非晶态结构与性质资料
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基本结构单元在熔体中组成大小不同、形状不 规则的聚合离子团（或络阴离子团），其间存在 聚合－解聚的平衡。 3. 影响聚合物聚合程度的因素
组成 温度
硅酸盐聚合结构
O:Si
名称
负离子团类型
4:1 岛状硅酸盐
[SiO4]4-
3.5:1 组群状硅酸盐
[Si2O7]6-
3:1
3:1 2.75:1 2.5:1
（2）VFT公式（Vogel-Fulcher-Tammann公式）
lg A B
T T0
式中 A、B、T0——与熔体组成有关的常数。
【注意】以上两公式均为经验式，因此目前粘度 仍不能通过计算而得到精确数据，在实际生产和科 研中仍需实际测定粘度数据作为依据。
（3）粘度的测定
硅酸盐熔体粘度相差很大（10-2~1015Pa·s）不同范围粘度 用不同方法测定．
二、表面张力 表面张力的含义、表面张力与温度的关系、 表面张力与组成的关系
一、粘度 粘度：流体（液体或气体）抵抗流动的度量。
当液体流动时： F＝ηS dv/dx
式中 F―两层液体间的内摩擦力； S―两层液体间的接触面积； dv/dx―垂直流动方向的速度梯度；
η―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。
【粘度物理意义】单位接触面积、单位速度梯 度下两层液体间的内摩擦力。 【粘度单位】Pa·s（帕·秒）。 1Pa·s＝1N·s/m2＝10dyne·s／cm2＝10 P（泊） 1dPa·s（分帕·秒）＝1P（泊）。 【液体流动度ф 】粘度的倒数，即ф=1/η。
107~1015 Pa·s：拉丝法。根据玻璃丝受力作用的伸长速度来 确定。
10~107 Pa·s：转筒法。利用细铂丝悬挂的转筒浸在熔体内 转动，悬丝受熔体粘度的阻力作用扭成一定角度，根据扭 转角的大小确定粘度。
100.5~1.3×105 Pa·s：落球法。根据斯托克斯沉降原理，测 定铂球在熔体中下落速度求出。
第四章 非晶态结构与性质
4.1 熔体的结构 4.2 熔体的性质 4.3 玻璃的通性和玻璃的转变 4.4 玻璃的形成 4.5 玻璃结构理论
4.1 熔体的结构
一、对熔体的一般认识 二、硅酸盐熔体结构 —— 聚合物理论
一、对熔体结构的一般认识
1．晶体与液体的体积密度相近
晶体→液体：体积变化小（ <10％，相当于质点间平均距离增加3％左右）； 液体→气体：体积增大数百倍至数千倍（例如水增大1240倍）。 表明：液体中质点之间平均距离和固体十分接近，而和气体差别较大。
中的相似； ➢ 液体衍射峰很宽阔，缘于：
液体质点有规则排列区域的高度分散； ➢ 液体结构特征：近程有序，远程无序。
在高于熔点不太多的温度下，液体内部质点排列 具有某种程度规律性，而非象气体一样杂乱无章。
强度 I
气体 熔体
玻璃
晶体
sinθ λ
不同聚集状态物质的X射线衍射强度 随入射角度变化的分布曲线
综上所述: 液体是固体和气体的中间相，液体结构在
气化点和凝固点之间变化很大，在高温（接近气 化点）时与气体接近，在稍高于熔点时与晶体接 近。
由于通常接触的熔体多是离熔点温度不太远 的液体，故把熔体结构看作与晶体接近更有实际 意义。
二、硅酸盐熔体结构——聚合物理论
1. 基本结构单元—— [SiO4] 四面体 2. 基本结构单元在熔体中存在状态——聚合体
80％钠长石十 20％钙 长石 瓷釉
温度（℃） 2源自文库 800
1400
1400
1400
粘度（Pa·s） 0.001006 0.00149 17780
4365
1585
1．粘度－温度关系
（1） 弗仑格尔公式 ф＝A1ｅ－△u/kT
η＝1/ф＝A2ｅ△u/kT logη＝A＋B/T
式中 △u——质点粘滞活化能； K——波尔兹曼常数； T——绝对温标； A1 、 A2 、 A——与熔体组成有关的常数。
2:1
环状硅酸盐 三节环 六节环 四节环
链状硅酸盐
带状硅酸盐
层状硅酸盐
架状硅酸盐
[Si3O9]6[Si6O18]6[Si4O12]6-
1[Si2O6]4∞
1 [Si4O11]6∞
2 [Si4O10]4∞
3 [SiO2] ∞
共氧 离子数
