。
三、连接固定件：有预埋件、转接件、连接件、支承用材等，在幕墙及主体结构之间以及幕墙元件与元件之间起连接固定作用（下图为幕墙骨架与主体的连接件）
四、装修件：包括后衬板（墙）、扣盖件及窗台、楼地面、踢脚、顶棚等构部件，起密闭、装修、防护等作用。
五、密缝材：有密封膏、密封带、压缩密封件等，起密闭、防水、保温、绝热等作用。
此外，还有窗台板，压顶板，泛水，防止凝结水和变形缝等专用件。
玻璃幕墙细部构造
一、竖向骨架与梁的连接。
第一章 玻璃的结构与组成
第一章玻璃的结构与组成1-1\名词解释1、硼-氧反常：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的作为非桥氧出现于结构中，二十是硼氧三角体【BO3】转变成为完全由桥氧组成的硼氧四面体【BO4】,导致B2O3玻璃从原来两维空间的层状结构部分转变为三维空间的架状结构，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，相应的向着相反的方向变化。
这就是所谓的“硼氧性反常”。
2、硼反常：硼酸盐玻璃与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反，这种现象称硼反常现象。
“硼反常现象”是由于玻璃中硼氧三角体【BO3】与硼氧四面体【BO4】之间的量变而引起性质突变的结果。
3、硼-铝反常：“硼-铝反常”体现在一系列性质变化中，如折射率、密度、硬度、弹性模量。
在介质常数与膨胀系数变化曲线中显得很模糊。
色散、电导与介质损耗等则不出现“硼-铝反常”。
4、积聚作用：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。
5、解聚作用：在熔融SiO2中，O/Si比为2：1，[SiO4]连接成架状。
若加入Na2O则使O/Si比例升高，随加入量增加，O/Si比可由原来的2：1逐步升高到4：1，[SiO4]连接方式可从架状变为层状、带状、链状、环状直至最后断裂而形成[SiO4]岛状，这种架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程，也即解聚。
6、混合碱效应：在二元碱硅玻璃中，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。
这一效应称为混合碱效应，过去称为“中和效应”。
7、压制效应：在含碱硅酸盐中随RO增加，是R+在扩散中系数下降。
8、逆性玻璃：如果玻璃中同时存在两种以上金属离子，而且它们的大小和所带的电荷也不相同时，情况就大为不同。
即使Y<2也能制成玻璃，而且某些性能随金属离子数的增大而变好。
玻璃论文 结构 组成 性能
玻璃的组成、结构和性能姓名：郑朝阳班级:材料化学12-02班学号：311213020233引言:在自然界的固体物质中存在着晶态和非晶态两种状态。
有人把“非晶态”“玻璃态”看作是同义词，也有人将它们加以区别。
我国的技术词典中把“玻璃态”定义为“从熔体冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状态”，习惯上常称玻璃为“过冷的液体”，“非晶态”作为更广义的名词，包括用其它方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。
