非晶态结构与性质
内容提要
熔体和玻璃体是物质另外两种聚集状态。相对于晶体而言，熔体和玻璃体中质点排列具有不规则性，至少在长距离范围结构具有无序性，因此，这类材料属于非晶态材料。从认识论角度看，本章将从晶体中质点的周期性规则形排列过渡到质点微观排列的非周期性、非规则性来认识非晶态材料的结构和性质。
熔体特指加热到较高温度才能液化的物质的液体，即较高熔点物质的液体。熔体快速冷却则变成玻璃体。因此，熔体和玻璃体是相互联系、性质相近的两种聚集状态，这两种聚集状态的研究对理解无机材料的形成和性质有着重要的作用。
传统玻璃的整个生产过程就是熔体和玻璃体的转化过程。在其他无机材料（如陶瓷、耐火材料、水泥等）的生产过程中一般也都会出现一定数量的高温熔融相，常温下以玻璃相存在于各晶相之间，其含量及性质对这些材料的形成过程及制品性能都有重要影响。如水泥行业，高温液相的性质（如粘度、表面张力）常常决定水泥烧成的难易程度和质量好坏。陶瓷和耐火材料行业，它通常是强度和美观的有机结合，有时希望有较多的熔融相，而有时又希望熔融相含量较少，而更重要的是希望能控制熔体的粘度及表面张力等性质。所有这些愿望，都必须在充分认识熔体结构和性质及其结构与性质之间的关系之后才能实现。本章主要介绍熔体的结构及性质，玻璃的通性、玻璃的形成、玻璃的结构理论以及典型玻璃类型等内容，这些基本知识对控制无机材料的制造过程和改善无机材料性能具有重要的意义。
4.1 熔体的结构
一、对熔体的一般认识
自然界中，物质通常以气态、液态和固态三种聚集状态存在。这些物质状态在空间的有限部分则称为气体、液体和固体。固体又分为晶体和非晶体两种形式。晶体的结构特点是质点在三维空间作规则排列，即远程有序；非晶体包括用熔体过冷而得到的传统玻璃和用非熔融法（如气相沉积、真空蒸发和溅射、离子注入等）所获得的新型玻璃，也称无定形体，其结构特点是近程有序，远程无序。
习惯上把高熔点物质的液体称为熔体（指熔点温度以上，具有一定流动性的液体），所以对于硅酸盐来说，它的液体一般称之为熔体。
熔体或液体介于气体和晶体之间，高温时其结构状态接近气体，在低温时接近晶体。可从以下几个方面来说明通常所接触到的熔体，其结构更接近于晶体。
（一）通常的熔体是处于离熔点不远的状态
以H2O为例，其冰的熔点为0℃，水的汽化点为100℃，所以通常所研究的水（常温液态H2O）是处于离熔点不远的状态。
硅酸盐物质的熔点一般都很高，多数处于1000℃以上，而所研究的熔体都只比熔点高几百度，即远离气化点，处于靠近熔点的温度，这时的熔体状态更接近于晶体。
（二）固体熔融时体积变化不大
晶体转化为液体时，体积变化ΔV<10%；
SiO2转化为液体时，体积变化ΔV<3%。
说明：固体和液体中的质点之间距离变化不大。
（三）固体熔化热比液体气化热小得多
冰的熔化热为6.02 kJ/mol，而水的气化热为40.40 kJ/mol
熔化热Na：2.51 k J/mol
Zn：6.69 kJ/mol
说明：固体和液体的内能差别不大，即内部质点之间作用力差别不大。
（四）固液态热容相近
表4-1 几种金属固、液态时的热容值
说明：液体中质点的热运动状态与固体中相类似，即基本上仍是在平衡位置作谐振动。
（五）X射线衍射图相似
图4-1 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
1－晶体；2－玻璃体；3－熔体；4－气体
玻璃物理化学性能计算 一、玻璃的粘度计算 ...1.粘度和温度的关系 ...2.玻璃组成对温度的作用 ...3.粘度参考算点及在生产中的应用 ...4.粘度的计 二、玻璃的机械性能和表面性质 ...1.玻璃表面张力的物理与工艺意义 ...2.玻璃表面张力与组成及温度的关系 ...3.玻璃的表面性质 ...4.玻璃的密度计算 三、玻璃的热学性质和化学稳定性 ...（一）玻璃的热学性能 ...（二）玻璃的化学稳定性 ...（三）玻璃的光学性质 一、玻璃粘度和温度的关系 粘度是玻璃的重要性质之一。它贯穿着玻璃生产整个阶段，从熔制、澄清、均化、成型、加工、直到退火都与粘度密切相关。在成型和退火方面年度起着控制性的作用。在高速成型机的生产中，粘度必须控制在一定的范围内，而成型机的速度决定与粘度随温度的递增速度。此外玻璃的析晶和一些机械性能也与粘度有关。 所有实用硅酸盐玻璃，其粘度随温度的变化规律都属于同一类型，只是粘度随温度变化的速度以及对应某给定温度的有所不同。在10怕.秒（或者更低）至约1011怕.秒的粘度范围内，玻璃的粘度由玻璃化学成分所决定的，而在从约1011怕.秒（1015泊，或者更高）的范围内，粘度又是时间的函数。