每个硅
负电荷 数
0
4
1
3
2
2
2
2
2.5
1.5
3
1
4
0
负离子团结构
二维方向无限延伸 三维方向无限延伸
影响熔体粘度的主要因素：温度 化学组成 ➢ 不同温度下，硅酸盐熔体粘度可在
10-2~1015 Pa·s间变化； ➢ 同一温度下，组成不同熔体的粘度有很大差别； ➢ 硅酸盐熔体粘度比一般液体高得多
硅酸盐熔体结构中有多种聚合程度不同的聚合物交织 形成网络，质点间移动困难
几种熔体的粘度
熔体 水
熔融 NaCl 钠长石
几种金属固、液态时的热容值
物质名称 液体热容（J/mol） 固体热容（J/mol）
Pb 28.47 27.30
Cu 31.40 31.11
Sb 29.94 29.81
Mn 46.06 46.47
4. X射线衍射图相似
➢ 液体衍射峰最高点位置与晶体相近，表明： 液体中某一质点最邻近几个质点的排列形式与间距和晶体
R＝O/Si R↑： 碱性金属氧化物含量↑ ， 解聚后非桥氧数目↑ ， 低聚物浓度↑ ，数量↑
[SiO4]四面体在各种聚合物中 的分布与R的关系
温度↑： 低聚物浓度↑； 高聚物[SiO2]n浓度↓
某一硼硅酸盐熔体中聚合物的分布随温度的变化
4.2 熔体的性质
一、粘度 粘度的含义、粘度与温度的关系、粘度与 组成的关系
Log η
2000 1600 1200 1000 800 600 12
9
6
3
0
0.4
0.6 0.8 1.0 1.2
1/T10-3 (K-1)
钠钙硅酸盐玻璃熔体粘度与 温度的关系
【注意】该公式假定粘滞 活化能是与温度无关的常数， 则只能应用于简单的不缔合 的液体或在一定温度范围内 缔合度不变的液体。对于硅 酸盐熔体在较大温度范围时， 斜率会发生变化，因而在较 大温度范围内以上公式不适 用。
2．晶体熔融热比液体气化热小得多
Na晶体 Zn晶体 冰
熔融热（kJ/mol） 2.51
6.70
6.03
水气化热（kJ/mol） 40.46
表明：晶体和液体内能差别不大，质点在固体和液体中相互作用力接近。
3．固液态热容量相近 表明：质点在液体中热运动性质（状态）和在固体中 差别不大，基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。
组成 温度
硅酸盐聚合结构
O:Si
名称
负离子团类型
4:1 岛状硅酸盐
[SiO4]4-
3.5:1 组群状硅酸盐
[Si2O7]6-
3:1
3:1 2.75:1 2.5:1
（2）VFT公式（Vogel-Fulcher-Tammann公式）
lg A B
T T0
式中 A、B、T0——与熔体组成有关的常数。
【注意】以上两公式均为经验式，因此目前粘度 仍不能通过计算而得到精确数据，在实际生产和科 研中仍需实际测定粘度数据作为依据。
（3）粘度的测定
硅酸盐熔体粘度相差很大（10-2~1015Pa·s）不同范围粘度 用不同方法测定．
二、表面张力 表面张力的含义、表面张力与温度的关系、 表面张力与组成的关系
一、粘度 粘度：流体（液体或气体）抵抗流动的度量。
当液体流动时： F＝ηS dv/dx
式中 F―两层液体间的内摩擦力； S―两层液体间的接触面积； dv/dx―垂直流动方向的速度梯度；
η―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。
【粘度物理意义】单位接触面积、单位速度梯 度下两层液体间的内摩擦力。 【粘度单位】Pa·s（帕·秒）。 1Pa·s＝1N·s/m2＝10dyne·s／cm2＝10 P（泊） 1dPa·s（分帕·秒）＝1P（泊）。 【液体流动度ф 】粘度的倒数，即ф=1/η。
107~1015 Pa·s：拉丝法。根据玻璃丝受力作用的伸长速度来 确定。
10~107 Pa·s：转筒法。利用细铂丝悬挂的转筒浸在熔体内 转动，悬丝受熔体粘度的阻力作用扭成一定角度，根据扭 转角的大小确定粘度。
100.5~1.3×105 Pa·s：落球法。根据斯托克斯沉降原理，测 定铂球在熔体中下落速度求出。
第四章 非晶态结构与性质
4.1 熔体的结构 4.2 熔体的性质 4.3 玻璃的通性和玻璃的转变 4.4 玻璃的形成 4.5 玻璃结构理论
4.1 熔体的结构
