玻璃的性质课件.ppt

1、1231.1.2 1.1.2 玻璃简史玻璃简史 (1)萌芽时期萌芽时期(吹管技术发明以前吹管技术发明以前)(2)发展时期发展时期(从发明吹管到从发明吹管到19世纪末世纪末)(3)现代化时期现代化时期(20世纪以来世纪以来)456789101.1.3 1.1.3 玻璃的形成玻璃的形成 玻璃之所以成为玻玻璃之所以成为玻璃而不是结晶，在璃而不是结晶，在于由液态快速冷却于由液态快速冷却时粘度增加得很快，时粘度增加得很快，内部质点的运动受内部质点的运动受到严重阻碍而无法到严重阻碍而无法按晶体结构进行重按晶体结构进行重新排列，因此仍然新排列，因此仍然保持着类似于液体保持着类似于液体的近程有序而远程的近程有

2、序而远程无序的状态。无序的状态。 11新的玻璃形成法举例新的玻璃形成法举例 121.2.1 1.2.1 玻璃态的通性玻璃态的通性 非晶态非晶态以不同方法获得的以结构无序为主要以不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。特征的固体物质状态。玻璃态玻璃态非晶态固体的一种，定义为非晶态固体的一种，定义为“从熔体从熔体冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状态态”，习惯上常称之为，习惯上常称之为“过冷的液体过冷的液体”。玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排列，而近似于液体一样具有近程有序排列，玻璃列，而近似

3、于液体一样具有近程有序排列，玻璃像固体一样能保持一定的外形，而不像液体一样像固体一样能保持一定的外形，而不像液体一样在自重作用下流动。在自重作用下流动。 1314151、各向同性各向同性玻璃态物质的质点排列是无规则的物理化学性质玻璃态物质的质点排列是无规则的物理化学性质在各方向上都是相同的。玻璃的各向同性是统计在各方向上都是相同的。玻璃的各向同性是统计均质结构的结果，与液体相似。晶体在不同方向均质结构的结果，与液体相似。晶体在不同方向所测得的性质是不同的。所测得的性质是不同的。2、介稳性介稳性玻璃是由熔体急剧冷却而得，由于在冷却过程中玻璃是由熔体急剧冷却而得，由于在冷却过程中粘度急剧增大，质点

4、来不及作形成晶体的有规则粘度急剧增大，质点来不及作形成晶体的有规则排列，系统的内能尚未处于最低值，从而处于介排列，系统的内能尚未处于最低值，从而处于介稳状态，在一定的外界条件下它仍具有自发放热稳状态，在一定的外界条件下它仍具有自发放热转化为内能较低的晶体的倾向。转化为内能较低的晶体的倾向。16熔体u晶体u玻璃体uU2u1uu = -u12u173、无固定熔点无固定熔点玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区间玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区间(转化温度范围内转化温度范围内)进行的，它与结晶态物质不同，进行的，它与结晶态物质不同，没有固定熔点。没有固定熔点。4、性质变化的连续性和可逆性性

5、质变化的连续性和可逆性玻璃态物质从熔融状态到固体状态的性质变化过玻璃态物质从熔融状态到固体状态的性质变化过程是连续的和可逆的，其中有一段温度区域呈塑程是连续的和可逆的，其中有一段温度区域呈塑性，称为性，称为“转变转变”或或“反常反常”区域，在这区域内区域，在这区域内性质有特殊变化。性质有特殊变化。18191.2.2 1.2.2 玻璃结构的假说玻璃结构的假说 1.2.2.1、过冷液体学说、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。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

6、所含的能量要比相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。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。玻璃性质联系起来。 1.2.2.2、晶子学说、晶子学说苏联苏联A.A.列别捷夫院长在列别捷夫院长在1921年创立年创立 ，认为玻，认为玻璃由无数极微细的、带有点阵变形的有序区域即璃由无数极微细的、带有点阵变形的有序区域即晶子所构成晶子所构成 。20211.2.2.3、无规网络学说（不规则网络学说）、无规网络学说（不规则网络学说）1932年，年，W.H.Zacharia

7、sen（查哈里阿森）提出（查哈里阿森）提出了无规网络学说，此后，了无规网络学说，此后，B.e.Warren等人又证明、等人又证明、充实和发展了这一学说。要点如下：充实和发展了这一学说。要点如下： 1、玻璃具有三维无规则网络结构，即由原有多、玻璃具有三维无规则网络结构，即由原有多面体通过共有顶角相互连接，构成三维不规则网面体通过共有顶角相互连接，构成三维不规则网络，其中的原子多面体没有周期性的序列，但拥络，其中的原子多面体没有周期性的序列，但拥有与相应晶体原子多面体相近而稍高的能量。有与相应晶体原子多面体相近而稍高的能量。221.2.2.3、无规网络学说（不规则网络学说）、无规网络学说（不规则网

8、络学说）2、形成氧化物玻璃，应符合以下四条结构规则：、形成氧化物玻璃，应符合以下四条结构规则：(1)每个氧原子与不多于两个阳离子连结；每个氧原子与不多于两个阳离子连结；(2)每个阳离子的配位效应为每个阳离子的配位效应为3或或4，(3)氧多面体结合成三维网络的相连方式是共氧多面体结合成三维网络的相连方式是共角，而不是共棱或共面；角，而不是共棱或共面；(4)多面体的顶角，至少要有多面体的顶角，至少要有3个是与其它多面个是与其它多面体共有。体共有。233、原子的配位数，决定其在网络中的作用，可、原子的配位数，决定其在网络中的作用，可以分为三类：以分为三类：（1）配位数为）配位数为3或或4，如，如Si

