1、1第一節第一節 玻璃玻璃 固態固態 晶體晶體自然界中物質的聚集狀態自然界中物質的聚集狀態 非晶體非晶體 液態液態 氣態氣態 晶體是內部質點在三維空間做周期性重復排列的固晶體是內部質點在三維空間做周期性重復排列的固體，或具有格子構造的固體。體，或具有格子構造的固體。 非晶體內部質點排列非晶體內部質點排列遠程無序，近程有序遠程無序，近程有序。常見的非。常見的非晶體主要有晶體主要有:玻璃、瀝青、松香、橡膠等。玻璃、瀝青、松香、橡膠等。 2從能量角度看，在固體中：從能量角度看，在固體中：晶體能量最低晶體能量最低玻璃能量較高玻璃能量較高晶體晶體 玻璃玻璃 熔體熔體Sin / 能能量量3一、熔體結構理論一

2、、熔體結構理論1、近程有序理論近程有序理論（1924年年 Freukel提出）提出） 每個中心質點周圍有一定數量的做類似于晶體有規則排列的每個中心質點周圍有一定數量的做類似于晶體有規則排列的其它質點，但離開中心質點稍遠其它質點，但離開中心質點稍遠(1020)這種規律就逐漸破壞這種規律就逐漸破壞和消失。和消失。2、核前群理論核前群理論 這種理論認為液體有規律的排列不僅限于中心質點和周圍臨這種理論認為液體有規律的排列不僅限于中心質點和周圍臨近質點之間，而是還有延續。從而形成了核前群，核前群內質近質點之間，而是還有延續。從而形成了核前群，核前群內質點排列與晶體相似，群外質點排列規律性較差，甚至無規律

3、。點排列與晶體相似，群外質點排列規律性較差，甚至無規律。2.1.1 熔體熔體43、聚合物理論、聚合物理論 聚合物的形成聚合物的形成 在硅酸鹽的在硅酸鹽的SiO4中，中，Si-O鍵很強，離子鍵和共價鍵各占鍵很強，離子鍵和共價鍵各占50%；而熔體中的；而熔體中的R-O鍵（鍵（R指堿土金屬離子或堿金屬離子）指堿土金屬離子或堿金屬離子）相對較弱，所以相對較弱，所以Si4+可以奪取可以奪取R-O鍵中的鍵中的O2-。 Na2O Na Na Na Na +2Na2O + H H Na H Na2O5 在熔融石英中，若加入在熔融石英中，若加入Na2O，會使會使O/Si，橋氧橋氧，非橋，非橋氧氧, 即橋氧斷裂，

4、石英發生分化，分化出單體、二聚體、三即橋氧斷裂，石英發生分化，分化出單體、二聚體、三聚體聚體還有未分化的三維晶格碎片。分化成的低聚體又會還有未分化的三維晶格碎片。分化成的低聚體又會發生縮聚、變形。例如：發生縮聚、變形。例如： SiO4Na4 + Si2O7Na6 (Si3O10)Na8 + Na2O一定時間后，在一定溫度下，分化一定時間后，在一定溫度下，分化縮聚達到平衡。縮聚達到平衡。 經過上述三個階段，熔體形成不同聚合程度的聚合體共存，經過上述三個階段，熔體形成不同聚合程度的聚合體共存，還有三維晶格碎片和游離堿的遠程無序、近程有序結構。還有三維晶格碎片和游離堿的遠程無序、近程有序結構。6 影

5、響熔體中聚合物種類與數量的因素影響熔體中聚合物種類與數量的因素 溫度的影響溫度的影響:： 溫度上升，低聚物濃度上升，高聚物濃度下降。溫度上升，低聚物濃度上升，高聚物濃度下降。 組成的影響：組成的影響： O/Si增大，非橋氧增多，低聚物增多。增大，非橋氧增多，低聚物增多。 各種聚合物的數量各種聚合物的數量(濃度濃度)是可以定量計算出來的。根據是可以定量計算出來的。根據Masson法對法對Na2OSiO2熔體進行聚合物濃度計算后，可以畫出的熔體進行聚合物濃度計算后，可以畫出的聚合物結構模型聚合物結構模型7 8二二 熔體性質熔體性質1、粘度、粘度 液體在流動時層與層之間具有內摩擦力（或者說一液體在流