一、对熔体的一般认识 二、硅酸盐熔体结构 —— 聚合物理论
一、对熔体结构的一般认识
1．晶体与液体的体积密度相近
晶体→液体：体积变化小（ <10％，相当于质点间平均距离增加3％左右）； 液体→气体：体积增大数百倍至数千倍（例如水增大1240倍）。 表明：液体中质点之间平均距离和固体十分接近，而和气体差别较大。
中的相似； ➢ 液体衍射峰很宽阔，缘于：
液体质点有规则排列区域的高度分散； ➢ 液体结构特征：近程有序，远程无序。
在高于熔点不太多的温度下，液体内部质点排列 具有某种程度规律性，而非象气体一样杂乱无章。
强度 I
气体 熔体
玻璃
晶体
sinθ λ
不同聚集状态物质的X射线衍射强度 随入射角度变化的分布曲线
综上所述: 液体是固体和气体的中间相，液体结构在
气化点和凝固点之间变化很大，在高温（接近气 化点）时与气体接近，在稍高于熔点时与晶体接 近。
由于通常接触的熔体多是离熔点温度不太远 的液体，故把熔体结构看作与晶体接近更有实际 意义。
二、硅酸盐熔体结构——聚合物理论
1. 基本结构单元—— [SiO4] 四面体 2. 基本结构单元在熔体中存在状态——聚合体
80％钠长石十 20％钙 长石 瓷釉
温度（℃） 2源自文库 800
1400
1400
1400
粘度（Pa·s） 0.001006 0.00149 17780
4365
1585
1．粘度－温度关系
（1） 弗仑格尔公式 ф＝A1ｅ－△u/kT
η＝1/ф＝A2ｅ△u/kT logη＝A＋B/T
式中 △u——质点粘滞活化能； K——波尔兹曼常数； T——绝对温标； A1 、 A2 、 A——与熔体组成有关的常数。
2:1
环状硅酸盐 三节环 六节环 四节环
链状硅酸盐
带状硅酸盐
层状硅酸盐
架状硅酸盐
[Si3O9]6[Si6O18]6[Si4O12]6-
1[Si2O6]4∞
1 [Si4O11]6∞
2 [Si4O10]4∞
3 [SiO2] ∞
共氧 离子数
每个硅
负电荷 数
0
4
1
3
2
2
2
2
2.5
1.5
3
1
4
0
负离子团结构
二维方向无限延伸 三维方向无限延伸
影响熔体粘度的主要因素：温度 化学组成 ➢ 不同温度下，硅酸盐熔体粘度可在
10-2~1015 Pa·s间变化； ➢ 同一温度下，组成不同熔体的粘度有很大差别； ➢ 硅酸盐熔体粘度比一般液体高得多
硅酸盐熔体结构中有多种聚合程度不同的聚合物交织 形成网络，质点间移动困难
几种熔体的粘度
熔体 水
熔融 NaCl 钠长石
几种金属固、液态时的热容值
物质名称 液体热容（J/mol） 固体热容（J/mol）
Pb 28.47 27.30
Cu 31.40 31.11
Sb 29.94 29.81
Mn 46.06 46.47
4. X射线衍射图相似
➢ 液体衍射峰最高点位置与晶体相近，表明： 液体中某一质点最邻近几个质点的排列形式与间距和晶体
R＝O/Si R↑： 碱性金属氧化物含量↑ ， 解聚后非桥氧数目↑ ， 低聚物浓度↑ ，数量↑
[SiO4]四面体在各种聚合物中 的分布与R的关系
温度↑： 低聚物浓度↑； 高聚物[SiO2]n浓度↓
某一硼硅酸盐熔体中聚合物的分布随温度的变化
4.2 熔体的性质
一、粘度 粘度的含义、粘度与温度的关系、粘度与 组成的关系
Log η
2000 1600 1200 1000 800 600 12
9
6
3
0
0.4
0.6 0.8 1.0 1.2
1/T10-3 (K-1)
钠钙硅酸盐玻璃熔体粘度与 温度的关系
【注意】该公式假定粘滞 活化能是与温度无关的常数， 则只能应用于简单的不缔合 的液体或在一定温度范围内 缔合度不变的液体。对于硅 酸盐熔体在较大温度范围时， 斜率会发生变化，因而在较 大温度范围内以上公式不适 用。
2．晶体熔融热比液体气化热小得多
Na晶体 Zn晶体 冰
熔融热（kJ/mol） 2.51
6.70
6.03
水气化热（kJ/mol） 40.46
表明：晶体和液体内能差别不大，质点在固体和液体中相互作用力接近。
3．固液态热容量相近 表明：质点在液体中热运动性质（状态）和在固体中 差别不大，基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。