9、、B、P、Ge、As等，等，可以单独形成网络骨架，称为网络形成物；可以单独形成网络骨架，称为网络形成物；（2）配位数为）配位数为6或更大，如或更大，如Na、K、Ca、Ba等，等，不能形成网络骨架，只能在多组分玻璃中处于网不能形成网络骨架，只能在多组分玻璃中处于网络骨架间的空隙中，故有网络外体之称，它们能络骨架间的空隙中，故有网络外体之称，它们能使网络断裂，从而改变玻璃的性能，故一般常称使网络断裂，从而改变玻璃的性能，故一般常称为网络修改物；为网络修改物；（3）配位数在）配位数在4-6之间的之间的Al、Mg、Zn、Pb等，等，一般是网络修改物，但在多组分系统中可能发生一般是网络修改物，但在多组分

10、系统中可能发生配位数由高到低的变化，从而成为网络形成物。配位数由高到低的变化，从而成为网络形成物。这类元素的氧化物，通常称为中间氧化物。这类元素的氧化物，通常称为中间氧化物。2425261.2.3 1.2.3 几种典型的玻璃结构几种典型的玻璃结构 结构是连续的，硅结构是连续的，硅氧四面体氧四面体SiO4之之间的旋转角宽度完间的旋转角宽度完全是无序分布的，全是无序分布的，SiO4以顶角相连，以顶角相连，形成一种向三度空形成一种向三度空间发展的架状结构。间发展的架状结构。 2728292、钠钙硅玻璃、钠钙硅玻璃如果在熔融石英玻璃中加入碱金属氧化物如果在熔融石英玻璃中加入碱金属氧化物(如如Na2O)

11、，就使原有的，就使原有的“大分子大分子”发生解聚作用。发生解聚作用。由于氧的比值增大，玻璃中已不可能每个氧都为由于氧的比值增大，玻璃中已不可能每个氧都为两个硅原子所共用两个硅原子所共用(这种氧称为桥氧这种氧称为桥氧)，开始出现，开始出现与一个硅原子键合的氧与一个硅原子键合的氧(称为非桥氧称为非桥氧)，使硅氧网，使硅氧网络发生断裂。而碱金属离子处于非桥氧附近的网络发生断裂。而碱金属离子处于非桥氧附近的网穴中，这就形成了碱硅酸盐玻璃，但因其性能不穴中，这就形成了碱硅酸盐玻璃，但因其性能不好，没有实用价值好，没有实用价值 。3031在碱硅二元玻璃中在碱硅二元玻璃中(如钠硅玻璃如钠硅玻璃)加入加入Ca

12、O，可，可使玻璃的结构和性质发生明显的改善。可得到使玻璃的结构和性质发生明显的改善。可得到具有优良性能的钠钙硅玻璃。具有优良性能的钠钙硅玻璃。目前大多数实用玻璃（例如瓶罐玻璃、器皿玻目前大多数实用玻璃（例如瓶罐玻璃、器皿玻璃、保温瓶玻璃、泡壳玻璃、平板玻璃等），璃、保温瓶玻璃、泡壳玻璃、平板玻璃等），都是以钠钙硅为基础的玻璃。为了满足各种不都是以钠钙硅为基础的玻璃。为了满足各种不同性能的要求，可在钠钙硅成分的基础上加入同性能的要求，可在钠钙硅成分的基础上加入其它氧化物进行调节。其它氧化物进行调节。 32333、硼酸盐玻璃、硼酸盐玻璃B2O3玻璃由硼氧三角体玻璃由硼氧三角体BO3组成，其中含有组

13、成，其中含有硼氧三角体互相连接的硼氧三元环集团，在低硼氧三角体互相连接的硼氧三元环集团，在低温时温时B2O3玻璃结构是由桥氧连接的硼氧三角体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，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。属于层状结构。碱金属或碱土金属氧化物加入碱金属或碱土金属氧化物加入B2O3玻璃中，将玻璃中，将产生硼氧四面体产生硼氧四面体BO4，而形成碱硼酸盐玻璃。，而形成碱硼酸盐玻璃。3435 纯纯B2O3玻璃使用价值小，只有与玻璃使用价值小，只有与R2O、RO等氧化物组合后才能制成稳定的有等氧化物组合后才能制成稳定的有实用价值的硼酸盐玻璃。实

14、用价值的硼酸盐玻璃。 365152535TgObNa O %237 BO3变成变成BO4，多面体之间的连结，多面体之间的连结点由点由 3变变4，导致玻璃结构部分转变为，导致玻璃结构部分转变为三维的架状结构，从而加强了网络，三维的架状结构，从而加强了网络，并使玻璃的各种物理性质变好，这与并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随质随R2O或或RO加入量的变化规律相反，加入量的变化规律相反，所以称为所以称为“硼反常硼反常”。 385152535TgObNa O %239硼反常硼反常使性质使性质-组成变化组成变化曲线上出现极大值或曲线上出现极