这些现象可由图来说明： Na 2O---CaO---SiO 2 玻璃的弹性、粘度与温度的关系 上图的三个区。在A区温度较高。玻璃表现为典型的粘度液体，他的弹性性质近于消失。在这一温度去中粘度仅决定于玻璃的组成和温度。当温度近于B 区时，粘度随温度下降而迅速增大，弹性模量也迅速增大。在这一温度区的粘度去决定于组成和温度外，还与时间有关。当温度进入C区，温度继续下降，弹性模量继续增大，粘滞留东变得非常小。在这一温度区，玻璃的粘度和其它性质又决定于组成和温度而与时间无关。图中所市的粘度和弹性随温度的变化现象，可以从玻璃的热历史说明。
普通平板玻璃：3——4厘玻璃，这种规格的玻璃主要用于画框表面。 5——6厘玻璃，主要用于外墙窗户、门扇等小面积透光造型等等 7——9厘玻璃，主要用于室屏风等较大面积但又有框架保护的造型之中。 9——10厘玻璃，可用于室大面积隔断、拦杆等装修项目。 11——12厘玻璃，可用于地弹簧玻璃门和一些活动人流较大的隔断之中。 15厘以上玻璃，一般市面上销售较少，往往需要订货，主要用于较大面积的 地弹簧玻璃门外墙整块玻璃墙面。 2浮法玻璃：优点是：适合于高效率制造优质平板玻璃，如没有波筋、厚 度均匀、上下表面平整、互相平行；生产线的规模不受成形方法的限制， 单位产品的能耗低。 【用途】：用于制镜、汽车玻璃。 【加工围】：不小于1000mm×1200mm。最大可达3000mm×4000mm。二、安全玻璃：【钢化玻璃】：是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的 方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提 高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，冲击性等。 【性能】：1. 安全性。当玻璃被外力破坏时，碎片成类似蜂窝状的碎小钝角 颗粒，减少对人体的伤害。 2. 高强度。同等厚度的钢化玻璃抗冲击强度是普通玻璃的4～5 倍，抗弯强度是普通玻璃的3～5倍。 3. 热稳定性。钢化玻璃具有良好的热稳定性，能承受的温差是普 通玻璃的3倍，可承受200℃的温差变化。 4. 钢化玻璃不能切裁； 5. 钢化玻璃具有自爆的特性。自爆是指在无外界机械力的作用下 发生的自身炸裂。 【用途】：1.广泛应用于玻璃幕墙、门窗、隔断、护栏、卫浴、家私、家电等 对玻璃强度有要求和对人体需作安全保护的场所。 【加工围】尺寸：最大2440mm x 5500mm；最小200mm x 250厚度：钢化 4-25mm 半钢化：3-19mm 【夹层玻璃】：夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃（也可以是钢化玻璃或其他 特殊玻璃）和玻璃之间的有机胶合层构成。 【性能】：当受到破坏时，碎片仍粘附在胶层上，避免了碎片飞溅对人体的伤 害。 【加工围】：尺寸：最大2500mm x10000mm; 最小300mm x300mm. 【用途】：多用于有安全要求的装修项目。 【LOW-E玻璃】：是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品。 其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，使其与普通玻 璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比，具有优异的隔热效果和良好的透光性。 【性能】：接近玻璃的自然原色。对波长的可见光波段有着高透视率，不 致因玻璃对可视光的高反射率而产生严重的反眩光公害。 【用途】：正确组合方式适合气候较为炎热的亚热带地区（如）现代绿建筑节 能玻璃帷幕墙及天窗使用。 【加工围】：厚度：3－19㎜最大尺寸：100″×144″（2540㎜×3658㎜） 最小尺寸：12″×36″（305㎜×914㎜）.
