功能玻璃材料

功能玻璃材料第一頁，共57頁。

功能玻璃是指與傳統(tǒng)玻璃結(jié)構(gòu)不同的、有某一方面獨(dú)特性能，有專門用途、或者制造工藝有明顯差別的一些新品種“玻璃”。如磁光玻璃的磁--光轉(zhuǎn)換功能、聲光玻璃的聲光特性、導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電性、記憶玻璃的記憶特性等。2第二頁，共57頁。

新型功能玻璃與通常玻璃相比具有許多明顯的特征，主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：(1)玻璃化方面；(2)成型方面；(3)在加工方面；(4)在用途方面。3第三頁，共57頁。(1)玻璃化方面

通常玻璃是在大氣中進(jìn)行熔融而制得的，而新型功能玻璃是采用超急冷法、溶膠--凝膠法、PVD法、CVD法以及特種氣氛等方法而制得的；

(2)成型方面

通常玻璃主要產(chǎn)品是板材、管材、成瓶、成纖等，而新型功能玻璃則是微粉末、薄膜、纖維狀等；4第四頁，共57頁。(3)在加工方面

通常玻璃采用燒制、研磨、急冷強(qiáng)化等方法，而新型功能玻璃則采用結(jié)晶化、離子交換法、分子濺射、分相、微細(xì)加工技術(shù)等；(4)在用途方面

通常玻璃主要用于建筑、容器、光學(xué)制品等，而新型功能玻璃主要用于光電子、光信息情報(bào)處理、傳感顯示、精密機(jī)械以及生物工程等領(lǐng)域。5第五頁，共57頁。

按照玻璃的功能可劃分為：

微晶玻璃、光導(dǎo)纖維玻璃、激光玻璃、光色玻璃、半導(dǎo)體玻璃、非線性光學(xué)玻璃、磁功能玻璃、生物玻璃、機(jī)械功能玻璃以及功能玻璃薄膜等。6第六頁，共57頁。第一節(jié)微晶玻璃CrystoeandNeoparies將加有成核劑的特定組成的基礎(chǔ)玻璃，在一定溫度下熱處理后，就會(huì)變成具有微晶體和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料，又稱玻璃陶瓷。它既有玻璃的基本性能，也有陶瓷多晶體的特征，集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于天石材和陶瓷

。7第七頁，共57頁。

微晶玻璃的發(fā)現(xiàn)是玻璃材料發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑，它大大地豐富了玻璃結(jié)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容，同時(shí)也開發(fā)了數(shù)以千計(jì)的微晶玻璃新材料。

微晶玻璃作為先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料和高性能功能材料，在國(guó)防、運(yùn)輸、建筑、生產(chǎn)、科研及生活等領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。8第八頁，共57頁。微晶玻璃按照用途分為，餐具微晶玻璃、航天微晶玻璃、建筑微晶玻璃和生物微晶玻璃等。微晶玻璃按基礎(chǔ)玻璃組成一般可分為硅酸鹽系統(tǒng)、鋁硅酸鹽系統(tǒng)、硼硅酸鹽系統(tǒng)、硼酸鹽系統(tǒng)及磷酸鹽系統(tǒng)等五大類；

微晶玻璃的分類

9第九頁，共57頁。

微晶玻璃的應(yīng)用由于微晶玻璃具有許多優(yōu)良的性能，如密度小、質(zhì)地致密、沒有氣孔、不透水、不透氣、軟化溫度高、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度及硬度高、電學(xué)性能優(yōu)良等，因此在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。10第十頁，共57頁。1．微晶玻璃裝飾板材(1)耐候性好，抗污染。而微晶玻璃板材則具有永不吸水特點(diǎn)，其豪華外觀不易受雨雪、風(fēng)沙氣候等污染及侵蝕，能全天候永保建筑物亮麗、壯觀的色彩和光澤。11第十一頁，共57頁。(2)亮麗多彩的色調(diào)優(yōu)于天然石材

微晶玻璃裝飾板材可以通過工藝控制手段，生產(chǎn)出各種顏色色調(diào)及圖案，它經(jīng)過精良的磨拋工藝處理后，還可以產(chǎn)生不同質(zhì)感的效果。(3)優(yōu)良的機(jī)械、化學(xué)穩(wěn)定性可確保安全性(4)易于加工成各種規(guī)格，又有良好環(huán)保性能12第十二頁，共57頁。2．微晶玻璃墻體材料