6、動時層與層之間具有內摩擦力（或者說一層液體要受到另一層的牽制），這個力的大小與兩液層層液體要受到另一層的牽制），這個力的大小與兩液層接觸面積接觸面積 S 大小成正比，還與垂直于流動方向的速度梯大小成正比，還與垂直于流動方向的速度梯度成正比。度成正比。 9粘度粘度: 在單位面積和單位速度梯度下在單位面積和單位速度梯度下,兩液兩液層間的內摩擦力。層間的內摩擦力。 單位單位(PaS)，以前用以前用 “泊泊”或者厘或者厘泊。泊。 PaS=1NS/m2 , 1PaS=10泊泊 , 1泊泊=100厘泊。厘泊。流動度流動度: 粘度的倒數粘度的倒數. 粘度愈小，流動度愈粘度愈小，流動度愈大。大。 10（1）影

7、響熔體粘度的主要因素）影響熔體粘度的主要因素 溫度溫度 硅酸鹽熔體隨硅酸鹽熔體隨溫度升高溫度升高而而粘度下降粘度下降T11 組成組成堿金屬氧化物堿金屬氧化物的加入會使硅酸鹽熔體的加入會使硅酸鹽熔體O/Si 的比值上升，的比值上升，粘度粘度下降下降。 當當 O/Si 低時，低時，K2O Na2O Li2O （半徑小降低粘度作用大）半徑小降低粘度作用大）當當O/Si高時，高時，K2O Na2O Ba2+Cd2+Zn2+Ca2+Mg2+13 AlAl2 2O O3 3和和 B B2 20 03 3對熔體粘度的影響對熔體粘度的影響 AlAl2 2O O3 3/R/R2 2O O 1 1，AlAl2 2

8、O O3 3作為網絡變性體作為網絡變性體 AlAl2 2O O3 3/R/R2 2O O 1 1，AlAl2 2O O3 3代替代替SiOSiO2 2起起“補網補網”作用，粘度提高。作用，粘度提高。 B B2 20 03 3的加入，開始使粘度升高，硼含量繼續增加，結構網的加入，開始使粘度升高，硼含量繼續增加，結構網變得疏松，粘度下降。變得疏松，粘度下降。 SiOSiO2 2和和ZrOZrO2 2的影響的影響 SiO SiO2 2 和和 ZrOZrO2 2 都起都起“補網補網”作用，使粘度提高。作用，使粘度提高。 熔體中同時引入一種以上的熔體中同時引入一種以上的2 2O O或或 RORO時，粘時

9、，粘度比等量的一種度比等量的一種2 2或或RORO高，稱為高，稱為“混合堿效應混合堿效應”，這可，這可能和離子的半徑、配位等結晶化學條件不同而相互制約有關。能和離子的半徑、配位等結晶化學條件不同而相互制約有關。142. 表面張力、表面能表面張力、表面能表面張力：擴張表面單位長度所需要的力。（單位表面張力：擴張表面單位長度所需要的力。（單位N/m） 表面能：將表面增大一個單位面積所做的功。（單位表面能：將表面增大一個單位面積所做的功。（單位J/m2） 液體的表面能和表面張力在數值上是相等的。液體的表面能和表面張力在數值上是相等的。 硅酸鹽熔體的表面張力比一般液體高，硅酸鹽熔體的表面張力比一般液體

10、高，220380mN/m。 B2O3熔體的表面張力很小，熔體的表面張力很小，900時只有時只有80mN/m。熔體的表面熔體的表面張力對玻璃的熔制以及加工工序有重要作用。在硅酸鹽材料中張力對玻璃的熔制以及加工工序有重要作用。在硅酸鹽材料中熔體表面張力的大小會影響液熔體表面張力的大小會影響液、固表面潤濕程度和影響陶瓷材固表面潤濕程度和影響陶瓷材料坯料坯、釉結合程度。釉結合程度。15影響熔體表面張力的因素影響熔體表面張力的因素： （1）化合物添加劑的影響化合物添加劑的影響 K2O、PbO、B2O3、Sb2O3、Cr2O3等會使表面張力下降；等會使表面張力下降；Al2O3、CaO、MgO、SiO2等提