各种玻璃特性详细介绍玻璃的制造已有五千年的历史，一般认为最早的制造者是古代的埃及人。我国在东周时代已能制造玻璃，玻璃组成中都含有氧化铅和氧化钡，与其他国家的古代玻璃有明显的区别。我国历史上有把玻璃称为琉璃、颇黎、假水晶料器、硝子等名称。 玻璃具有一系列非常可贵的特性：透明、坚硬、良好的化学稳定性；可通过化学组成的调整，大幅度调节玻璃的物理和化学性能，以适应各种不同的使用要求；可以用吹、压、拉、铸、槽沉、离心浇注等多种成形方法，制成各种形状的空心和实心制品；可以通过焊接和粉末烧结等加工方制成形状复杂、尺寸严格的器件。而且，制造玻璃的原料丰富，价格低廉。因此，作为结构材料和功能材料，玻璃在建材、轻工、交通、医药、化工、电子、航天、原子能等领域获得了极其广泛的应用。 B270/K9 K9玻璃是用K9料制成的玻璃制品，用于光学镀膜等领域 K9料属于光学玻璃，由于它晶莹剔透，所以衍生了很多以K9料为加工对象的工厂，他们加工出来的产品，在市面上称为水晶玻璃制品。 K9的组成如下： SiO2＝69.13％B2O3＝10.75％BaO＝3.07％Na2O＝10.40％K2O＝6.29％As2O3＝0.36％ 它的光学常数为：折射率＝1.51630色散＝0.00806阿贝数＝64.06。 石英玻璃 石英玻璃以其优良的理化性能，被大量广泛用于半导体技术，新型电光源，彩电荧光粉生产，化工过程，超高电压收尘、远红外辐射加热设备、航空航天技术、某些武器及光学仪器的光学系统、原子能技术、浮法玻璃及元碱玻璃窖的耐火材料，特种玻璃用坩埚，仪器玻璃成型部料碗，紫外线杀菌灯，各种有色金属的生产等诸多领域。石英玻璃SiO2含量大于99.5％，热膨胀系数低，耐高温，化学稳定性好，透紫外光和红外光，熔制温度高、粘度大，成型较难。多用于半导体、电光源、光导通信、激光等技术和光学仪器中。 石英玻璃在整个波长有特别好的透光性，在红外区（特殊的红外玻璃除外），光谱透射范围比普通玻璃大。在可见光区透过率达93％。在紫外光谱区，特别是在短波，紫外光谱区透过率比其他玻璃好的多。石英玻璃他的光学性能在很大程度上取决于它的化学性能。哪怕是0.001％的杂质就明显地影响产品质量。过度金属杂质会改变波长方向移动，羟基的存在会吸收2.73μm光带。国产光学石英玻璃有三个牌号：JGS1紫外光学石英玻璃，应用波段185-2000nm，用合成石制造，Sicl4为原料，JGS2紫外光学石英玻璃，应用波段220-2500nm，用水晶做
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 Na 2 O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，[SiO 4 ]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[SiO 4]岛状，这种架状[SiO 4 ]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。一般把这种玻璃称为“逆性玻璃” 9、铝反常：氧化铝的结构状态依氧化铝和碱金属相对含量的不同而变化的这 种现象称为铝反常现象。 10、网络外体：网络外体氧化物不能单独生成玻璃，不参加网络，一般位于 网络之外。 11、网络形成体：单键强度大于335KJ/mol的氧化物，可单独形成玻璃。 12、网络中间体：一般不能单独生成玻璃，其作用介于网络生成体和网络外 体之间。 13、玻璃的热历史：是指玻璃从高温液态冷却，通过转变温度区和退火温度 区域的经历。
常用建筑玻璃的分类和特性 1、普通平板玻璃 （1）平板玻璃定义与生产工艺 在玻璃行业，通常把普通的无色透明玻璃称为白玻。这种玻璃是平板玻璃生产企业最大宗产品，也是玻璃深加工企业用得最多的原料。用途：直接使用白玻的仅为低档的办公楼、商铺和住宅等。普通平板玻璃按其制造工艺可分为垂直引上法玻璃、平拉法玻璃二种。垂直引上法生产工艺是将熔融的玻璃液垂直向上拉引制造平板玻璃的工艺过程；平拉法是通过水平拉制玻璃液的手段生产平板玻璃的方法。平拉法工艺的原料制备和熔化与垂直引上法工艺相同，只是成形和退火工艺不同，平拉法与垂直引上法相比，其优点是玻璃质量好，生产周期短，拉制速度快，生产效率高，但其主要缺点是玻璃表面容易出现麻点。 （2）平板玻璃的特性与应用 平板玻璃主要用于生产厚度在5mm以下的薄玻璃，其平整度与厚薄差指标都相对较差。其用途包括：用于普通民用建筑的门窗玻璃；经喷砂、雕磨、腐蚀等方法后，可做成屏风、黑板、隔断堵等；质量好的，也可用作某些深加工玻璃产品的原片玻璃（即原材料玻璃）。 2、浮法玻璃 （1）浮法玻璃定义与生产工艺 利用浮法工艺生产出的平板玻璃称之为浮法玻璃。浮法工艺过程为：熔融的玻璃液从熔窑连续地流入有保护气氛保护的熔融金属锡槽中，由于玻璃液与锡液的密度不同，玻璃液漂浮在锡液的表面上，由于重力和