关键词：玻璃组成结构性能正文：㈠各种“玻璃”的成分（1）普通玻璃（Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O•CaO•6SiO2）（2）石英玻璃（以纯净的石英为主要原料制成的玻璃，成分仅为SiO2）（3）钢化玻璃（与普通玻璃成分相同）（4）钾玻璃（K2O、CaO、SiO2）（5）硼酸盐玻璃（SiO2、B2O3）（6）有色玻璃在（普通玻璃制造过程中加入一些金属氧化物。
Cu2O——红色；CuO——蓝绿色；CdO——浅黄色；CO2O3——蓝色；Ni2O3——墨绿色；MnO2——紫色；胶体Au——红色；胶体Ag——黄色）（7）变色玻璃（用稀土元素的氧化物作为着色剂的高级有色玻璃）（8）光学玻璃（在普通的硼硅酸盐玻璃原料中加入少量对光敏感的物质，如AgCl、AgBr等，再加入极少量的敏化剂，如CuO等，使玻璃对光线变得更加敏感）（9）彩虹玻璃（在普通玻璃原料中加入大量氟化物、少量的敏化剂和溴化物制成）（10）防护玻璃（在普通玻璃制造过程加入适当辅助料，使其具有防止强光、强热或辐射线透过而保护人身安全的功能。
如灰色——重铬酸盐，氧化铁吸收紫外线和部分可见光；蓝绿色——氧化镍、氧化亚铁吸收红外线和部分可见光；铅玻璃——氧化铅吸收X射线和r射线；暗蓝色——重铬酸盐、氧化亚铁、氧化铁吸收紫外线、红外线和大部分可见光；加入氧化镉和氧化硼吸收中子流。
（11）微晶玻璃（又叫结晶玻璃或玻璃陶瓷，是在普通玻璃中加入金、银、铜等晶核制成，代替不锈钢和宝石，作雷达罩和导弹头等）。
玻璃的主要成分和结构特点
玻璃的主要成分和结构特点玻璃是一种无定形固体材料，其主要成分是硅酸盐。
硅酸盐是由硅氧键连接的硅和氧原子组成的化合物。
在玻璃中，每个硅原子都与四个氧原子形成四面体结构，而每个氧原子则与两个硅原子形成桥式键，从而形成了硅氧网状结构。
这种结构特点决定了玻璃的特殊性质和性能。
玻璃的无定形结构使其没有明确的晶体结构，没有周期性的排列规律。
这使得玻璃没有晶体的典型特性，如明显的熔点和断裂面的平行排列。
相反，玻璃在加热过程中会逐渐变软，并在一定温度范围内转变为可塑状态，最终变成液体。
这种无定形结构也使得玻璃的断裂面呈现出玻璃特有的光滑平整的特点。
玻璃的硅氧网状结构使其具有高度的硬度和刚性。
硅酸盐的硅氧键是非常强大的化学键，能够提供玻璃所需的强度和耐磨性。
这也是为什么玻璃被广泛用于制作窗户、器皿和建筑材料等领域的原因之一。
另外，玻璃的硅氧网状结构还赋予了玻璃良好的耐腐蚀性能，使其能够抵抗大部分化学品的侵蚀。
玻璃的硅氧网状结构还决定了其特殊的光学性质。
由于玻璃中硅氧键的存在，玻璃能够几乎完全透明地传播光线。
这使得玻璃成为一种理想的光学材料，广泛应用于光学仪器、眼镜和显示器等领域。
另外，玻璃的硅氧网状结构还赋予了玻璃特殊的折射和反射性质，使得玻璃能够用于制作镜子和光学透镜等光学元件。
玻璃的硅氧网状结构还决定了其热稳定性和导热性能。
由于硅酸盐的硅氧键强度高，玻璃具有较高的熔点和较好的耐热性。
这使得玻璃能够在高温环境下保持稳定的结构和性能。
另外，玻璃的硅氧网状结构中的无定形空隙也使得玻璃具有较低的导热性能，能够有效地隔热。
这使得玻璃成为一种理想的保温材料，广泛应用于建筑、汽车和电子等领域。
玻璃的主要成分是硅酸盐，其结构特点是硅氧网状结构。
这种结构决定了玻璃的无定形性、硬度和刚性、耐腐蚀性、光学性质、热稳定性和导热性能等特点。
这些特点使得玻璃成为一种广泛应用于各个领域的重要材料。
玻璃的分子式
玻璃的分子式简介玻璃是一种非晶态固体材料，具有无定形结构，其分子式并不像晶体一样具有明确的化学式。
然而，玻璃的主要成分是硅氧化物，其化学式可以简化为SiO2。
本文将介绍玻璃的分子结构、成分以及制备方法，以帮助读者更好地了解玻璃的分子式。
玻璃的分子结构玻璃是由无定形的、高度随机排列的分子组成的固体。
与晶体不同，玻璃的分子结构缺乏长程的周期性。