11、高表面張力。等提高表面張力。（2）體系內原子的化學鍵型的影響）體系內原子的化學鍵型的影響 具有金屬鍵的熔體的表面張力具有金屬鍵的熔體的表面張力 共價鍵共價鍵 離子鍵離子鍵 分子鍵。分子鍵。（3）溫度的影響）溫度的影響 大多數硅酸鹽熔體的表面張力都是隨溫度升高而降低。一大多數硅酸鹽熔體的表面張力都是隨溫度升高而降低。一般溫度每升高般溫度每升高100 時，表面張力減少時，表面張力減少1%。16狹義玻璃狹義玻璃指的是由無機物熔體，冷卻而獲得的非晶態固體。指的是由無機物熔體，冷卻而獲得的非晶態固體。廣義玻璃廣義玻璃是指必表現出玻璃轉變現象（是指必表現出玻璃轉變現象（Tg）的非晶態固體。的非晶態固體。

12、Tg：玻璃形成溫度玻璃形成溫度（脆性溫度）熔體開始固化的溫度，是一個脆性溫度）熔體開始固化的溫度，是一個隨冷卻速度而變化的溫度范圍。隨冷卻速度而變化的溫度范圍。Tg溫度對應的粘度約為溫度對應的粘度約為10121013dPas 左右。左右。 Tf： 玻璃軟化溫度玻璃軟化溫度 ，玻璃開始，玻璃開始出現液體狀態典型性質的溫度。出現液體狀態典型性質的溫度。Tf 溫度對應的玻璃粘度約為溫度對應的玻璃粘度約為109dPas。Tg Tf是固態玻璃向玻璃是固態玻璃向玻璃熔體轉變的區域，稱為轉熔體轉變的區域，稱為轉化溫度范圍或化溫度范圍或“反常間反常間距距”。17 1 1各向同性各向同性 2 2介穩性介穩性 3

13、 3由熔融態向玻璃態轉化的過程是可逆的與漸變的，由熔融態向玻璃態轉化的過程是可逆的與漸變的，在一定的溫度范圍內完成，無固定熔點。在一定的溫度范圍內完成，無固定熔點。 4 4由熔融態向玻璃態轉化時物理、化學性質隨溫度由熔融態向玻璃態轉化時物理、化學性質隨溫度變化的連續性變化的連續性 5 5物理、化學性質隨成分變化的連續性物理、化學性質隨成分變化的連續性 18二二. 玻璃的形成條件玻璃的形成條件 結晶化結晶化 熔體冷卻熔體冷卻 玻璃化玻璃化 分相分相1、玻璃形成的動力學條件、玻璃形成的動力學條件 熔體是析晶還是形成玻璃與過冷度、黏度、成核速率、熔體是析晶還是形成玻璃與過冷度、黏度、成核速率、生長速

14、率均有關。近代研究證實只要冷卻速度足夠快，在生長速率均有關。近代研究證實只要冷卻速度足夠快，在各類材料中都發現有玻璃形成體。各類材料中都發現有玻璃形成體。 冷卻速率的確定：根據冷卻速率的確定：根據“3T圖（圖（TimeTemperatureTransformation）”估算。估算。19析晶分為晶核生成與晶體長大兩個過程。析晶分為晶核生成與晶體長大兩個過程。均態核化：均態核化：熔體內部自發成核。熔體內部自發成核。非均態核化：非均態核化：由表面、界面效應，雜質、或引入晶由表面、界面效應，雜質、或引入晶核劑等各種因素支配的成核過程。核劑等各種因素支配的成核過程。晶核生成速率晶核生成速率I IV V

15、是指單位時間內單位體積熔體中所是指單位時間內單位體積熔體中所生成的晶核數目（個生成的晶核數目（個/cm/cm3 3ss）；）；晶體生長速率晶體生長速率u u是指單位時間內晶體的線增長速率是指單位時間內晶體的線增長速率（cm/scm/s）。）。I Iv v與與u u均與過冷度（均與過冷度（T TT TM MT T）有關）有關（T TM M為熔點）。由下圖可見，為熔點）。由下圖可見，I IV V與與u u曲線上都存在極曲線上都存在極大值。大值。20uuTIJIJuuTIvIv21“3T圖圖”的做法：的做法： 根據根據 I 和和 u 的計算公式，計算出一系列溫度下的的計算公式，計算出一系列溫度下的

16、I 和和 u； 選擇一定的結晶體積分數選擇一定的結晶體積分數 ； 把計算出的把計算出的 I、u 代入代入 中，求出對應的時間中，求出對應的時間 t ； 以過冷度以過冷度T為縱坐標，以計算出的時間為縱坐標，以計算出的時間 t 為橫坐標，作圖，為橫坐標，作圖，得到得到 TTT 曲線，即曲線，即“3T圖圖”。610VV433tuIVVv22 根據根據“3T曲線曲線”頭部頂點所對應的頭部頂點所對應的 T 和和 t 可以粗略估可以粗略估算冷卻速率：算冷卻速率：Tn、n分別為分別為 3T 曲線頭部頂曲線頭部頂點所對應的過冷度和時間。點所對應的過冷度和時間。A、B、C為具有不同熔點的物質為具有不同熔點的物質