15、大值或极小极小值，其值，其实质是硼氧配位体实质是硼氧配位体中四面体与三角体相对含中四面体与三角体相对含量变化所产生的量变化所产生的，CN4的的B原子数目不能超过由原子数目不能超过由玻璃组成所决定的某一限玻璃组成所决定的某一限度。度。结论结论404、其它氧化物玻璃、其它氧化物玻璃凡能通过桥氧形成聚合结构的氧化物，都有可凡能通过桥氧形成聚合结构的氧化物，都有可能形成玻璃。如：能形成玻璃。如：As2O3，BeO，A12O3，Ga2O3及及TeO2等。等。 411.2.4 1.2.4 玻璃结构中阳离子的分类及各种玻璃结构中阳离子的分类及各种氧化物在玻璃中的作用氧化物在玻璃中的作用 1、玻璃结构中阳离子

16、的分类、玻璃结构中阳离子的分类根据无规则网络学说的观点，一般按元素与氧结合的单根据无规则网络学说的观点，一般按元素与氧结合的单键能键能(即化合物分解能与配位数之商即化合物分解能与配位数之商)的大小和能否生成的大小和能否生成玻璃，将氧化物分为：网络生成体氧化物，网络外体氯玻璃，将氧化物分为：网络生成体氧化物，网络外体氯化物和中间体氧化物三大类（参见化物和中间体氧化物三大类（参见1.2.2） 2、各种氧化物在玻璃中的作用、各种氧化物在玻璃中的作用（1）碱金属氧化物）碱金属氧化物碱金属氧化物加入到熔融石英玻璃中，促使硅氧四面体碱金属氧化物加入到熔融石英玻璃中，促使硅氧四面体间连接断裂，出现非桥氧，使

17、玻璃结构疏松，导致一系间连接断裂，出现非桥氧，使玻璃结构疏松，导致一系列性能变坏。但由于碱金属离子的断网作用使它具有了列性能变坏。但由于碱金属离子的断网作用使它具有了高温助熔、加速玻璃熔化的性能。高温助熔、加速玻璃熔化的性能。42（2）二价金属氧化物）二价金属氧化物CaO是网络外体氧化物，是网络外体氧化物，Ca2+离子的配位数一般为离子的配位数一般为6，有极化桥氧和减弱硅氧键的作用。有极化桥氧和减弱硅氧键的作用。CaO的引入可以降低的引入可以降低玻璃的高温粘度。玻璃中玻璃的高温粘度。玻璃中CaO含量过多，一般会使玻璃含量过多，一般会使玻璃的料性变短，脆性增大。的料性变短，脆性增大。MgO在硅酸

18、盐矿物中存在着两种配位状态在硅酸盐矿物中存在着两种配位状态(4或或6)，但多，但多数位于八面体中，属网络外体。在钠钙硅玻璃中，若以数位于八面体中，属网络外体。在钠钙硅玻璃中，若以MgO取代取代CaO，将使玻璃结构疏松，导致玻璃的密度、，将使玻璃结构疏松，导致玻璃的密度、硬度下降，但却可以降低玻璃的析晶能力和调节玻璃的硬度下降，但却可以降低玻璃的析晶能力和调节玻璃的料性。含镁玻璃在水和碱液作用下，易在表面形成硅酸料性。含镁玻璃在水和碱液作用下，易在表面形成硅酸镁薄膜，在一定条件下剥落进入熔液，产生脱片现象。镁薄膜，在一定条件下剥落进入熔液，产生脱片现象。BaO是网络外体，它具有提高玻璃折射率、色

19、散、防辐是网络外体，它具有提高玻璃折射率、色散、防辐射和助熔等特性。射和助熔等特性。ZnO能适当提高玻璃的耐碱性，但用量过多会增大玻璃能适当提高玻璃的耐碱性，但用量过多会增大玻璃的析晶倾向。的析晶倾向。43（3）其它金属氧化物）其它金属氧化物在一般的钠钙硅玻璃中，引人少量的在一般的钠钙硅玻璃中，引人少量的A12O3，A13+就可以夺取非桥氧形成铝氧四面体进入硅氧就可以夺取非桥氧形成铝氧四面体进入硅氧网络之中，把由于网络之中，把由于Na+离子的引入而产生的断裂离子的引入而产生的断裂网络通过铝氧四面体重新连接起来，使玻璃结构网络通过铝氧四面体重新连接起来，使玻璃结构趋向紧密，并使玻璃的许多性能得以

20、改善。但它趋向紧密，并使玻璃的许多性能得以改善。但它对玻璃的电学性能有不良影响，在硅酸盐玻璃中，对玻璃的电学性能有不良影响，在硅酸盐玻璃中，当以当以A12O3取代取代SiO2时，介电损耗和导电率上升，时，介电损耗和导电率上升，故在电真空玻璃中一般不含或少含故在电真空玻璃中一般不含或少含A12O3。44AlO6 AlO445B2O3是玻璃形成氧化物，有良好的助熔性，可降是玻璃形成氧化物，有良好的助熔性，可降低玻璃的高温粘度和提高玻璃的低温粘度，但使低玻璃的高温粘度和提高玻璃的低温粘度，但使用用B2O3时要注意硼反常现象。时要注意硼反常现象。La2O3是玻璃网络外体，具有提高玻璃化学稳定是玻璃网络

