玻璃的化學性能、電學和磁學

1、第第6章章 玻璃的化學穩(wěn)定性玻璃的化學穩(wěn)定性 玻璃制品在使用過程中要受到水、酸、堿、玻璃制品在使用過程中要受到水、酸、堿、 鹽、氣體和各種化學試劑和藥液的侵蝕，玻璃對鹽、氣體和各種化學試劑和藥液的侵蝕，玻璃對 這些侵蝕的抵抗能力稱為玻璃的化學穩(wěn)定性。這些侵蝕的抵抗能力稱為玻璃的化學穩(wěn)定性。 6.1 玻璃的侵蝕機理 水 酸 堿 大氣 H2O SiO Na H OH SiOH NaOH SiOH H2O 2 3 SiOHOH OH OH Si(OH)4 + NaOH = Si(OH)3O-Na+ + H2O 電離度低于NaOH，促進反應1，2的進行 H半徑遠小于半徑遠小于Na，網，網 絡結構變疏松

2、，絡結構變疏松， 產生破壞的第一步產生破壞的第一步 SiO Na H OH SiOH NaOH SiOH H2O 2 3 SiOHOH OH OH Si(OH)4 + NaOH = Si(OH)3O-Na+ + H2O 在酸中的溶解速度減小，降低反在酸中的溶解速度減小，降低反 應應3進行的速度，高硅玻璃影響大進行的速度，高硅玻璃影響大 H濃度比在水中的大很多，增加反濃度比在水中的大很多，增加反 應應1進行的速度，高堿玻璃影響大進行的速度，高堿玻璃影響大 酸酸：通過水對玻璃起侵蝕作用通過水對玻璃起侵蝕作用 OH SiOH SiOH H2O 2 3 SiOHOH OH OH Si(OH)4 + N

3、aOH = Si(OH)3O-Na+ + H2O 此時的此時的NaOH不僅是由反應不僅是由反應1離子交換離子交換 而得，而是包圍玻璃的大量侵蝕介質而得，而是包圍玻璃的大量侵蝕介質 堿堿：不僅對網絡外體起作用，而是直接破壞硅氧骨架不僅對網絡外體起作用，而是直接破壞硅氧骨架 SiOSi SiO 橋氧橋氧 非橋氧非橋氧 大氣對玻璃的侵蝕機理 水膜水膜 SiO Na H OH SiOH NaOH NaOH Na 以離子交換為主的釋堿過程 類似堿液對玻類似堿液對玻 璃骨架的侵蝕璃骨架的侵蝕 Na Na Na Na 6.2 影響玻璃化學穩(wěn)定性的因素 化學組成 熱處理歷史 表面狀態(tài) 溫度和壓力 硅氧四面體相

4、互連接硅氧四面體相互連接 的程度越大，則化學的程度越大，則化學 穩(wěn)定性越高穩(wěn)定性越高 三價三價 二價二價 一價一價 退火與淬火玻璃退火與淬火玻璃 退火的氣氛退火的氣氛 退火過程中發(fā)生分相退火過程中發(fā)生分相 （1）從玻璃表面移除能降低玻）從玻璃表面移除能降低玻 璃表面化學穩(wěn)定性的氧化物；璃表面化學穩(wěn)定性的氧化物； （2）進行表面涂層）進行表面涂層 6.3 特殊的侵蝕情況 脫片 生物發(fā)霉 金屬蒸氣 原生脫片原生脫片表面層中可溶性成分表面層中可溶性成分 溶出后，不溶性高硅氧殘存薄膜剝溶出后，不溶性高硅氧殘存薄膜剝 離離 次生脫片次生脫片原溶液中存在的多價原溶液中存在的多價 金屬離子在玻璃表面形成含水

5、硅酸金屬離子在玻璃表面形成含水硅酸 鹽薄膜后剝離鹽薄膜后剝離 SiO Na H OH SiOH NaOH NaOH 有機物 有機鹽類有機鹽類 在玻璃組成中引入少量抑菌金屬離子在玻璃組成中引入少量抑菌金屬離子 在玻璃表面涂覆殺菌劑在玻璃表面涂覆殺菌劑 6.4 化學穩(wěn)定性的測定方法 粉末法粉末法 將一定顆粒度的玻璃粉末在水、酸、堿等溶液中將一定顆粒度的玻璃粉末在水、酸、堿等溶液中 進行侵蝕，最后以粉末損失的重量或酸、堿滴定測出轉進行侵蝕，最后以粉末損失的重量或酸、堿滴定測出轉 移到溶液中的成分含量來表示。移到溶液中的成分含量來表示。 表面法表面法 用單位面積的析堿量或失重來表示玻璃受侵蝕的程用單位