这是由于玻璃的制备过程中，原子或分子无法形成有序的排列结构。
因此，玻璃的分子结构是一种无序的、非晶态的结构。
玻璃的成分玻璃的主要成分是硅氧化物（SiO2），也称为二氧化硅。
硅氧化物是一种无机化合物，化学式为SiO2。
硅氧化物是玻璃的主要结构形成单元，它们通过共价键连接在一起，形成三维的、无规则的网状结构。
除了硅氧化物，玻璃的成分还包括其他氧化物，如氧化钠（Na2O）和氧化钙（CaO），以及少量的添加剂。
这些添加剂可以改变玻璃的性质，例如增加其抗热性、抗冲击性或透明度。
玻璃的制备方法玻璃的制备方法主要包括以下几个步骤：1.原料准备：根据所需玻璃的成分，准备相应的原料。
通常，硅源使用二氧化硅（SiO2）或硅酸盐，碱源使用氢氧化钠（NaOH）或碳酸钠（Na2CO3），碱土金属源使用氧化钙（CaO）等。
2.混合和熔化：将适量的原料混合在一起，并放入高温熔炉中进行熔化。
熔化过程中，原料会逐渐熔化并混合在一起，形成均匀的熔体。
3.成型：将熔化的玻璃熔体倒入预先设计好的模具中，然后通过冷却使其凝固成固体。
4.退火：为了消除内部应力并提高玻璃的稳定性，制备好的玻璃制品通常需要进行退火处理。
退火是将玻璃制品加热到较高温度，然后缓慢冷却的过程。
通过以上制备方法，可以制备出各种不同成分和性质的玻璃，例如硼硅酸玻璃、石英玻璃、钠钙玻璃等。
玻璃的应用玻璃是一种非常常见的材料，广泛应用于各个领域。
以下是一些常见的玻璃应用：1.建筑：玻璃在建筑中被用作窗户、门、墙壁等。
透明的玻璃可以提供自然光线和景观视野。
玻璃的结构与组成
赵彦钊 殷海荣 主编 化学工业出版社 第1版
1
玻璃工艺学
第一章 玻璃的结构与组成
2
一、玻璃的定义
结构上完全表现为长程 无序的、性能上具有玻璃转 变特性的非晶态固体。
二、玻璃的通性
1. 2. 3. 4. 5. 各向同性（物理化学性质） 介稳性（形成晶体的趋势） 无固定熔点 性质变化的连续性 性质变化的可逆性
2.
3.
5
五、单元系统的玻璃
1、石英玻璃结构
（O －Si－O）键角
硅氧（Si－O）键
硅氧四面体[SiO4]
6
2、氧化硼玻璃结构
硼氧三角体[BO3]
7
3、五氧化二磷玻璃结构
磷氧四面体 存在不对称中心
| P O |
8
14
八、 逆性玻璃
玻璃中的桥氧数（Y）决定了玻璃的性能。 ⑴ 二元碱硅玻璃中：
Y＝3时，性能发生变化 Y<2时，不能形成玻璃
⑵ 多元碱硅玻璃（逆性玻璃）：存在两种以上 金属离子
Y<2时，亦能形成玻璃，性能随金属离子数变化。
逆性玻璃含义：
① 结构是逆性的 ② 性质是逆性的
15
16
九、其它玻璃种类
3
三、玻璃结构
“玻璃结构”是指离子或原子在空间的几何配臵以及它们 在玻璃中形成的结构形成体。
1. 晶子学说（列别捷夫）
玻璃是由无数“晶子”所组成的，晶子是具有晶格变形的
有序排列区域，分散在无定形介质中，从“晶子”部分到无定 形部分是逐步过渡的，二者之间并无明显界线。 2. 无规则网络学说（查哈里阿森） 玻璃的近程有序与晶体相似，即形成阴离子多面体，多面 体顶角相连形成三维空间连续的网络，但其排列似拓扑无序的。
玻璃的组成与结构讲解
广义
指物质的一种结构 用作结构、功能和新材料的玻璃 指玻璃器皿、玻璃瓶罐等
玻璃由熔体过冷所得，因黏度逐渐增大而具有 固体机械性能的无定形物体。
狭义
玻璃态是物质的一种存在状态，是熔融、冷却、 固化的非结晶的无定形物，是过冷的液体。
1.1
玻璃的定义与通性
1.1.2 玻璃的通性（掌握）