21、外体，具有提高玻璃化学稳定性，降低热膨胀系数，改善加工性能的作用，主性，降低热膨胀系数，改善加工性能的作用，主要用于制造折射、低色散光学玻璃和电极玻璃。要用于制造折射、低色散光学玻璃和电极玻璃。461.3.1 1.3.1 玻璃的粘度玻璃的粘度 粘度是玻璃熔体性质中的首要一项，它决定玻璃粘度是玻璃熔体性质中的首要一项，它决定玻璃熔化、成形、退火、加工的操作温度，以及产品熔化、成形、退火、加工的操作温度，以及产品使用的最高温度。玻璃熔体的粘度，随组成和温使用的最高温度。玻璃熔体的粘度，随组成和温度不同而变化，也和玻璃熔体的结构有关。度不同而变化，也和玻璃熔体的结构有关。粘度通常在粘度通常在1013

22、-10Pas(1014-100P)之间，在室温之间，在室温下大于下大于1019Pas(1020P)。 在玻璃生产中，为避免发生结晶或反玻璃化，要在玻璃生产中，为避免发生结晶或反玻璃化，要求粘度快速平滑地从求粘度快速平滑地从10Pas升至升至1013Pas，其间，其间通过通过成形成形(作业作业)点点、软化点软化点、退火点退火点、应变点应变点这这四个粘度点。这些点的定义已由四个粘度点。这些点的定义已由ASTM规定。规定。 47481.3.2 1.3.2 玻璃的热性能玻璃的热性能 1.3.2.1 1.3.2.1 液相温度液相温度将玻璃熔体足够缓慢地冷却时，在一定温度下会将玻璃熔体足够缓慢地冷却时，在

23、一定温度下会开始结晶，这一温度是液、固二相共存的最高温开始结晶，这一温度是液、固二相共存的最高温度，称为玻璃的度，称为玻璃的液相温度液相温度。玻璃组成不同，则液。玻璃组成不同，则液相温度也不同。液相温度是玻璃的一项重要性能，相温度也不同。液相温度是玻璃的一项重要性能，与其形成、晶化和加工等密切相关。采用引上法与其形成、晶化和加工等密切相关。采用引上法成形时、要求较低的液相温度。小件玻璃工艺品成形时、要求较低的液相温度。小件玻璃工艺品的压制等操作则允许高得多的液相温度。许多光的压制等操作则允许高得多的液相温度。许多光学玻璃液相温度高达学玻璃液相温度高达1100(粘度粘度20-30Pas)，比，比

24、其转变温度高数百度。成形时必须快速冷却地通其转变温度高数百度。成形时必须快速冷却地通过这一温度区，以免产生析晶。过这一温度区，以免产生析晶。491.3.2.2 1.3.2.2 反玻璃化反玻璃化玻璃在熔化、成形或者再加热时产生失控的玻璃在熔化、成形或者再加热时产生失控的结晶，称为反玻璃化。它使玻璃失去透明性，结晶，称为反玻璃化。它使玻璃失去透明性，通常也叫做玻璃失透。通常也叫做玻璃失透。失透既影响玻璃的强度，也会降低其化学稳失透既影响玻璃的强度，也会降低其化学稳定性。因此，一般应该防止。失透决定于玻定性。因此，一般应该防止。失透决定于玻璃的结晶速度。通常玻璃成型、加工时，应璃的结晶速度。通常玻璃

25、成型、加工时，应以较快的冷却速度通过失透温度区，所需的以较快的冷却速度通过失透温度区，所需的最低冷却速度，称为临界冷却速度，它与玻最低冷却速度，称为临界冷却速度，它与玻璃的组成有关。璃的组成有关。50玻璃中网络修饰物含量的增加，会提高反玻璃中网络修饰物含量的增加，会提高反玻璃化的本领。玻璃化的本领。玻璃的失透现象，也可加以利用。例如，玻璃的失透现象，也可加以利用。例如，制取乳白玻璃，就是通过添加氯化物作为制取乳白玻璃，就是通过添加氯化物作为乳浊剂有控制地使玻璃中产生乳浊剂有控制地使玻璃中产生NaF、CaF2等微晶，从而实现乳白化。等微晶，从而实现乳白化。51表表1 Na2O-SiO2系统的析晶

26、本领系统的析晶本领521.3.2.3 1.3.2.3 分相分相玻璃在一定温度和组成范围内，也可分成互不溶玻璃在一定温度和组成范围内，也可分成互不溶解或者部分溶解的两个玻璃相。这种分相现象，解或者部分溶解的两个玻璃相。这种分相现象，对于玻璃的结构和性能，有着重大的影响。对于玻璃的结构和性能，有着重大的影响。可以控制使玻璃分相的析晶种类、大小和数量，可以控制使玻璃分相的析晶种类、大小和数量，从而制得低膨胀或无膨胀的微晶玻璃、电光微晶从而制得低膨胀或无膨胀的微晶玻璃、电光微晶玻璃、乳浊釉玻璃以及其它性能的微晶玻璃玻璃、乳浊釉玻璃以及其它性能的微晶玻璃(另另见微晶玻璃见微晶玻璃)。可以利用分相的化学不