17、23 在熔點時具有粘度高，并且粘度隨溫度降低而劇烈增高的在熔點時具有粘度高，并且粘度隨溫度降低而劇烈增高的熔體（如熔體（如 SiO2 熔體）易形成玻璃；在熔點附近粘度低的熔體熔體）易形成玻璃；在熔點附近粘度低的熔體（如（如 LiCl 熔體）不易形成玻璃，必須非常快地冷卻。熔體）不易形成玻璃，必須非常快地冷卻。 粘度和熔點是形成玻璃的重要標志；冷卻速率是形成玻璃粘度和熔點是形成玻璃的重要標志；冷卻速率是形成玻璃的重要條件。的重要條件。2、玻璃形成的結晶化學條件、玻璃形成的結晶化學條件 鍵強鍵強 氧化物的鍵強是決定它能否形成玻璃的重要條件。氧化物的鍵強是決定它能否形成玻璃的重要條件。 M-O的單鍵

18、強度的單鍵強度=化合物化合物MOX的分解能的分解能/正離子正離子M的配位數的配位數24 根據單鍵強度（單鍵能）大小將氧化物分為三類：根據單鍵強度（單鍵能）大小將氧化物分為三類：玻璃形成體（網絡形成體）玻璃形成體（網絡形成體）：單鍵強度：單鍵強度 335KJ/mol ， 如：如：SiO2 、 P2O5 、 B2O3等。等。玻璃變性體（網絡變性體）：玻璃變性體（網絡變性體）： 單鍵強度單鍵強度 250KJ/mol， 如：如：Na2O、 K2O、 CaO、MgO 等。等。中間體（網絡中間體）：中間體（網絡中間體）： 250KJ/mol單鍵強度單鍵強度1，Al3+作為網絡形成離子作為網絡形成離子 R

19、= = 2.25 X=22.25-4=0.5 Y=4-0.5=3.52231223311注意：注意：若玻璃中有若玻璃中有Al2O3，必須先確定必須先確定Al3+的作用：的作用：當當R2O+RO/Al2O31時，把時，把Al3+看作網絡形成離子來計算；看作網絡形成離子來計算； 當當R2O+RO/Al2O31時，把時，把Al3+看作網絡變性離子來計算。看作網絡變性離子來計算。34 Y對玻璃性質的影響對玻璃性質的影響組組 成成 Y熔融溫度熔融溫度 （）膨脹系數膨脹系數 107NaNa2 2O O2 2SiO231523146P2O531573140NaNa2 2O OSiO221323220NaNa

20、2 2O OP2O52137322035二二. 硼酸鹽玻璃硼酸鹽玻璃 氧化硼玻璃由氧化硼玻璃由BO3三角體共頂連接構成。純三角體共頂連接構成。純 B2O3 玻璃實玻璃實用價值不高。用價值不高。 硼硼反常現象反常現象：在：在B2O3 玻璃玻璃中加中加入入R R2 2O O（如如 NaNa2 2O O） 或或 RO RO 時，當時，當加入的加入的 NaNa2 2O O 或或 RO RO 超過一定量時超過一定量時結構和性能又向結構和性能又向相反方向轉化。在相反方向轉化。在組成組成性能曲線上出現極點。性能曲線上出現極點。36硼氧反常的原因：硼氧反常的原因： 當當NaNa2 2O O16%16%時時隨隨

21、NaNa2 2O O量增加量增加BOBO4 4 增加，使玻璃結構單元增加，使玻璃結構單元 BOBO3 3 獲得游離氧轉變為獲得游離氧轉變為 BOBO4 4 。部分層狀逐漸轉變為架狀部分層狀逐漸轉變為架狀，網，網絡得到強化，性能得到改善。絡得到強化，性能得到改善。 當當NaNa2 2O O16%16%時時隨隨NaNa2 2O O含量增加，含量增加，破壞架狀網絡破壞架狀網絡，使，使BOBO4 4 減少。減少。 Na Na2 2O O含量引起含量引起 BOBO3 3 和和BOBO4 4 的相互轉變。的相互轉變。結構變化影響性結構變化影響性能變化。能變化。37 普通玻璃：普通玻璃： 平板玻璃、器皿玻璃