液体表面张力的共同作用，玻璃液在锡液表面上自由展平，从而成为表面平整、厚度均匀的玻璃液带，通过外力拉引作用，向锡槽的后部移动。在移动过程中，经过来自炉顶上方的火焰抛光、拉薄、冷却、硬化后引上过渡辊台。辊子转动把玻璃带送进退火窑，即功能过降温、退火、切裁，形成平板玻璃产品。 （2）浮法玻璃特性与应用 浮法玻璃的厚度均匀性好，纯净透明。经过锡面的光滑作用和火焰抛光作用，玻璃表面平滑整齐，平面度好，具有极好的光学性能。浮法玻璃的装饰特性是透明、明亮、纯净，室内光线明亮，视野广阔，可应用于普通建筑门、窗，是建筑天然采光的首选材料，极富应用于一切建筑，在建筑玻璃中用量最大，也是玻璃深加工行业中的重要原片。特别是超白浮法玻璃，其透明和纯净性更是无以复加。 3、安全玻璃 (1)安全玻璃定义与种类 2003年12月4日，国家发改委、国家建筑部、国家质检总局、国家工商管理总局联合颁发了《建筑安全玻璃管理规定》（2004年1月1日起实施）。本规定所称安全玻璃，是指符合现行国家标准的钢化玻璃、夹层玻璃及由钢化玻璃或夹层玻璃组合加工而成的其他玻璃制品，如安全中空玻璃等。单片半钢化玻璃（热增强玻璃）、单片夹丝玻璃不属于安全玻璃。 (2)安全玻璃使用部位要求 根据《建筑安全玻璃管理规定》现场查建筑物，建筑物需要以玻璃作为建筑材料的下列部位必须使用安全玻璃：
第三章玻璃、断裂力学及玻璃结构 第一节玻璃 玻璃是一种均质的材料，一种固化的液体，分子完全任意排列。由于它是各种化学键的组合，因此没有化学公式。玻璃没有熔点，当它被加热时，会逐渐从固体状态转变为具有塑性的黏质状态，最后成为一种液体状态。与其他那些因测量方向不同而表现出不同特性的晶体相比，玻璃表现了各向同性，即它的性能不是由方向决定的。当前用于建筑的玻璃是钠钙硅酸盐玻璃。生产过程中，原材料要被加热到很高的温度，使其在冷却前变成黏性状态，再冷却成形。 3.1.1玻璃的力学性能 常温下玻璃有许多优异的力学性能：高的抗压强度、好的弹性、高的硬度，莫氏硬度在5～6之间，用一般的金属刻化玻璃很难留下痕迹，切割玻璃要用硬度极高的金刚石。抗压强度比抗拉强度高数倍。常用玻璃与常用建筑材料的强度比较如下： 3.1.2玻璃没有屈服强度。 玻璃的应力应变拉伸曲线与钢和塑料是不同的，钢和塑料的拉伸应力在没有超过比例极限以前，应力与应变呈线性直线关系，超过弹性极限并小于强度极限，应变增加很快，而应力几乎没有增加，超过屈服极限以后，应力随应变非线性增加，直至钢材断裂。玻璃是典型
的脆性材料，其应力应变关系呈线性关系直至破坏，没有屈服极限，与其它建筑材料不同的是：玻璃在它的应力峰值区，不能产生屈服而重新分布，一旦强度超过则立即发生破坏。应力与变形曲线见下图。 图3-1 应力与变形拉伸曲线 3.1.3玻璃的理论断裂强度远大于实际强度。 玻璃的理论断裂强度就是玻璃材料断裂强度在理论上可能达到的最高值，计算玻璃理论断裂强度应该从原子间结合力入手，因为只有克服了原子间的结合力，玻璃才有可能发生断裂。Kelly在1973年的研究表明理想的玻璃理论断裂强度一般处于材料弹性模量的1/10～1/20之间，大约为0.7×104 MPa，远大于实际强度，在实际材料中，只有少量的经过精心制作极细的玻璃纤维的断裂强度，能够达到或者接近这一理论的计算结果。断裂强度的理论值和建筑玻璃的实际值之间存在的悬殊的差异，是因为玻璃在制造过程中不可避免的在表面产生很多肉眼看不见的裂纹，深度约5μm，宽度只有0.01到0.02μm，每mm2面积有几百条，又称格里菲思裂纹,见图3-2、图3-3。至使断裂强度的理论值远大于实际值。1913年Inglis提出应力集中