微晶玻璃制品形狀和尺寸精度較高，且能生產(chǎn)大規(guī)模的制品，用作建筑砌塊、建筑隔墻，可以滿足輕質(zhì)高強(qiáng)的要求，同時(shí)還具有隔斷靈活，施工操作方便等優(yōu)點(diǎn)。3．微晶玻璃屋面與地面材料將微晶玻璃板用作建筑物的地板覆蓋材料，可以減少其底下防水層的數(shù)量，減少填縫材料的消耗，在某些情況下，甚至可以不用防水層。13第十三頁，共57頁。4．其他材料

微晶玻璃可以用來代替普通陶瓷、耐酸陶瓷、鑄石、石棉水泥制品和一些建筑塑料，且經(jīng)濟(jì)效果更好。CookingPotstand1200oCglass-ceramicstove14第十四頁，共57頁。第二節(jié)光導(dǎo)纖維玻璃

由于光纖通信具有容量大、質(zhì)量高、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，目前，光纜已逐漸取代了由金屬構(gòu)成的明線和電纜，成為承載電話、傳真、圖像、數(shù)據(jù)等各類通信業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。

玻璃光導(dǎo)纖維是重要的高科技纖維之一，它已成為現(xiàn)代光通信領(lǐng)域不可缺少的纖維材料。15第十五頁，共57頁?，F(xiàn)在，由玻璃光纖制成的海底光纜已把世界各大洲的通信緊密連在一起，這對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展將起著不可估量的作用。海底光纜結(jié)構(gòu)亞歐海底光纜海底線纜經(jīng)常會(huì)結(jié)上厚厚的海底衍生物16第十六頁，共57頁。玻璃光纜除在通信領(lǐng)域中使用之外，在非通信領(lǐng)域中應(yīng)用的發(fā)展速度也很快，其中包括光和圖像傳輸、功率傳輸、傳感器、汽車工業(yè)以及軍事工業(yè)等。17第十七頁，共57頁。

光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)可把光從一端獨(dú)立地傳遞到它的另一端，因而將多根光導(dǎo)纖維規(guī)則地排列成長(zhǎng)束狀元件，就能用于光或像的彎曲傳遞。18第十八頁，共57頁。

玻璃是制造光導(dǎo)纖維的基本材料，制造光導(dǎo)纖維的玻璃有特定的要求，它必須有高度的光學(xué)均勻性和透明性，滿足一定光學(xué)常數(shù)要求，良好的化學(xué)穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度等，因而制造光導(dǎo)纖維的玻璃形成了新型玻璃材料的一個(gè)重要區(qū)域。19第十九頁，共57頁。光導(dǎo)纖維的新應(yīng)用

非通信光纖的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，歸納起來，其功能性應(yīng)用在以下三方面，即傳光、傳像和傳感等。20第二十頁，共57頁。

(1)光纖照明

光纖照明是由光源、光纖和光輸出元件三要素構(gòu)成的組合系統(tǒng)，其基本特征是光源可以放置在遠(yuǎn)離被照明區(qū)域的其他地方。因此，特別適用于物體內(nèi)部和易燃、易爆等危險(xiǎn)環(huán)境照明及游泳池、噴泉等潮濕場(chǎng)合的照明。21第二十一頁，共57頁。

光纖照明也常被用于工業(yè)領(lǐng)域的特殊照明。22第二十二頁，共57頁。光纖裝飾色彩鮮艷，視角開闊；線性纖維柔軟、亮麗。被廣泛用于商品展示、廣告標(biāo)志、娛樂場(chǎng)所、建筑物等方而的裝飾。(2)光纖裝飾

也可用來制作各種光纖工藝品，如壁畫、光纖花籃、插花、工藝燈等。23第二十三頁，共57頁。(3)醫(yī)用光纖

光纖的彎曲靈活性和傳輸高亮度冷光的優(yōu)點(diǎn)，使得它在冷光乳腺檢查儀、牙固化機(jī)、外科、婦科、五官科等手術(shù)器械上得到了充分應(yīng)用。24第二十四頁，共57頁。2．傳像