27、均匀性，。可以利用分相的化学不均匀性，经过化学侵蚀，制取雕花玻璃、多孔玻璃、分子经过化学侵蚀，制取雕花玻璃、多孔玻璃、分子筛、高硅氧玻璃等等。透明或不透明的乳白玻璃、筛、高硅氧玻璃等等。透明或不透明的乳白玻璃、滤红玻璃、光致变色玻璃、发光玻璃和磁性玻璃滤红玻璃、光致变色玻璃、发光玻璃和磁性玻璃等也都是分相玻璃的产品。等也都是分相玻璃的产品。531.3.2.4 1.3.2.4 热膨胀热膨胀热膨胀性质在玻璃的成形、退火、热强化处理等热膨胀性质在玻璃的成形、退火、热强化处理等操作中，对工艺条件起很大作用。热膨胀一股用操作中，对工艺条件起很大作用。热膨胀一股用线膨胀系数表示。玻璃的线膨胀系数因组成不同

28、线膨胀系数表示。玻璃的线膨胀系数因组成不同而在而在3010-7-9010-7K-1之间变化。之间变化。热膨胀系数越小，则制品抗热冲击和耐温度循环热膨胀系数越小，则制品抗热冲击和耐温度循环的能力越强。的能力越强。热膨胀系数对玻璃的钢化、退火、加工、封接以热膨胀系数对玻璃的钢化、退火、加工、封接以及光学玻璃、化学仪器玻璃都很重要，还是决定及光学玻璃、化学仪器玻璃都很重要，还是决定玻璃热稳定性的一项重要因素。玻璃热稳定性的一项重要因素。计算玻璃在不同温度下的密度，也要用到热膨胀计算玻璃在不同温度下的密度，也要用到热膨胀系数。系数。541.3.2.5 1.3.2.5 热稳定性热稳定性又称抗热震性或耐热

29、冲击强度指玻璃承受温度又称抗热震性或耐热冲击强度指玻璃承受温度剧变所致的热应力而不炸裂的能力。热应力起因剧变所致的热应力而不炸裂的能力。热应力起因于玻璃中存在的温度梯度和随之而来的不同胀缩。于玻璃中存在的温度梯度和随之而来的不同胀缩。常用玻璃所能承受的最大温度差来表示。热稳定常用玻璃所能承受的最大温度差来表示。热稳定性与玻璃的种类、规格、形状和所受热冲击的情性与玻璃的种类、规格、形状和所受热冲击的情况有关，是玻璃一系列性质况有关，是玻璃一系列性质(热膨胀系数、弹性热膨胀系数、弹性模量、导热系数、密度、抗张强度等模量、导热系数、密度、抗张强度等)的综合表的综合表现。骤冷比骤热更加危险。水冷比空气

30、和油剂的现。骤冷比骤热更加危险。水冷比空气和油剂的冷却更有破坏力。钢化玻璃比退火玻璃具有更高冷却更有破坏力。钢化玻璃比退火玻璃具有更高的热稳定性。的热稳定性。551.3.2.6 1.3.2.6 热导率热导率在室温下，玻璃热导率在室温下，玻璃热导率的变化范围为的变化范围为0.67-1.2lw/(mK)，微晶玻璃的，微晶玻璃的值最高，可达值最高，可达1.7-3.8W(mK)，熔融石英也高达，熔融石英也高达1.38w/(mK)。玻璃的热导率一般随温度升高而升高。玻璃的热导率一般随温度升高而升高。561.3.2.7 1.3.2.7 比热容比热容普通玻璃室温下的定压比热容普通玻璃室温下的定压比热容cp为

31、为837J(kgK)。含较大原子量的元素时，玻璃的比热容就较小；含较大原子量的元素时，玻璃的比热容就较小； cp随温度升高而平稳地增大。随温度升高而平稳地增大。571.3.3 1.3.3 力学性能力学性能1.3.3.11.3.3.1表面张力表面张力玻璃与另一相接触玻璃与另一相接触的相分界面上的相分界面上(一般指空气一般指空气)，在恒温、恒容，在恒温、恒容下增加一个单位表面时所做的功。单位为下增加一个单位表面时所做的功。单位为N/m或或J/m2。表面张力对于玻璃的成形有着重要作用。玻表面张力对于玻璃的成形有着重要作用。玻璃液滴成为球形，玻璃棒、管和纤维容易拉璃液滴成为球形，玻璃棒、管和纤维容易拉

32、成圆形；玻璃的自然表面平整光滑，都是表成圆形；玻璃的自然表面平整光滑，都是表面张力所致。面张力所致。58对于玻璃的熔化、澄清、均化，表面张力起着重对于玻璃的熔化、澄清、均化，表面张力起着重要的作用。玻璃配合料初熔体表面张力较小时，要的作用。玻璃配合料初熔体表面张力较小时，未熔砂粒可以得到较好的润湿和溶解，熔化速度未熔砂粒可以得到较好的润湿和溶解，熔化速度就会提高；反之，熔化速度就会较低，熔体中的就会提高；反之，熔化速度就会较低，熔体中的气泡也不易逸出，故应采取降低表面张力的措施。气泡也不易逸出，故应采取降低表面张力的措施。此外，熔体表面张力不均时，容易产生条纹面难此外，熔体表面张力不均时，容易