第七章玻璃的结构与性能 一、填空题： 1、玻璃的结构特征为﹍短程有序﹍﹍和﹍长程无序﹍﹍。P178 2、玻璃包装材料主要是﹍钠钙玻璃﹍﹍，它具有很好的化学惰性和稳定性，有很高的抗 压强度。 3、固态物质的两种不同的结构状态是﹍晶体﹍﹍和﹍玻璃﹍﹍。 4、在石英玻璃和普通玻璃中，﹍﹍二氧化硅﹍又叫作网络形成体氧化物。 5、在玻璃加工工艺中，料性﹍长﹍（长、短）的玻璃粘度随温度变化慢，适合形 状复杂的玻璃器皿成型；料性﹍短﹍（长、短）的玻璃粘度随温度变化快，适 合制瓶机成型 6、玻璃与水和酸作用的实质是﹍玻璃中硅酸盐水解﹍。 7、玻璃化学稳定性常用的测试方法有﹍粉末法﹍﹍和﹍表面法﹍﹍。 8、当今玻璃包装材料的一个主要发展趋向是﹍开发生产高强度轻量玻璃容器﹍﹍。 二、选择题： 1、可以单独形成玻璃的形成体氧化物是（ B ） A CaO B SiO2 C Na2O D AL2O3 2、氧化物玻璃的组成（形成，改变，中间）p178 A 形成体氧化物、改变体氧化物、网络外体氧化物 B 形成体氧化物、网络外体氧化物、中间体氧化物 C 改变体氧化物、网络外体氧化物、中间体氧化物 D 改变体氧化物、碱土金属氧化物、中间体氧化物 3、本身不能单独形成玻璃，但能改变玻璃的性质的氧化物不包括（ C ） A Na2O B K2O C Li D ZnO
4、由SiO2、B2O3和AL2O3三种氧化物形成的玻璃，若SiO2＞B2O3＞AL2O3，则此玻璃称为（ A ） A 铝硼硅酸盐玻璃 B 硼铝硅酸盐玻璃 C 硅硼铝酸盐玻璃 D 硅铝硼酸盐玻璃 三、名词解释题： 1、玻璃形成体氧化物—— 氧化物玻璃组成成分中可以单独形成玻璃的氧化物。 2、玻璃改变体氧化物—— 氧化物玻璃组成成分中不可以单独形成玻璃，但可以改变玻璃的性质的氧化物。3、玻璃中间体氧化物—— 介于玻璃形成体氧化物和玻璃改变体氧化物之间的氧化物，在一定条件下可以成为玻璃形成体的氧化物。 4、理论强度—— 理论强度是指玻璃不存在任何缺陷的理想情况下，能承受的最大负荷。由玻璃各组分之间的键强决定。 5、粘度—— 粘度是表征流体内摩擦力或者表示阻碍液体流动性质的物理量。 6、玻璃的料性—— 在玻璃加工工艺中，经常把粘度在10~105P a·s（102~106泊）范围内随温度变化的快慢叫做玻璃的料性。 四、问答题： 1、玻璃和晶态物质在结构和性质上的主要区别有哪些？（结构上的区别、比容随温 度变化的规律、粘度随温度变化的规律） 结构：晶体结构中的原子、离子或分子的空间排列是规则有序的，不论从几个原子间距的微观尺度，还是从长距离的宏观尺度来观察，晶体可以由构成它的最小结构单元（晶胞）重复周期性排列得到。玻璃的结构与晶体不同，虽然从几个原子间距的微观尺度来看，原子的排列也有规则，但从较长的距离观察时，原子排列没有可重复的周期性。 比容：晶体比容随温度的变化在熔点Tm处突然下降即出现了不连续性。在熔点以上，晶体以液态形式存在，在熔点一下为晶态。而玻璃没有确定的熔点，比容随温度连
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）。（12）玻璃纤维（由熔融玻璃拉成或吹成的直径为几微米至几千微米的纤维，成分与玻璃相同） （13）玻璃丝（即长玻璃纤维） ㈡玻璃的组成 第一大学说：晶子学说
非晶态结构与性质 内容提要 熔体和玻璃体是物质另外两种聚集状态。相对于晶体而言，熔体和玻璃体中质点排列具有不规则性，至少在长距离范围结构具有无序性，因此，这类材料属于非晶态材料。从认识论角度看，本章将从晶体中质点的周期性规则形排列过渡到质点微观排列的非周期性、非规则性来认识非晶态材料的结构和性质。 熔体特指加热到较高温度才能液化的物质的液体，即较高熔点物质的液体。熔体快速冷却则变成玻璃体。因此，熔体和玻璃体是相互联系、性质相近的两种聚集状态，这两种聚集状态的研究对理解无机材料的形成和性质有着重要的作用。 传统玻璃的整个生产过程就是熔体和玻璃体的转化过程。在其他无机材料（如陶瓷、耐火材料、水泥等）的生产过程中一般也都会出现一定数量的高温熔融相，常温下以玻璃相存在于各晶相之间，其含量及性质对这些材料的形成过程及制品性能都有重要影响。如水泥行业，高温液相的性质（如粘度、表面张力）常常决定水泥烧成的难易程度和质量好坏。陶瓷和耐火材料行业，它通常是强度和美观的有机结合，有时希望有较多的熔融相，而有时又希望熔融相含量较少，而更重要的是希望能控制熔体的粘度及表面张力等性质。所有这些愿望，都必须在充分认识熔体结构和性质及其结构与性质之间的关系之后才能实现。本章主要介绍熔体的结构及性质，玻璃的通性、玻璃的形成、玻璃的结构理论以及典型玻璃类型等内容，这些基本知识对控制无机材料的制造过程和改善无机材料性能具有重要的意义。 4.1 熔体的结构 一、对熔体的一般认识 自然界中，物质通常以气态、液态和固态三种聚集状态存在。这些物质状态在空间的有限部分则称为气体、液体和固体。固体又分为晶体和非晶体两种形式。晶体的结构特点是质点在三维空间作规则排列，即远程有序；非晶体包括用熔体过冷而得到的传统玻璃和用非熔融法（如气相沉积、真空蒸发和溅射、离子注入等）所获得的新型玻璃，也称无定形体，其结构特点是近程有序，远程无序。 习惯上把高熔点物质的液体称为熔体（指熔点温度以上，具有一定流动性的液体），所以对于硅酸盐来说，它的液体一般称之为熔体。 熔体或液体介于气体和晶体之间，高温时其结构状态接近气体，在低温时接近晶体。可从以下几个方面来说明通常所接触到的熔体，其结构更接近于晶体。 （一）通常的熔体是处于离熔点不远的状态