¤各向同性：玻璃态物质的质点排列是无规则的， 是统计均匀的，其物理化学性质在 任何方向都是相同的。 ¤介稳性：玻璃由熔体急剧冷却而得到，因T↓而 黏度↑ ↑ ，质点来不及作有规则排列 形成晶体，没有放出结晶潜热。 ¤无固定熔点：玻璃态物质由固体转变为液体是 在一定的温度区域内进行的（软 化温度范围），并且没有新的晶 体生成。
1.65
2.9 3.3 2.80
Ti4+
Ga3+
9.8
7.8
Be2+
Al3+
20
10
1.5 玻璃结构中阳离子的分类
3 中间体氧化物阳离子
不能单独生成玻璃，其作用处于网络生成体和网 络外体之间，氧化物键强主要为离子键，单键强 度介于网络生成体和网络外体之间，配位数一般 为6，即可提供游离氧起“断网作用”，又可使 补网的作用。 说明：当配位数为6时，断网作用
1.3
单元系统玻璃
(a)
图1-6（a）相邻两硅氧四面体之间的Si-O-Si键角分布示意图
（b）石英玻璃与方石英晶体Si-O-Si键角分布曲线
1.3
单元系统玻璃
架状结构特点：稳定牢固 石英玻璃性能表现：
黏度及机械强度高、热膨胀系数小、耐热、 介电性能和化学稳定性好。
结论：
• 一般硅酸盐玻璃中SiO2含量愈大，上面 石英玻璃所表现的性能就愈好； • 石英玻璃内部空旷，在高温高压下，有 明显的透气性，可作功能材料。
玻璃工艺学
硼氧反常：纯B2O3玻璃中加入Na2O ，各种物理性质出现极值的现象。
硼反常：在钠硅玻璃中加入氧化硼时，性质变化曲线出现极值的现象。
玻璃：玻璃是一种具有无规则结构的非晶固体，其原子不象晶体在空间作长程有序的排列，而近似于液体具有短程有序长程无序的排列。
积聚作用：和非桥氧发生结合中与多余电荷的作用解聚作用：提供多余的氧原子，使原有的桥氧变成非桥氧，使硅氧网络发生断裂网络外体氧化物：不能单独生成玻璃，不参加网络体，处于网络之外。
若是“游离氧”的提供者，起断网作用；若是断键的积聚者，起积聚作用。
网络生成体氧化物：能单独生成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系。
起骨架作用。
网络中间体氧化物：不能单独生成玻璃，作用介于网络生成体氧化物与网络外体氧化物之间。
当配位数≥6时，处于网络之外，作用与网络外体氧化物相似；当配位数为4时，能参加网络，起补网作用。
玻璃的热历史：指玻璃从高温液态冷却，通过转变温区和退火温区的经历。
玻璃的通性：1.各向同性2.亚稳性3.无固定熔点4.性质变化的连续性5.性质变化的可逆性为什么有亚稳性？1.玻璃由熔体急剧冷却得到，由于冷却速度快，粘度急剧增大，质点来不及作有规则的排列。
系统内能不是处于最低值，而是处于亚稳态。
（热力学观点看，玻璃态不稳定）2.常温下，玻璃粘度远远大于析晶粘度，玻璃析晶必须克服很大的析晶势垒，玻璃结晶速度非常小，即析晶可能性很小，因此常温下玻璃能够稳定存在。
（动力学观点看，玻璃态稳定）为什么无固定熔点？1.物质由熔体向固态玻璃转变时，随着温度降低，熔体的粘度逐渐增大，最后形成固态玻璃，此凝固过程中，相应温度变化范围宽。
2.在此温度变化范围内，始终没有结晶，即没有新晶相形成而产生突变，形成熔点。
玻璃的结构：指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度及它们彼此间的结合状态。
主要的玻璃结构学说：晶子学说、无规则网络学说、凝胶学说、五角对称学说、高分子学说一．晶子学说：晶子学说论点是玻璃是由无数晶子所组成, 这些晶子不同于微晶, 是带有点阵变形的有序排列区域, 分散在无定形介质中, 且从晶子到无定型区的过的过度是逐步完成的, 两者间并无明显界限。
第十二章 玻璃材料
表中其它元素是中间体氧化物元素，它们是 Al2O3 、 Bi2O3、PbO、Te2O3、V2O5和MoO3等。这几种氧化物不能 单独生成玻璃。