6、面積的析堿量或失重來表示玻璃受侵蝕的程 度。度。 第7章 玻璃的電學及磁學性質 7.1 玻璃的導電性 導電，載電體的定向運動。因此，溫度越導電，載電體的定向運動。因此，溫度越 高，導電性越高高，導電性越高 機理機理 一般硅酸鹽玻璃為一般硅酸鹽玻璃為離子導電離子導電（離子能動度）（離子能動度） 某些過渡元素氧化物玻璃及硫屬化合物半導某些過渡元素氧化物玻璃及硫屬化合物半導 體玻璃則具有體玻璃則具有電子導電電子導電特性（電子能動度）特性（電子能動度） 玻璃的電導率玻璃的電導率 表示固體通過電流的能力。其大小由帶電表示固體通過電流的能力。其大小由帶電 粒子濃度和他們的遷移能力所決定。粒子濃度和他們的遷

7、移能力所決定。 電導率與組成的關系電導率與組成的關系（網絡結構的緊密性，離子（網絡結構的緊密性，離子 活動對空間的要求）活動對空間的要求） 電導率與溫度的關系電導率與溫度的關系（Tg溫度的變化）溫度的變化） 電導率與熱處理的關系電導率與熱處理的關系（退火、淬火、析晶、分（退火、淬火、析晶、分 相）相） 補網作用補網作用 AlO4體積體積SiO4 AlO6填充網絡空隙填充網絡空隙 玻璃的表面電導率 指在邊長為1cm的正方形玻璃，在其相對兩邊上測得的電 導率。 組成 堿金屬 二價、三價金屬 B2O3、Fe2O3 濕度 溫度 表面狀態(tài) 7.2 玻璃的介電性 介電常數介電常數表征電介質在外電場作用下極

8、化表征電介質在外電場作用下極化 的程度。的程度。 組成、溫度、電場頻率組成、溫度、電場頻率 極化率大，鍵能小，遷移率大，極化率大，鍵能小，遷移率大， 則介電常數大則介電常數大 溫度升高，極化率影響不大，但會溫度升高，極化率影響不大，但會 增加離子遷移率，使介電常數增大增加離子遷移率，使介電常數增大 外電場頻率越高，離子沿電場方向來不外電場頻率越高，離子沿電場方向來不 及移動，因此，介電常數越低及移動，因此，介電常數越低 介電損耗 在一定頻率的交流電壓的作用下，電介質材在一定頻率的交流電壓的作用下，電介質材 料由于極化或吸收現象使部分電能轉化為熱能而料由于極化或吸收現象使部分電能轉化為熱能而 損

9、耗損耗 電導損耗電導損耗 松弛損耗松弛損耗 結構損耗結構損耗 共振損耗共振損耗 由網絡外體離子沿電場方向移動而由網絡外體離子沿電場方向移動而 產生。受電場頻率、溫度影響產生。受電場頻率、溫度影響 由網絡外體離子在一定勢壘間移動由網絡外體離子在一定勢壘間移動 而產生的。一般發(fā)生在較高頻率處而產生的。一般發(fā)生在較高頻率處 玻璃網絡松弛造成，屬松弛損耗的一種玻璃網絡松弛造成，屬松弛損耗的一種 由網絡外體離子或網絡形成體的本由網絡外體離子或網絡形成體的本 征振動吸收能量而產生。征振動吸收能量而產生。 介電強度 當施加于電介質的電壓超過某一臨界值時，介質中的電當施加于電介質的電壓超過某一臨界值時，介質中

10、的電 流突然增大，這一現象稱為電擊穿。發(fā)生電擊穿的電壓，稱流突然增大，這一現象稱為電擊穿。發(fā)生電擊穿的電壓，稱 為電介質的為電介質的耐擊穿強度耐擊穿強度，即介電強度。，即介電強度。 擊穿機理擊穿機理 熱擊穿熱擊穿 電子擊穿電子擊穿 電化學擊穿電化學擊穿 玻璃受電流所產生的熱量而加熱，以致材料局玻璃受電流所產生的熱量而加熱，以致材料局 部發(fā)生熱破壞，甚至熔化，導致電阻降低部發(fā)生熱破壞，甚至熔化，導致電阻降低 由于電壓直接加速了物質內部電子對其它原子由于電壓直接加速了物質內部電子對其它原子 的沖擊，從而激發(fā)更多的電子從價帶躍遷到導的沖擊，從而激發(fā)更多的電子從價帶躍遷到導 帶，最后引起帶，最后引起電子雪崩電子雪崩而擊穿而擊穿 玻璃長時間停留在電場中，使組成結構破壞，玻璃長時間停留在電場中，使組成結構破壞， 產生不可逆轉的化學變化，改變了電極附近的產生不可逆轉的化學變化，改變了電極附近的 化學成分。結構使得玻璃中的電場變得不均勻化學成分。結構使得玻璃中的電場變得不均勻 甚至產生巨大的應力而被擊穿破裂。甚至產生巨大的應力而被擊穿破裂。 7.3 玻璃的半導體性 半導體電阻率半導體電阻率1011011m N型（電子導電）、型（電子導電）、p型（空穴導電）型（空穴導電） 半導體玻璃種類：半導體玻璃種類： （1）含有多價過渡元素的玻璃（）含有多價過渡元素的玻璃（V、Fe、