玻璃从性质作用上来讲能够分成的几类 一、平板玻璃 平板玻璃是指未经其他加工的平板状玻璃制品，也称白片玻璃或净片玻璃。按生产方法不同，可分为一般平板玻璃和浮法玻璃。平板玻璃是建筑玻璃中生产量最大、使用最多的一种，要紧用于门窗，起采光（可见光透射比85%90%）、围护、保温、隔声等作用，也是进一步加工成其他技术玻璃的原片。 平板玻璃按其用途可分为窗玻璃和装饰玻璃。依照国家标准《一般平板玻璃》（GB4871—1995）和《浮法玻璃》（GB11614—89）的规定，玻璃按其厚度可分为以下几种规格： 引拉法生产的一般平板玻璃：2mm、3mm、4mm、5mm四类。 浮法玻璃：3mm、4mm、5mm、6mm、8mm10mm、12mm七类。 引拉法生产的玻璃其长宽比不得大于2.5，其中2、3mm厚玻璃尺寸不得小于400mm×300mm，4、5、6mm厚玻璃不得小于600mm×400mm。浮法玻璃尺寸一般不小于1000mm×1200mm，5、6mm最大可达3000mm×4000mm。 按照国家标准，平板玻璃依照其外观质量进行分等定级，一般平板玻璃分为优等品、一等品和二等品三个等级。浮法玻璃分为优等品、一级品和合
格品三个等级。同时规定，玻璃的弯曲度不得超过0.3%。 二、安全玻璃 安全玻璃是指与一般玻璃相比，具有力学强度高、抗冲击能力强的玻璃。其要紧品种有钢化玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃和钛化玻璃。安全玻璃被击碎时，其碎片可不能伤人，并兼具有防盗、防火的功能。依照生产时所用的玻璃原片不，安全玻璃具有一定的装饰效果。 （一）钢化玻璃 钢化玻璃又称强化玻璃。它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力层，玻璃本身具有较高的抗压强度，可不能造成破坏。当玻璃受到外力作用时，那个压力层可将部分拉应力抵销，幸免玻璃的碎裂，尽管钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态，但玻璃的内部无缺陷存在，可不能造在成破坏，从而达到提高玻璃强度的目的。 钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品，钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。 （二）、夹丝玻璃 夹丝玻璃也称防碎玻璃或钢丝玻璃。它是由压延法生产的，即在玻璃熔融状态下将经预热处理的钢丝或钢丝网压入玻璃中间，经退火、切割而成。夹丝玻璃表面能够是压花的或磨光的，颜色能够制成无色透明或彩色的。
第8章 玻璃的光学性质 玻璃的光学性质是指玻璃的折射、反射、吸收和透射等性质。玻璃常用作透光材料，因此对其光学性质的研究在理论上和实践上都具有重要意义。 玻璃是一种高度透明的物质，可以通过调整成分、着色、光照、热处理、光化学反应以及涂膜等物理和化学方法，获得一系列重要光学性能，以满足各种光学材料对特定的光性能和理化性能的要求。 玻璃的光学性能涉及范围很广。本章仅 在可见光范围内（包括近紫外和近红外）讨论玻璃的折射率、色散、反射、吸收和透射（玻璃的着色和脱色在第9章中介绍）。 为了便于讨论玻璃的光学性质，先简略介绍光的本质。外来能源激发物质中的分子或原子，使分子或原子中的外层电子，由低能态跃迁到高能态，当电子跳回到原来状态时，吸收的能量便以光的形式对外产生辐射，此过程就叫发光。光是一种电磁波，具有一定的波长和频率，且以极高的速度在空 间传播（光速约为3×108 m/s ）。可见光、紫外线、红外线以及其他电磁辐射的波长频率范围见图8-1。 从图8-1中可看出，可见光在整个电磁波中只是很窄的一个波段（390~770nm ）。在这一狭窄的波段内，存在着各种不同的色光，包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光谱。