33、产生条纹面难以消除。以消除。表面张力随温度的升高而降低，两者几乎成直线表面张力随温度的升高而降低，两者几乎成直线关系。可以认为，当温度提高关系。可以认为，当温度提高100C时，表面张时，表面张力减小力减小1，然而在表面活性组分及一些游离的，然而在表面活性组分及一些游离的氧化物存在的情况下，表面张力能随温度升高而氧化物存在的情况下，表面张力能随温度升高而微微增加。微微增加。591.3.3.2 1.3.3.2 密度密度玻璃的密度随温度升高而下降。一般工业玻玻璃的密度随温度升高而下降。一般工业玻璃，当温度由璃，当温度由20C升高到升高到1300C时，密度下时，密度下降约为降约为6-12、在弹性形变范

34、围内，密度、在弹性形变范围内，密度的下降与玻璃的热膨胀系数有关。的下降与玻璃的热膨胀系数有关。玻璃工厂常用测定密度作为控制玻璃生产的玻璃工厂常用测定密度作为控制玻璃生产的手段。手段。601.3.3.3 1.3.3.3 机械强度机械强度抗压强度抗压强度抗折强度抗折强度抗张强度抗张强度抗冲击强度抗冲击强度玻璃以其抗压强度高、硬度高而得到广泛应玻璃以其抗压强度高、硬度高而得到广泛应用，也因其抗张强度与抗折强度不高，而且用，也因其抗张强度与抗折强度不高，而且脆性大而使其应用受到一定的限制。脆性大而使其应用受到一定的限制。61一般玻璃的抗张和抗弯强度约为一般玻璃的抗张和抗弯强度约为(5-20)l07Pa

35、，抗压强度则约大抗压强度则约大10倍。实际强度所以低，是受玻倍。实际强度所以低，是受玻璃裂纹、杂质以及其它缺陷的影响。同一品种同璃裂纹、杂质以及其它缺陷的影响。同一品种同一规格的玻璃，其强度也在很大范围内变化。风一规格的玻璃，其强度也在很大范围内变化。风化腐蚀可使玻璃强度降低化腐蚀可使玻璃强度降低30。目前常采用的提高玻璃机械强度的方法主要有退目前常采用的提高玻璃机械强度的方法主要有退火、钢化、表面处理与涂层、微晶化与其它材料火、钢化、表面处理与涂层、微晶化与其它材料制成复合材料等。这些方法能使玻璃的强度增加制成复合材料等。这些方法能使玻璃的强度增加几倍甚至几十倍。几倍甚至几十倍。62影响玻璃

36、机械强度的主要因素有：影响玻璃机械强度的主要因素有：(1)化学组成化学组成-石英玻璃的强度最高，含有石英玻璃的强度最高，含有R2+离子的玻璃离子的玻璃强度次之，强度最低的是含有大量强度次之，强度最低的是含有大量R+离子的玻璃。离子的玻璃。 (2)玻璃中的缺陷玻璃中的缺陷-造成内应力，导致玻璃产生微裂纹，造成内应力，导致玻璃产生微裂纹，严重影响玻璃的强度。严重影响玻璃的强度。 (3)温度温度-强度最低值位于强度最低值位于200左右。一般认为，随着温左右。一般认为，随着温度的升高，热起伏现象增加，使缺陷处积聚了更多的应度的升高，热起伏现象增加，使缺陷处积聚了更多的应变能，增加了破裂的几率。当温度高

37、于变能，增加了破裂的几率。当温度高于200时，由于时，由于裂口的钝化缓和了应力集中，从而使玻璃强度增大。裂口的钝化缓和了应力集中，从而使玻璃强度增大。 (4)玻璃中的应力玻璃中的应力-玻璃中的残余应力，特别是分布不均玻璃中的残余应力，特别是分布不均匀的残余应力，使强度大为降低。然而，玻璃进行钢化匀的残余应力，使强度大为降低。然而，玻璃进行钢化后，表面存在压应力，内部存在张应力，而且是有规则后，表面存在压应力，内部存在张应力，而且是有规则的均匀分部，玻璃强度得以提高。的均匀分部，玻璃强度得以提高。631.3.3.4 1.3.3.4 硬度与脆性硬度与脆性硬度是表示物体抵抗其他物体浸入的能力。硬度是

38、表示物体抵抗其他物体浸入的能力。玻璃的硬度决定于化学成分，网络生成体离玻璃的硬度决定于化学成分，网络生成体离子使玻璃具有高硬度，而网络外体离子则使子使玻璃具有高硬度，而网络外体离子则使玻璃使度降低。各种组分对玻璃硬度提高的玻璃使度降低。各种组分对玻璃硬度提高的作用大致为：作用大致为：SiO2B2O3(MgO，ZnO，BaO)A12O3Fe2O3K2ONa2OPbO玻璃的莫氏硬度为玻璃的莫氏硬度为5-7。硬度与切割、研磨、雕刻等加工有关，同时硬度与切割、研磨、雕刻等加工有关，同时也是影响其使用强度和寿命的重要因素。也是影响其使用强度和寿命的重要因素。64玻璃的脆性玻璃的脆性是指当负荷越过玻璃的极