22、、電真空玻璃和光學玻璃；平板玻璃、器皿玻璃、電真空玻璃和光學玻璃； 特種玻璃：特種玻璃： 指指SiOSiO2 2含量在含量在8585以上或以上或5555以下的硅酸鹽玻璃、非硅酸以下的硅酸鹽玻璃、非硅酸鹽氧化物玻璃（如硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽、碲酸鹽、鋁酸鹽鹽氧化物玻璃（如硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽、碲酸鹽、鋁酸鹽及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）以及非氧化物玻璃（如鹵化物、氮及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）以及非氧化物玻璃（如鹵化物、氮化物、硫系物、硫鹵化物和金屬玻璃等新型無機玻璃系統）等。化物、硫系物、硫鹵化物和金屬玻璃等新型無機玻璃系統）等。2.1.4 特種玻璃特種玻璃 一一 特種玻璃分類特種玻璃分類根據功能特性

23、可以分為：根據功能特性可以分為： 光學功能玻璃、電磁功能玻璃、光學功能玻璃、電磁功能玻璃、熱學功能玻璃、力學功能玻璃、化學功能玻璃及生物功能玻熱學功能玻璃、力學功能玻璃、化學功能玻璃及生物功能玻璃等。璃等。38二二 特種玻璃的制備和加工特種玻璃的制備和加工 1. 1. 溶膠凝膠法溶膠凝膠法 溶膠化溶膠化凝膠凝膠燒結燒結玻璃；用于特種玻璃、功能涂層或薄玻璃；用于特種玻璃、功能涂層或薄膜等的制備。膜等的制備。 2. 2. 氣相法氣相法 氣體作原料或者是將固體原料氣化成氣體，再加熱發生化學氣體作原料或者是將固體原料氣化成氣體，再加熱發生化學反應而制備玻璃或非晶態物質。反應而制備玻璃或非晶態物質。 S

24、iClSiCl4 4（原料）（原料）氣化氣化1400140018001800的石英玻璃反應管內的石英玻璃反應管內沉積石英玻璃微粉沉積石英玻璃微粉加熱燒結加熱燒結石英玻璃預制棒。石英玻璃預制棒。 393. 3. 高速冷卻法高速冷卻法 原料熔化原料熔化高速冷卻，防止析晶高速冷卻，防止析晶具有特殊性能的新組成玻具有特殊性能的新組成玻璃。璃。 4. 4. 氣氛調節熔融法氣氛調節熔融法 在氬氣、氮氣或氨氣等氣氛中熔制玻璃。在氬氣、氮氣或氨氣等氣氛中熔制玻璃。 5. 5. 特種玻璃的加工技術特種玻璃的加工技術 摻雜、超純化、離子交換、分相與晶化、表面鍍膜、極化處摻雜、超純化、離子交換、分相與晶化、表面鍍膜

25、、極化處理、激活結構、機械拉伸、離子注入、復合化等。理、激活結構、機械拉伸、離子注入、復合化等。 40三三 實例實例1.1.光導纖維光導纖維 -能夠導光、傳像的玻璃纖維，簡稱光纖。能夠導光、傳像的玻璃纖維，簡稱光纖。 傳光效率高、信息傳輸量大、成本低等優點。其主要產品傳光效率高、信息傳輸量大、成本低等優點。其主要產品有通訊光纖、非通訊光纖、光學纖維面板、微通道板等。有通訊光纖、非通訊光纖、光學纖維面板、微通道板等。 通訊光纖：通訊光纖： 利用光波導原理，由高折射率玻璃芯料和低折射率玻璃皮利用光波導原理，由高折射率玻璃芯料和低折射率玻璃皮料組成的復合纖維。料組成的復合纖維。 代表性的通訊光纖有多

26、模光纖（階躍型、梯度折射率型）代表性的通訊光纖有多模光纖（階躍型、梯度折射率型）和單模光纖，它們的結構示于圖和單模光纖，它們的結構示于圖2-3-172-3-17。 41圖圖2-3-17 2-3-17 通訊光纖的主要結構類型和光傳輸方式通訊光纖的主要結構類型和光傳輸方式 42 主要使用石英玻璃。主要使用石英玻璃。 要調節纖芯和皮層玻璃的折射率，可以在纖芯玻璃中摻入要調節纖芯和皮層玻璃的折射率，可以在纖芯玻璃中摻入GeGe、P P，提高折射率的成分，皮層玻璃中摻入，提高折射率的成分，皮層玻璃中摻入B B、F F等降低折射率。等降低折射率。 石英玻璃光纖的損耗約為石英玻璃光纖的損耗約為0.2dB/k