常说的“白光”应该当作“全色光”来理解。棱镜把太阳光分解为七色颜色光的相应波段，每一波段人眼看来是单一的色，叫做单色光，但它不是单一的值，只不过人眼 区别颜色的能力有限，看不出单色复杂性而已。 8.1玻璃的折射率 当光照射到玻璃时，一般产生反射、透过和吸收。这三种基本性质与折射率有关。 玻璃的折射率可以理解为电磁波在玻璃中传播速度的降低（以真空中的光速为准）。如果用折射率来表示光速的降低，则： V C n / （8-1） 式中：n —玻璃的折射率 C —光在真空中的传播速度 V —光在玻璃中的传播速度 一般玻璃的折射率为1.5~1.75 频率/Hz 图8-1电磁波的频率和波长范围 波长/nm nm
玻璃的分类与性能介绍 一、分类 为满足各种不同用途，对普通平板玻璃进行深加工处理，主要分类： 1、钢化玻璃。钢化玻璃是普通平板玻璃经过再加工处理而成一种预应力玻璃，钢化玻璃按工艺不同分为物理钢化和化学钢化。钢化玻璃相对于普通平板玻璃来说，具有两大特征： a、前者强度是后者的数倍，抗拉度是后者的3倍以上，抗冲击是后者5 倍以上。 b、钢化玻璃不容易破碎，即使破碎也会以无锐角的颗粒形式碎裂，对人体伤害大大降低。 2、夹层玻璃。夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃（也可以是钢化玻璃或其他特殊玻璃）和玻璃之间的有机胶合层构成。当受到破坏时，碎片仍粘附在胶层上，避免了碎片飞溅对人体的伤害。多用于有安全要求的装修项目。 3、磨砂玻璃。它也是在普通平板玻璃上面再磨砂加工而成。一般厚度多在9厘以下，以5、6厘厚度居多。 4、喷砂玻璃。性能上基本上与磨砂玻璃相似，不同的改磨砂为喷砂。由于两者视觉上类同，很多业主，甚至装修专业人员都把它们混为一谈。 5、压花玻璃。是采用压延方法制造的一种平板玻璃。其最大的特点是透光不透明，多使用于洗手间等装修区域。 6、夹丝玻璃。是采用压延方法，将金属丝或金属网嵌于玻璃板内制成的一种具有抗冲击平板玻璃，受撞击时只会形成辐射状裂纹而不至于堕下伤人。故多采用于高层楼宇和震荡性强的厂房。 7、中空玻璃。多采用胶接法将两块玻璃保持一定间隔，间隔中是干燥的空气，周边再用密封材料密封而成，主要用于有隔音隔热要求的装修工程之中。 10、防弹玻璃。实际上就是夹层玻璃的一种，只是构成的玻璃多采用强度较高的钢化玻璃，而且夹层的数量也相对较多。多采用于银行或者豪宅等对安全要求非常高的装修工程之中。 11、热弯玻璃。由优质平板玻璃加热软化在模具中成型，再经退火制成的曲面玻璃。样式美观，线条流畅，在一些高级装修中出现的频率越来越高。 12、玻璃砖。玻璃砖的制作工艺基本和平板玻璃一样，不同的是成型方法。 其中间为干燥的空气。多用于装饰性项目或者有保温要求的透光造型之中。
https://www.doczj.com/doc/d26572019.html, DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2015.07.24 Bi2O3–ZnO–B2O3三元系统玻璃结构与性能 黄幼榕，李要辉，王晋珍，孟政，常明 (中国建筑材料科学研究总院，北京100024) 摘要：采用X射线吸收精细结构和红外吸收光谱分别对铋锌硼玻璃中铋离子邻近结构和硼氧网络结构进行研究，分析其结构变化对玻璃转变温度T g和热膨胀系数α的影响。结果表明：1）铋离子以三配位([BiO3])和六配位([BiO6])两种配位状态存在；随Bi2O3含量增加，三配位铋离子的配位数上升，六配位铋离子配位数下降，同时铋离子总配位数上升。2）随Bi2O3含量增加，硼氧网络中硼氧四面体含量下降，硼氧三角体含量上升，硼氧四面体网络解聚形成硼氧三角体网络。3）上述结构因素是造成玻璃转变温度T g下降和热膨胀系数α上升的主要原因。 