1. 玻璃的形成
2）玻璃形成的经典规则 a）Zachariasen规则 Zachariasen (查氏规则) 曾对简单氧化物生成玻璃的状 况进行了研究。他认为，生成玻璃的理想条件是，该材料 没有生成在三维伸展的长程有序网络结构。根据结晶化学 原理，假设玻璃态物质与相应晶态物质有相似的键型和配 位多面体，提出了一套玻璃形成规则。为表述方便，将玻 璃中元素分为成玻璃元素(如Si，B等) 和氧元素。该规则有 如下内容：
2. 玻璃的结构
1) 无规网络学说和微晶学说 以 SiO2玻璃为例，在 SiO2玻璃材料中，Si总是与 4个氧 配位组成 SiO4 四面体，并且在四面体内其 Si － O 键长和 O-
Si-O键角基本不变。
这些四面体以共顶点的方式相连接，连接中的 O-Si-O 键角却可以有较大的变化。这样就形成了无规的三维网络 结构。实际上，Zachariasen (查氏)规则就是无规网络学说 的一种表述。
1. 玻璃的形成
a）Zachariasen规则
对于碱金属和碱土金属元素氧化物，如Na2O和MgO，
金属在其中的配位数分别是8和6，所形成的多面体NaO4和 MgO6 共棱连接，而不是共顶点连接，因而它们不能形成 玻璃。 第III族元素的氧化物分子式通式为M2O3。使氧的配位 数为 2，则M的配位数必为 3，这样就能符合上述规则，形 成玻璃。 B2O3 符合这个规则， B 对 O 是三配位的，因此， B2O3 是可以单独形成玻璃的氧化物。但在 Al2O3 中 Al 是八 面体配位的，不符合上述规则，所以不能单独形成玻璃。
玻璃的性质
中国玻璃发展简史
1965年株州玻璃厂生产压花夹丝玻璃；
1968年广东石歧玻璃厂开始生产平拉法玻璃；
1971年洛阳玻璃厂开始生产浮法玻璃。
目前，各种高技术玻璃已达到或接近国际水平。
9
1.1.3 玻璃的形成
玻璃之所以成为玻 璃而不是结晶，在 于由液态快速冷却 时粘度增加得很快， 内部质点的运动受 到严重阻碍而无法 按晶体结构进行重 新排列，因此仍然 保持着类似于液体 的近程有序而远程 无序的状态。
油和药膏。
公元前1000年，东地中海地区出现玻璃的浇铸
和压制工艺。
公元前200年，西顿和巴比伦地区用金属管吹制
玻璃器皿，这是玻璃制造工艺上的第一个变革。
5
玻璃发展简史
18世纪末，美国人M.欧文斯（Owens)发明了自
动吹瓶机，结束了2000年人工吹制玻璃的历史。
1905年，比利时人E.Fourcault第一次成功地从
任何物质不论其化学组成如何，只要具有
上述四个特性，都称为玻璃态。
17
性 质
Tf:玻璃软化温度
温度
Tg
Tf
•第一类性质：玻璃的电导、比容、粘度等 •第二类性质：玻璃的热容、膨胀系数、密度、折射率等
•第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等
18
1.2.2 玻璃结构的假说
•
1.2.2.1、过冷液体学说 由塔曼提出，这个理论的基础在于把玻璃看作完 全或几乎不具有一般真正固体所具有的结晶特征。 玻璃被认为是过冷液体，那么所含的能量要比相 应的结晶体多，也就是处于介稳状态。 最大缺点在于没有把分子或分子聚合体的结构和 玻璃性质联系起来。 • 1.2.2.2、晶子学说 • 苏联A.A.列别捷夫院长在1921年创立 ，认为玻 璃由无数极微细的、带有点阵变形的有序区域即 晶子所构成 。
无机材料科学基础 第三章-熔体和玻璃体(1)
单聚体与二聚体聚合形成短链: [SiO4]Na4+[Si2O7]Na6 = [Si3O10]Na8+ Na2O
两个短链相聚形成环: 2[Si3O10]Na8 = [Si6O18]Na12 + 2Na2O