39、限强度是指当负荷越过玻璃的极限强度时立即破裂的特性。通常用它被破坏时所受时立即破裂的特性。通常用它被破坏时所受到的冲击强度来表示。冲击强度的测定值与到的冲击强度来表示。冲击强度的测定值与试样厚度与样品的热历史有关，淬火玻璃的试样厚度与样品的热历史有关，淬火玻璃的强度较退火玻璃大强度较退火玻璃大5-7倍。倍。651.3.3.5 1.3.3.5 透气性透气性玻璃在通常情况下，既不透水，也不泄气。但在玻璃在通常情况下，既不透水，也不泄气。但在用于密封壳体而内外压差较大时，玻璃的透气性用于密封壳体而内外压差较大时，玻璃的透气性就很值得注意。例如，高亮度钨卤灯罩玻璃，要就很值得注意。例如，高亮度钨卤灯罩

40、玻璃，要在高温下长时间保持加压卤蒸汽的压力，就应具在高温下长时间保持加压卤蒸汽的压力，就应具有抵挡气体透泄的优良性能。有抵挡气体透泄的优良性能。表示：表示：透泄常数透泄常数。透泄常数与玻璃的种类和组成、。透泄常数与玻璃的种类和组成、气体的种类以及温度有关。氦是最易透泄的气体，气体的种类以及温度有关。氦是最易透泄的气体，石英玻璃是最易透泄气体的玻璃，在玻璃中添加石英玻璃是最易透泄气体的玻璃，在玻璃中添加网络修改物，可以堵塞网络骨架中的空隙，从而网络修改物，可以堵塞网络骨架中的空隙，从而降低其透泄常数值。降低其透泄常数值。661.3.4 1.3.4 化学稳定性化学稳定性1 1、玻璃表面的侵蚀机理、

41、玻璃表面的侵蚀机理(1)水对玻璃的侵蚀水对玻璃的侵蚀67(2)酸对玻璃侵蚀酸对玻璃侵蚀玻璃具有很强的耐酸性，除氢氟酸外，一般的酸玻璃具有很强的耐酸性，除氢氟酸外，一般的酸都是通过水的作用侵蚀玻璃。都是通过水的作用侵蚀玻璃。酸的浓度大，意味着水的含量低，因此浓酸对玻酸的浓度大，意味着水的含量低，因此浓酸对玻璃的浸蚀作用低于稀酸。璃的浸蚀作用低于稀酸。水对硅酸盐玻璃侵蚀的产物之一是金属氢氧化物，水对硅酸盐玻璃侵蚀的产物之一是金属氢氧化物，这一产物要受到酸的中和。这一产物要受到酸的中和。68(2)酸对玻璃侵蚀酸对玻璃侵蚀中和作用起看两种相反的效果，一是使玻璃和水中和作用起看两种相反的效果，一是使玻璃

42、和水溶液之间的离子交换反应加速进行，从而增加玻溶液之间的离子交换反应加速进行，从而增加玻璃的失重，二是降低溶液的璃的失重，二是降低溶液的pH值，使值，使Si(OH)4的的溶解度减小，从而减小玻璃的失重。溶解度减小，从而减小玻璃的失重。当玻璃中当玻璃中R2O的含量较高时，前一种效果是主要的含量较高时，前一种效果是主要的；反之，当的；反之，当SiO2的含量较高时，后一种效果是的含量较高时，后一种效果是主要的。也就是说，高碱玻璃的耐酸性小于耐水主要的。也就是说，高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃耐酸性大于耐水性。性，而高硅玻璃耐酸性大于耐水性。69(3)碱对玻璃的侵蚀碱对玻璃的侵蚀硅酸盐玻璃一般

43、不耐碱，碱对玻璃的侵蚀是硅酸盐玻璃一般不耐碱，碱对玻璃的侵蚀是同过同过OH-离子破坏硅氧骨架离子破坏硅氧骨架(即即键键)而产生而产生 群，使群，使SiO2溶解在溶液溶解在溶液中。所以在玻璃侵蚀过程中，不形成硅凝胶中。所以在玻璃侵蚀过程中，不形成硅凝胶薄膜，而使玻璃表面层全部脱落，玻璃的侵薄膜，而使玻璃表面层全部脱落，玻璃的侵蚀程度与侵蚀时间成直线关系。蚀程度与侵蚀时间成直线关系。70(4)大气对玻璃的侵蚀大气对玻璃的侵蚀大气对玻璃的侵蚀实质上是水汽、大气对玻璃的侵蚀实质上是水汽、CO2、SO2等对等对玻璃表面侵蚀的总和。玻璃受潮湿大气的侵蚀过程，玻璃表面侵蚀的总和。玻璃受潮湿大气的侵蚀过程，首

44、先开始于玻璃表面的某些离子吸附了大气中的水首先开始于玻璃表面的某些离子吸附了大气中的水分子，这些水分子以分子，这些水分子以OH-离子基团的形式覆盖在玻离子基团的形式覆盖在玻璃表面上，形成一薄层。如果玻璃化学组成中璃表面上，形成一薄层。如果玻璃化学组成中K2O，Na2O和和CaO的含量少，这种薄层形成后就不再发的含量少，这种薄层形成后就不再发展；如果玻璃化学组成中含碱性氧化物较多，则被展；如果玻璃化学组成中含碱性氧化物较多，则被吸附的水膜会变成碱金属氢氧化物的溶液。释出的吸附的水膜会变成碱金属氢氧化物的溶液。释出的碱在玻璃表面不断积累，浓度越来越高，碱在玻璃表面不断积累，浓度越来越高，pH值迅值