关键词：铋锌硼三元玻璃；X射线吸收光谱精细结构；铋离子；硼氧网络结构 中图分类号：TQ 170 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2015)00–0997–05 网络出版时间：网络出版地址： Network Structures and Characteristics of Bi2O3–ZnO?B2O3 Ternary System Glasses HUANG Yourong, LI Yaohui, WANG Jinzhen, MENG Zheng, CHANG Ming (China Building Materials Academy, Beijing 100024, China) Abstract:The local structures of Bi3+ions and the B?O network structures in Bi2O3–ZnO?B2O3 ternary system glasses were investigated by X-ray absorption fine structure technique and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), respectively. The effect of structures change of the glasses on the transition temperature T g and thermal expansion coefficient αwas analyzed. The results show that Bi ions exist in the glass as tow coordination states of three-coordination [BiO3] and six-coordination [BiO6]. The Bi3+ ion coordination number of [BiO3] increases and that of [BiO6] decreases, and the Bi ion total coordination number also increases with the increase of Bi2O3 content. The decrease of [BO4] content and the increase of [BO3] can result in the dissociation of [BO4] network and the formation of [BO3] etwork. All of these structure changes are mainly due to the decrease of T g and the increase of α of the glass. Key words:bismuth?zinc?boron ternary system glass; X-ray absorption fine structure; bismuth ions; boron?oxygen network structuress Bi2O3–ZnO–B2O3玻璃(又称铋锌硼玻璃)是本世纪新发展的一种低温封接玻璃，具有封接温度低、封接强度高、热膨胀系数适当、化学稳定性和电绝缘性能良好等优异特性。铋锌硼玻璃无铅、无毒、无污染，属于环境友好型材料，用于替代目前含铅封接玻璃，在光电子、信息、通讯等高技术领域有广阔的应用前景[1–3]。氧化铋是铋锌硼封接玻璃的重要组成，铋离子的配位状态、键长等结构特性是影响硼氧网络结构和材料性能的关键因素[4–6]。早期的研究认为铋离子在硼酸盐玻璃中发生极化变形，以不对称[BiO6]八面体形式构成空间网络结构[7]。目前大多数学者采用振动光谱对铋锌硼玻璃进行结构研究，如：认为铋离子是以[BiO6]参与网络形成[8]；或观察到铋离子以Bi—O—B形式存在[9]；也有学者认为玻璃中[BiO6]和[BiO3]两种基团同时存在[10–11]，至今尚未形成明确的结论。众所周知，红外光谱(FTIR)对铋离子的结构变化并不敏感，而Rawan光谱则由于玻璃中的铋会导致高非线性系数，因而不易辨别衍射峰的归属[12]。X射线吸收精细结构(XAFS)分析技术是确定原子邻近环境结构的强有力手段，它对吸 收稿日期：2014–12–12。修订日期：2015–02–06。 基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAE14B03)。第一作者：黄幼榕(1956—)，女，教授级高级工程师。Received date: 2014–12–12.Revised date: 2015–02–06. First author: HUANG Yourong (1956–), female, Professor of Engineering. E-mail: youronghuang@https://www.doczj.com/doc/d26572019.html,