聚 50 合 物 40 浓 度 30
(%)
20
SiO4
(SiO2)n Si2O7
图3-6 某硼硅 10
Si3O10
酸盐熔体中聚 合物分布随温 度的变化
0
(SiO3)4
1100 1200 1300 1400 (℃)
12
b)当温度不变时，聚合物的种 类、数量与组成有关：
若O/Si(=R)高，即表示碱性氧 化物含量高，体系中非桥氧 数量多，低聚物数量增加， 高聚物数量降低；
熔体中碱土金属或碱金属量升 高，其O/Si比逐渐升高，体系 中非桥氧量增加，原来较大 的硅氧负离子团变成较小的。 如图3-4。
图3-4
8
举例：从石英粉末加纯碱熔制成硅酸钠玻璃，看聚合物的形成过 程，如图3-5。
①石英颗粒的分化过程（解聚）：
石英颗粒表面上的断键与空气中的水作用形成Si-OH，Na2O在断键处发生离子 交换（Na+置换H+），大部分Si-OH形成Si-O-Na，使相邻的Si-O键共价键成 分降低，键强减弱，受Na2O侵蚀，此类键易断裂（图3-5 B），分离出低聚物 （D） ——二聚体短链。
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一 、熔体的结构
1．“近程有序”理论
Frenker1924年提出了“液体质点假周期运动学说”，认为： 晶体结构——远程有序（晶体中质点的分布是按一定规律排列 的，且在晶格中任何地方都表现着）。
钢化玻璃的基本结构与性质
钢化玻璃的基本结构与性质钢化玻璃是一种广泛应用的建筑材料，因其强度高、安全性能好等特点，被广泛用于建筑外墙幕墙、室内隔断、楼梯扶手、阳台栏杆等领域。
本文将探讨钢化玻璃的基本结构与性质。
一、钢化玻璃的基本结构钢化玻璃是以钠钙玻璃为基础材料，加入少量五氧化二磷、氟化物等助剂，经过高温加热软化形成平整的玻璃板。
再将玻璃板进行淬火处理，使其表面呈现出一定的残余压应力，增加了其抗压、抗弯等性能，从而形成了钢化玻璃。
钢化玻璃的表面硬度高，一般达到7-8H，抗弯强度达到150-200MPa，比普通玻璃要高出几倍。
同时，钢化玻璃具有较好的热冲击性能，能够承受200℃的急冷和温差达到200℃的冲击。
钢化玻璃的厚度一般在3-19mm之间，形状可以为平板、曲面等。
根据不同的用途和安全要求，可以在钢化玻璃的表面进行涂层处理，如夹层玻璃、丝印玻璃等。
二、钢化玻璃的性质1.高强度：钢化玻璃表面呈现出一定的残余压力，其抗拉、抗剪、抗冲击能力都比普通玻璃要高出数倍。
2.安全性能好：钢化玻璃破裂时，会分解成许多不锋利的小颗粒，避免了尖锐碎片对人的伤害。
3.耐温性好：钢化玻璃能够承受急冷和急热的冲击，不易破裂。
4.透光性好：钢化玻璃透光性好，能够有效地利用光线，让室内更加明亮。
5.抗老化：钢化玻璃经过特殊处理，具有耐候、耐风化等性能，不易出现老化、发黄等现象。
三、钢化玻璃的应用钢化玻璃广泛应用于建筑领域，如室内隔断、阳台栏杆、楼梯扶手、门窗等。
同时，钢化玻璃还被广泛应用于汽车领域、电子显示器等行业。
结语：本文从钢化玻璃的基本结构、性质和应用方面进行了探讨。
钢化玻璃作为一种优良的建筑材料，不仅强度高、安全性能好，而且还具有透光性好、抗老化等优点，因此备受青睐。
不过，在使用过程中，还需要注意保养和维护，避免损坏。
第五节-玻璃的结构
的取向不规则性导致的。而玻璃之所以没有固定的熔
点是由于多面体的取向不同，结构中的键角大小不一， 因此加热时弱键先断裂然后强键才断裂，结构被连续 破坏。宏观上表现出玻璃的逐渐软化，物理化学性质 表现出渐变性。
