无机非金属材料学课程VIP免费

第1页共20页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共20页无机非金属材料学第一章玻璃材料第一节概述一、玻璃的种类和特性1、玻璃的概念1）狭义上：玻璃是无机非晶态固体。2）广义上：玻璃是非晶态固体。2、玻璃的广泛应用及其原因1）应用广泛重要：涉及各领域、各个角落，现代社会中不可或缺，并被广泛依赖。没有玻璃的世界是黑暗落后和愚昧的。2）广泛应用的原因：a、性能优异，能满足不同使用要求；b、易加工成各种大小和形状；c、性质容易调整，以适应不同需求；d、原料丰富、价廉、成本低。3、玻璃的分类1）按玻璃的主要组成氧化物不同来分a、Na-Ca-Si玻璃b、B-Si玻璃c、Pb-Ba玻璃d、其他种类2）按用途不同来分a、建筑玻璃b、日用玻璃：瓶罐玻璃；仪器玻璃；器皿玻璃；保温容器玻璃；艺术玻璃c、玻璃纤维d、光学玻璃e、特种玻璃4、玻璃材料的发展历史1）天然玻璃的历史早在二千万到六千万年前地球上就已经出现天然玻璃，按其形成原因可分为两类：a、黑曜岩：由岩浆喷发而形成。b、雷公石：由陨石坠落而形成天然玻璃被人们用来做工具或装饰品。人工玻璃的历史a、一般认为，五千多年前，古埃及人首先制造出了玻璃材料。主要是钠钙硅玻璃。第2页共20页第1页共20页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共20页b、公元一世纪左右，罗马人发明了吹制工艺。c、十一到十五世纪，玻璃制造中心在威尼斯。d、十六世纪后，玻璃制造工艺传播发展。e、二十世纪以来，玻璃工艺成为专门学科，工艺自动化程度越来越高，新品种层出不穷。中国在西周时代开始制造玻璃，主要是铅晶质玻璃。g、玻璃一词来源于古梵文spotika.h、民国期间，建立建立机械化玻璃厂生产窗玻璃和瓶罐玻璃（淄博、上海）。i、新中国成立特别是改革开放以后，发展迅速，但水平有待提高。j、山东玻璃工业历史与发展。5、玻璃态物质的特性1）各向同性：任何方向的物理化学性质都相同。2）无固定熔点。3）亚稳性：相比其晶态内能较高，有结晶倾向。4）性质变化的连续性和可逆性。二、硅酸盐玻璃的组成与结构1、硅酸盐玻璃的组成硅酸盐玻璃是以SiO2为主要成分的玻璃。普通的硅酸盐玻璃的化学组成一般是在Na2O-CaO-SiO2三元系统的基础上适量引入B2O3、Al2O3、MgO、BaO、ZnO、PbO、K2O及Li2O等以改善玻璃的性能，防止析晶及降低熔化温度。根据各种氧化物在玻璃结构中所起的作用不同，可将其分为三类：1）玻璃形成体：能单独生成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系。如SiO2、B2O3等。2）玻璃外体：不能单独生成玻璃，一般处于网络之外，调节玻璃结构。如Na2O、CaO、BaO、K2O及Li2O等。3）玻璃中间体：一般不能单独生成玻璃，作用介于以上两种氧化物之间。如MgO、ZnO、Al2O3等。2、玻璃结构由于玻璃微观结构的复杂性以及研究手段的局限性，对于玻璃结构至今尚未有一个完全一致的结论。主要结构学说有晶子学说、无规则网络学说、聚合物学说等。比较公认的主要是前两种。这两种主要学说的要点如下：1）晶子学说：认为玻璃中有无数晶子。晶子是具有晶格变形的微小的有序排列区，晶子分散在无定形介质中，从晶子到无定形部分是逐渐过渡的，两者之间无明显界限。这种学说主要强调玻璃结构的有序性、不均匀性和不连续性。这种学说首先有列别捷夫提出，并被X-射线结构分析证实。可以解释玻璃的析晶现象。2）无规则网络学说：认为石英玻璃是以硅氧四面体为基本结构单元，相互连接成为三度空间的网络，但硅氧四面体的排列是无序的，缺乏对称性和周期性的重复。这种学说主要强调玻璃结构的的无序性、均匀性和连续性。首先由查哈里阿森提出，也被X-射线分析证实，可以解释玻璃各向同性等性能。综合这两种学说，可以认为，在宏观上玻璃结构表现为无序、连续和均匀性；而在微观上表现为有序、不连续和不均匀。或者说玻璃具有长程无序和短程有序的结构特点。3）结构实例a、石英玻璃结构：基本结构单元为硅氧四面体，它们之间以顶角相连形成三维无规则网络。第3页共20页第2页共20页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共20页有序区大约为7~8°埃。由...