27、m0.2dB/km，接近其理論極限。，接近其理論極限。 氟化物玻璃和硫系玻璃可望達到氟化物玻璃和硫系玻璃可望達到10-3dB/km10-3dB/km或以下。或以下。432 2、激光玻璃、激光玻璃 由基質玻璃和激活離子構成。由基質玻璃和激活離子構成。 激光玻璃的各種物理化學性質主要取決于基質玻璃，而它的激光玻璃的各種物理化學性質主要取決于基質玻璃，而它的光譜特性主要由激活離子決定。光譜特性主要由激活離子決定。 激光玻璃通常要滿足下列條件：激光玻璃通常要滿足下列條件： （1 1）激活離子的發光機構必須有亞穩態。）激活離子的發光機構必須有亞穩態。 （2 2）激光玻璃必須有合適的光譜性質。）激光玻璃必

28、須有合適的光譜性質。 （3 3）基質玻璃要有良好的透明度。）基質玻璃要有良好的透明度。 （4 4）必須有良好的均勻性，良好的化學穩定性，失透性小，有）必須有良好的均勻性，良好的化學穩定性，失透性小，有一定的機械強度和良好的光照穩定性。一定的機械強度和良好的光照穩定性。 （5 5）必須有良好的熱光穩定性，熱光系數要盡可能小。）必須有良好的熱光穩定性，熱光系數要盡可能小。 44 基質玻璃體系主要是硅酸鹽、磷酸鹽和氟磷酸鹽、氟化物。基質玻璃體系主要是硅酸鹽、磷酸鹽和氟磷酸鹽、氟化物。 激活離子主要是稀土離子，如激活離子主要是稀土離子，如NdNd3 3+ +、YbYb3+3+、ErEr3+3+、TmT

29、m3+3+和和HoHo3+3+等。等。 激光玻璃中最重要的是釹玻璃。激光玻璃中最重要的是釹玻璃。453 3、微晶玻璃、微晶玻璃 微晶玻璃是利用加入晶核或紫外輻照等方法使玻璃內成晶微晶玻璃是利用加入晶核或紫外輻照等方法使玻璃內成晶核，再經過熱處理使晶核長大，形成玻璃與某些晶體共存的材核，再經過熱處理使晶核長大，形成玻璃與某些晶體共存的材料，也稱為玻璃陶瓷。料，也稱為玻璃陶瓷。 分為：透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃。分為：透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃。 透明微晶玻璃：晶體尺寸比可見光的波長小或使晶相和玻透明微晶玻璃：晶體尺寸比可見光的波長小或使晶相和玻璃相有相近的折射指數，光通過時不產生光的散射。璃

30、相有相近的折射指數，光通過時不產生光的散射。 微晶玻璃熔制溫度較高，成型后需先進行冷（熱）加工，微晶玻璃熔制溫度較高，成型后需先進行冷（熱）加工，最后進行結晶化熱處理。最后進行結晶化熱處理。 廣泛用途；望遠鏡及炊具、電子工業基板及掩膜板、導彈廣泛用途；望遠鏡及炊具、電子工業基板及掩膜板、導彈雷達的天線罩。雷達的天線罩。 近年來：（近年來：（1 1）-鋰輝石微晶玻璃與碳化硅纖維復合材料。鋰輝石微晶玻璃與碳化硅纖維復合材料。（2 2）氧氮微晶玻璃。（）氧氮微晶玻璃。（3 3）可切削云母微晶玻璃。）可切削云母微晶玻璃。464 4、光致變色玻璃、光致變色玻璃 光致變色玻璃（或光色玻璃）：受紫外線或日光

31、照射后，光致變色玻璃（或光色玻璃）：受紫外線或日光照射后，在可見光譜區產生吸收而自動變色，光照停止又回復到原來的在可見光譜區產生吸收而自動變色，光照停止又回復到原來的透明狀態。透明狀態。 光致變色效應：鹵化銀、鹵化鎘（或鹵化銅）、光致變色效應：鹵化銀、鹵化鎘（或鹵化銅）、TlClTlCl、CdOCdO、摻低價稀土離子等。摻低價稀土離子等。 含鹵化銀的鋁硼硅酸鹽或鋁磷酸鹽玻璃組成的選擇原則是：含鹵化銀的鋁硼硅酸鹽或鋁磷酸鹽玻璃組成的選擇原則是： (1)(1)將配合料在高溫熔融時銀離子和鹵素離子溶解在玻璃中，將配合料在高溫熔融時銀離子和鹵素離子溶解在玻璃中，冷卻時仍然保持均勻分散的狀態冷卻時仍然保