缺陷：近年来，随着实验技术的进展，积累 了愈来愈多的关于玻璃内部不均匀的资料， 例如首先在硼硅酸盐玻璃中发现分相与不均 匀现象，以后又在光学玻璃和氟化物与磷酸 盐玻璃中均发现有分相现象。用电子显微镜 观察玻璃时发现在肉眼看来似乎是均匀一致 的玻璃，实际上都是由许多从0.01～0.1μm 的各不相同的微观区域构成的。
一、硅酸盐玻璃的结构
常见玻璃类型
硅酸盐玻璃的网络形成氧化物为SiO2，由[SiO4]四 面体共顶相连形成硅氧网络。
1.石英玻璃
结构：由[SiO4]形成的完整网络，所有的氧都是桥氧， 结构中无断网。 Si-O-Si键角可以在120~180度之间 旋转变化，最可几144度。 网络连续、无序。 性质：粘度高，使用性能好。但熔制温度过高。
继续加入 R2O 、 R2O 起的拆网作用已不能再修补，断 网越来越多，粘度下降。这一现象称为“硼反常现 象”。此处的“硼反常现象”的表现不同于硼硅酸盐 玻璃的“硼反常现象” 。
因为 [BO4] 与 [BO4] 不能直接相连，中间要有 [BO3]
隔开,[BO3]与[BO3]相连时O2-的电价饱和，而[BO4]
与[BO4]相连时，O2-得到的静电键强度的总和与O2电价之间的偏差超过了1/4价，因而不稳定。所以 即使加入过多的 R2O 或 RO,[BO3] 三角形不能无限向 [BO4]四面体转化，达到一定限度后R2O起断网作用。
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论据：①玻璃的X射线 衍射图一般有宽广的 （或弥散的 ）衍射峰， 与相应晶体的强烈尖 锐的衍射峰有明显的 不同，但二者峰值所 处的位置基本是相同 的。
② 把晶体磨成细粉，颗粒度小于0.1μm时，其X射线 衍射图也产生一种宽广的（或弥散的 ）衍射峰，与 玻璃类似，而且颗粒度越小，衍射图的峰值宽度越 大。
三度空间网络发生解聚，出现与一个硅原子键合的 非桥氧，碱金属离子处于非桥氧附近的网穴中，中 和过剩电荷。
原因：碱金属氧化物的加入使氧硅比值相对增大。 结果： [SiO4]网络失去原有的完整性，结构减弱疏
松，导致一系列性能变坏。
1.3.3 钠钙硅玻璃结构 CaO的加入使钠硅玻璃结构加强，一系列性能变好，
一、晶子学说
提出：1921年列别捷夫研究光学玻璃退火时，发现 折射率随温度变化曲线上520℃附近有突变，认为 这是玻璃中石英“微晶”晶型转变所致。
内容：认为玻璃是由无数“晶子”所组成。晶子是 尺寸极其微小、晶格变形的有序排列区域，分散在 无定形介质中，从晶子到无定形部分是逐步过渡的， 没有明显的界限。
三角形结构。B-O键是极性共价键，共价性成分约 占56%，键强略大于Si-O键，约为119cal/mol。整 个[BO3]正负电荷重心重合，不带极性。
根据X射线衍射和核磁共振的研究，证明B2O3玻璃 是由[BO3]组成的，但连接方式尚未彻底弄清。
由于B2O3玻璃密度与六角形结晶态的B2O3差别较 大，故不能把结晶态的结构推广到玻璃中。
玻璃结构的无序性主要是由于Si-Si距离（即Si-OSi键角）的可变性造成的。
[SiO4]之间的旋转角度也是无序分布的。所以[SiO4] 之间不能以边或面相连，而只能以顶角相连。
石英玻璃是[SiO4]之间以顶角相连，形成一种向三 度空间发展的架状结构，内部存在许多空隙。
1.3.2 碱硅酸盐玻璃结构 熔融石英玻璃中加入碱金属氧化物，会使原有[SiO4]
凡是成为玻璃态的物质与相应的晶体结构一样， 也是由一个三度空间网络所构成，这种网络是离 子多面体构筑起来的。晶体结构网是由多面体无 数次有规律重复而构成，而玻璃中结构多面体重 复没有规律性。
石英玻璃：与石英晶体类似存在最小结构单元— 硅氧四面体，但排列是无序的，缺乏对称性和周 期性。