45、迅速上升，最后类似于碱对玻璃的侵蚀而使玻璃的侵速上升，最后类似于碱对玻璃的侵蚀而使玻璃的侵蚀加剧。蚀加剧。712 2、影响玻璃化学稳定性的主要因素、影响玻璃化学稳定性的主要因素(1)化学组成的影响化学组成的影响(2)热处理热处理(3)温度温度(4)压力压力7273747576777879801.3.5 1.3.5 玻璃的光学性质玻璃的光学性质 1.3.5.1 反射反射玻璃对光的反射，很大程度上取决于其表面情况、玻璃对光的反射，很大程度上取决于其表面情况、折射率以及入射光的波长和入射角。简单平面的折射率以及入射光的波长和入射角。简单平面的正常入射，反射系数正常入射，反射系数R可用折射率可用折射率

46、n表示：表示：R(n-1)/(n十十1)2。n越大，越大，R也越大，反射损失也越大，反射损失IR也大。一般透明玻璃的折射率也大。一般透明玻璃的折射率n约为约为1.5，光线在，光线在第一界面的反射损失约为第一界面的反射损失约为4%，第二界面的反射，第二界面的反射损失也可近似地按损失也可近似地按4%估算，总的反射损失即为估算，总的反射损失即为8%。为减少反射损失，可在玻璃表面增加低折射率的为减少反射损失，可在玻璃表面增加低折射率的薄膜层，或者进行特殊的表面处理。薄膜层，或者进行特殊的表面处理。811.3.5.2 折射折射玻璃能使入射到其表面的光折射，常用折射率玻璃能使入射到其表面的光折射，常用折射

47、率n来表示：来表示：n=c/v。色散色散折射率随光波长变化的现象折射率随光波长变化的现象。折射率与。折射率与波长的关系曲线，称为色散曲线。一般折射率高波长的关系曲线，称为色散曲线。一般折射率高的玻璃有较大的色散。即折射率越高，色散就越的玻璃有较大的色散。即折射率越高，色散就越随波长的减小而增加。不同玻璃有不同的色散曲随波长的减小而增加。不同玻璃有不同的色散曲线。线。折射率和色散都取决于玻璃的组成和结构。折射折射率和色散都取决于玻璃的组成和结构。折射率一般和玻璃的密度成正比。率一般和玻璃的密度成正比。82温度温度对于折射率产生两种相反的影响：对于折射率产生两种相反的影响：温度升高使光的吸收限向较

48、长波长移动，温度升高使光的吸收限向较长波长移动，因而提高折射率；同时，密度随温升而因而提高折射率；同时，密度随温升而降低，又会减小折射率。降低，又会减小折射率。两种作用的综合，玻璃的折射率在一定两种作用的综合，玻璃的折射率在一定温度下出现一个极小值。温度下出现一个极小值。8384热历史热历史8586能透过可见光的性能是玻璃的最重要性能透过可见光的性能是玻璃的最重要性能能。出射光与入射光之比，称为玻璃的。出射光与入射光之比，称为玻璃的透射率或透过率（透射率或透过率（T）。透射率因玻璃品）。透射率因玻璃品种和波长不同而变化。对于透射性能的种和波长不同而变化。对于透射性能的要求，可以通过选择玻璃类型

49、要求，可以通过选择玻璃类型(硅酸盐、硅酸盐、磷酸盐或硼酸盐磷酸盐或硼酸盐)、调整组成、调配着色、调整组成、调配着色剂、控制熔融温度和冷却制度、进行氧剂、控制熔融温度和冷却制度、进行氧化或还原处理等等办法来达到。化或还原处理等等办法来达到。87吸收指玻璃对光的吸收能力吸收指玻璃对光的吸收能力，是进入玻璃，是进入玻璃第一界面的光线第一界面的光线 I1 和到达第二界面的光线和到达第二界面的光线 I2 之差之差 (I1-I2)，就是厚度为，就是厚度为t的玻璃所吸的玻璃所吸收的光。在恒定条件下，收的光。在恒定条件下，定波长的光通定波长的光通过某种玻璃的光吸收随该种玻璃的厚度而过某种玻璃的光吸收随该种玻璃

50、的厚度而变化。吸收系数随温度和光的波长而变化，变化。吸收系数随温度和光的波长而变化，一般与玻璃的厚度无关。玻璃对光的吸收一般与玻璃的厚度无关。玻璃对光的吸收能力因波长而异。能力因波长而异。88根据原子结构的观点，物质所以能吸收光，根据原子结构的观点，物质所以能吸收光，是由于原子中电子是由于原子中电子(主要是价电子主要是价电子)受到光能受到光能的激发，从能量较低的激发，从能量较低(E1)的的“轨道轨道”跃迁到跃迁到能量较高能量较高(E2)的的“轨道轨道”，亦即从基态跃迁，亦即从基态跃迁到激发态所致。因此，只要基态和激发态之到激发态所致。因此，只要基态和激发态之间的能量差间的能量差(E2-E1)处