32、持均勻分散的狀態; ; (2) (2)將玻璃在將玻璃在500500650650進行熱處理時，可以在玻璃中析出進行熱處理時，可以在玻璃中析出101030nm30nm的鹵化銀顆粒，玻璃仍然是透明的。的鹵化銀顆粒，玻璃仍然是透明的。 47 Ag Ag0 0表示銀原子，銀原子聚集在一起，形成銀膠體，使玻璃表示銀原子，銀原子聚集在一起，形成銀膠體，使玻璃著色。著色。 太陽鏡、汽車、飛機、輪船和建筑物的窗玻璃，用作光信息太陽鏡、汽車、飛機、輪船和建筑物的窗玻璃，用作光信息存儲和記憶裝置、光學纖維面板還可用于計算技術和顯示技術，存儲和記憶裝置、光學纖維面板還可用于計算技術和顯示技術，可作全息記錄介質等。可作

33、全息記錄介質等。 析出有鹵化銀顆粒析出有鹵化銀顆粒AgAg（ClCl，BrBr）的玻璃具有光致變色性，當）的玻璃具有光致變色性，當紫外光或短波長可見光照射玻璃時，鹵化銀晶體著色，使玻璃的紫外光或短波長可見光照射玻璃時，鹵化銀晶體著色，使玻璃的透光率降低，光照停止時，玻璃又回復到透明狀態。這一變化可透光率降低，光照停止時，玻璃又回復到透明狀態。這一變化可表示為：表示為：485 5、生物功能玻璃、生物功能玻璃 包括生物玻璃及幾種具有生物活性的微晶玻璃。包括生物玻璃及幾種具有生物活性的微晶玻璃。 （1 1）生物玻璃）生物玻璃 24.5Na2O 24.5 CaO 45 SiO2 6P2O5 最早發現的

34、無機材料在生物體內能與自然骨化學鍵合的材料，最早發現的無機材料在生物體內能與自然骨化學鍵合的材料，機械強度極低，不能用于負重的部位。機械強度極低，不能用于負重的部位。49（2 2）微晶玻璃）微晶玻璃 CeravitalCeravital微晶玻璃。微晶玻璃。 19731973年，年，BronmerBronmer等人開發了能與骨組織形成強的化學結合的，等人開發了能與骨組織形成強的化學結合的，命名為命名為CeravitalCeravital的的NaNa2 2O-KO-K2 2O-MgO-CaO-PO-MgO-CaO-P2 2O O5 5-SiO-SiO2 2系統微晶玻璃。系統微晶玻璃。 它是從玻璃中

35、析出一部分磷灰石晶體而形成的微晶玻璃。它是從玻璃中析出一部分磷灰石晶體而形成的微晶玻璃。 與生物玻璃相比其特點是：堿金屬的含量大大降低，使堿金與生物玻璃相比其特點是：堿金屬的含量大大降低，使堿金屬等離子的溶出量大大減少，骨組織與材料結合界面的凝膠層基屬等離子的溶出量大大減少，骨組織與材料結合界面的凝膠層基本不再形成，從而增加了界面的結合強度。本不再形成，從而增加了界面的結合強度。 本身強度還不是足夠高，只用于不受力的部位。本身強度還不是足夠高，只用于不受力的部位。 50Cerabone A-WCerabone A-W微晶玻璃。微晶玻璃。 在玻璃相中析出磷灰石（在玻璃相中析出磷灰石（A A）和）

36、和硅灰石（硅灰石（CaSiOCaSiO3 3，W W），它），它兼有很好的生物活性和很高的機械強度。兼有很好的生物活性和很高的機械強度。 原始玻璃成分為原始玻璃成分為MgO MgO 4.64.6，CaO 44.9CaO 44.9，P P2 2O O5 516.316.3，SiOSiO2 2 34.234.2，CaFCaF2 20.50.5。 其強度高于自然骨的強度，是目前發現的唯一一種植人體內后其其強度高于自然骨的強度，是目前發現的唯一一種植人體內后其斷裂不發生在界面或材料內部而發生在骨內部的生物材料。斷裂不發生在界面或材料內部而發生在骨內部的生物材料。 缺點是彈性模量過高。缺點是彈性模量過高