钠钙硅玻璃：由硅氧四面体为结构单元的三度空 间网络所组成，碱金属和碱土金属离子均匀而无 序的分布于四面体之间的空隙中，以维持网络中 局部的电中性。
成为各种实用钠钙硅玻璃的基础。 源于钙本身的特性及在结构中的作用。
Ca2+半径0.99埃与Na+半径0.95埃相近，但电荷比Na+大 一倍，场强比钠大得多。
具有强化结构和限制Na+活动的作用。
1.4 硼酸盐玻璃结构
1.4.1 氧化硼玻璃结构 [BO3]是氧化硼玻璃的基本结构单元。 [BO3]是平面
一、玻璃的定义 1、狭义定义：熔融、冷却、固化的非结晶的无机物，
即无机玻璃，硅酸盐玻璃。 2、广义定义：呈现玻璃转变现象的非晶态固体。
玻璃转变现象是指当物质由固体加热或由熔体冷却时， 在相当于晶态物质熔点2/3~1/2温度附近出现性能突 变。这一温度称为玻璃转变温度。
二、玻璃的通性 1、各向同性
物理化学性质在任何方向都是相同的，是统计均 质结构的外在表现。 2、介稳性 比相应结晶态物质含有较大的能量，不是能量最 低状态。 ➢ 从热力学观点，有析晶的可能，是不稳定的； ➢ 从动力学观点，转变速率很小，稳定的。
石英玻璃结构模型
石英晶体结构模型
意义：无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续 性、统计均匀性和无序性，可以解释玻璃的各向同 性、内部性质均匀性和随成分改变时玻璃性质变化 的连续性等。
综上所述：网络学说强调了玻璃中多面体相互间 排列的连续性、均匀性和无序性；而晶子学说则 强调了不连续性、有序性和微不均匀性。所以， 玻璃是连续性、不连续性，均匀性、微不均匀性， 无序性、有序性几对矛盾的对立统一。
3、无固定熔点 转化温度范围
4、性质变化的连续性和可逆性 玻璃态物质从熔融状态冷却（或相反加热）过程 中，其物理化学性质产生逐渐和连续的变化，而 且是可逆的。
1.2 玻璃的结构学说
近代玻璃结构学说有：晶子学说、无规则网络学说、 凝胶学说、五角形对称学说、高分子学说等。目前 较为流行的是晶子学说和无规则网络学说。
根据X射线衍射分析， B2O3玻璃中有[BO3]相互连 接的硼氧三元环集团。
B2O3玻璃在不同温度下可能有几种结构模型：图1-9
低温B2O3玻璃结构是由桥氧连接的硼氧三角体和硼氧三 元环形成的向两度空间发展的网络，属于层状结构。
温度较高时转变成链状结构，由两个三角体在两个顶角 上相连接而形成的结构单元，通过桥氧连接而成。
1.3 硅酸盐玻璃结构
1.3.1 石英玻璃结构
目前一般倾向于用无规则网络学说的模型描述石英 玻璃结构，认为石英玻璃结构主要是无序而均匀的 ， 有序范围大约只有0.7~0.8nm。
[SiO4]是熔融石英玻璃的基本结构单元。Si原子位 于四面体的中心，O原子位于四面体的四个顶角， O- Si- O键角109°28ˊ。Si- O键是极性共价键， 离子性与共价性约各占50%，键强较大约为 106cal/mol。整个[SiO4]正负电荷重心1.1 玻璃的定义与通性 ❖ 1.2 玻璃的结构学说 ❖ 1.3 硅酸盐玻璃结构 ❖ 1.4 硼酸盐玻璃结构 ❖ 1.10 玻璃结构中阳离子的分类 ❖ 1.11 各种氧化物在玻璃中的作用 ❖ 1.12 玻璃的热历史 ❖ 1.13 玻璃成分、结构、性能之间的关系
1.1 玻璃的定义与通性
意义：晶子学说第一次指出玻璃中存在微不均匀性， 即存在一定的有序区域，这构成了该学说的合理部 分。对玻璃分相、晶化等的理解有重要价值。
二、无规则网络学说 提出：1932年查哈里阿森借助于哥希密特的离子结
晶化学原理，并参照玻璃的某些性能与相应晶体的 相似性提出了无规则网络学说。
内容：