37、。 BioveritBioverit微晶玻璃。微晶玻璃。 在玻璃相中除析出磷灰石晶體及無規則排列的片狀氟金云母在玻璃相中除析出磷灰石晶體及無規則排列的片狀氟金云母晶體。晶體。 原始玻璃組成為原始玻璃組成為NaNa2 2O+KO+K2 2O 3O 38 8，MgO 2MgO 22121，CaO CaO 10103434，AlAl2 2O O3 3 8 81515，SiOSiO2 2 19 195454，P P2 2O O5 5 2 21010，F 3F 32525。 目前已用于人工耳小骨和人工齒根等。但是，它的本身強度目前已用于人工耳小骨和人工齒根等。但是，它的本身強度稍弱于稍弱于A-WA-W微

38、晶玻璃。微晶玻璃。516 6、多孔玻璃、多孔玻璃 1 1、通過微粒狀玻璃粉的燒結；、通過微粒狀玻璃粉的燒結； 2 2、無機鹽或有機金屬醇鹽等的水解；、無機鹽或有機金屬醇鹽等的水解； 2 2、玻璃的分相等方法來制備。、玻璃的分相等方法來制備。 玻璃分相制備多孔玻璃：玻璃分相制備多孔玻璃： 玻璃熔融玻璃熔融分相處理分相處理酸處理。酸處理。 52具有以下特點：具有以下特點： （1 1）孔徑的控制范圍廣泛。）孔徑的控制范圍廣泛。 （2 2）孔徑分布非常均勻，可以控制在）孔徑分布非常均勻，可以控制在1515以內。以內。 （3 3）比表面積的選擇范圍廣，為）比表面積的選擇范圍廣，為0.70.7500m50

39、0m2 2/g/g。 （4 4）微孔結構為各向同性，形狀一致，不會因物理力的作用而）微孔結構為各向同性，形狀一致，不會因物理力的作用而改變形狀。改變形狀。 （5 5）耐熱性能好，使用溫度可高達）耐熱性能好，使用溫度可高達800800以上。以上。 （6 6）耐有機溶劑性能好，無膨潤現象發生。）耐有機溶劑性能好，無膨潤現象發生。 （7 7）耐酸性、耐臭氧性好。）耐酸性、耐臭氧性好。 （8 8）耐微生物性能好，不受細菌和霉菌等的侵蝕。）耐微生物性能好，不受細菌和霉菌等的侵蝕。 （9 9）可以通過微孔表面的）可以通過微孔表面的Si-OHSi-OH鍵等進行表面改性。鍵等進行表面改性。 （1010）可以制

40、成管狀、板狀、粉狀等各種形狀。）可以制成管狀、板狀、粉狀等各種形狀。 53 作為酶、微生物、抗原、抗體、動物細胞、植物細胞、激素作為酶、微生物、抗原、抗體、動物細胞、植物細胞、激素等的固定載體及過濾材料在食品、釀酒、等的固定載體及過濾材料在食品、釀酒、DNADNA的合成與分離、生的合成與分離、生物反應器等。物反應器等。54練習練習1. 說明熔體中聚合物形成過程？說明熔體中聚合物形成過程？ 答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎單位，組成大小答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎單位，組成大小不同的聚合體。不同的聚合體。 可分為三個階段：可分為三個階段： 初期：石英的分化；初期：石英的分化； 中期：

41、縮聚并伴隨變形；中期：縮聚并伴隨變形； 后期：在一定時間和一定溫度下，后期：在一定時間和一定溫度下， 聚合和分化達到平衡。聚合和分化達到平衡。 552. 解釋硼酸鹽玻璃的硼反常現象？解釋硼酸鹽玻璃的硼反常現象？ 答：硼反常現象：隨著答：硼反常現象：隨著Na2O（R2O）含量的增加，橋氧數增）含量的增加，橋氧數增大，熱膨脹系數逐漸下降。當大，熱膨脹系數逐漸下降。當Na2O含量達到含量達到15%16%時，橋時，橋氧又開始減少，熱膨脹系數重新上升，這種反常現象就是硼反常氧又開始減少，熱膨脹系數重新上升，這種反常現象就是硼反常現象。現象。 原因：原因：當當NaNa2 2O O16%16%時時隨隨NaNa2 2O O量增加量增加BOBO4 4 增加，使玻璃結