柔性傳像束主要用于制造各種醫(yī)療內(nèi)窺鏡、工業(yè)內(nèi)窺鏡及內(nèi)窺監(jiān)控儀器。

柔性傳像束的可繞性強(qiáng)，自由度大，比較容易實(shí)現(xiàn)一米以上較長(zhǎng)光路的結(jié)構(gòu)需要。與傳統(tǒng)光學(xué)透鏡光路比較，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、不需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此被廣泛用于航空、航天、汽車制造、工農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油化工、電子、建筑、鋼鐵、軍事等領(lǐng)域。25第二十五頁，共57頁。3．傳感

光纖傳感技術(shù)是一個(gè)新應(yīng)用領(lǐng)域。由于光纖傳感技術(shù)是用光纖而不用金屬導(dǎo)線來傳遞敏感信息，因此它同時(shí)具有光學(xué)測(cè)量和光纖傳輸?shù)囊恍﹥?yōu)點(diǎn)。26第二十六頁，共57頁。目前研制較多的光纖傳感器有光纖溫度傳感器、應(yīng)力應(yīng)變光纖傳感器、光纖陀螺、光纖加速度計(jì)、光纖水聽器、光纖機(jī)械操縱系統(tǒng)、遙測(cè)遙感光纖網(wǎng)、光纖激光告警傳感器、光纖延遲線等。光纖陀螺聲音監(jiān)控器激光告警系統(tǒng)27第二十七頁，共57頁。第三節(jié)激光玻璃

激光是由激光器發(fā)出的具有高亮度、單色性和相干性很好的光束。

激光是通過光、電或化學(xué)激發(fā)，使工作物質(zhì)中的激活中心處于高能態(tài)，達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，出現(xiàn)受激發(fā)射形成特定波長(zhǎng)光的放大而產(chǎn)生的。28第二十八頁，共57頁。在1960年第一臺(tái)激光器問世后，第二年就出現(xiàn)了激光玻璃。隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展，激光玻璃也越來越受到人們的重視。29第二十九頁，共57頁。

激光玻璃的基質(zhì)材料是玻璃，由于玻璃的化學(xué)組成可以在很寬的范圍內(nèi)改變，可以制備出各種性質(zhì)不同的激光玻璃；玻璃具有優(yōu)良的光學(xué)均勻性、高透明度等特點(diǎn)，以及相比于晶體來說，玻璃容易制備，可任意成形為大口徑激光棒或激光圓盤另外，玻璃中摻入的激活離子的種類和數(shù)量限制較小，因此國(guó)內(nèi)外均給予激光玻璃高度重視。30第三十頁，共57頁。作為激光的基礎(chǔ)玻璃，大多采用光學(xué)玻璃，例如鋇冕、硬冕和磷冕等牌號(hào)。通常Nd2O3的適宜含量為3％~5％。Nd3＋在大部分玻璃系統(tǒng)中部獲得了受激發(fā)射，但能滿足各項(xiàng)要求有實(shí)用意義的只有硅酸鹽、硼酸鹽及磷酸鹽系統(tǒng)。31第三十一頁，共57頁。

五、激光玻璃的應(yīng)用利用激光玻璃優(yōu)良的單色性，可作為分光光度計(jì)的光源；利用激光玻璃高度的定向性和相干性，能將它發(fā)射到非常遙遠(yuǎn)的空間，廣泛用于激光定向和激光測(cè)距。32第三十二頁，共57頁。由于激光束可以聚焦成極小的“一點(diǎn)”，能量密度極高，可用來進(jìn)行激光核聚變反應(yīng)和激光打孔、激光點(diǎn)焊等精密加工以及外科手術(shù)。33第三十三頁，共57頁。另外，配合光導(dǎo)纖維傳輸?shù)募す馔ㄓ嵳找媸艿绞澜绺鲊?guó)的重視。

激光玻璃由于容易獲得均質(zhì)大塊材料，而且便于成型加工，大有發(fā)展前途。34第三十四頁，共57頁。第四節(jié)光色玻璃

物質(zhì)在觸及到光或者被光遮斷時(shí)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其中的部分吸收光譜發(fā)生改變。35第三十五頁，共57頁。當(dāng)受紫外線或日光照射時(shí)，由于玻璃在可見光區(qū)產(chǎn)生光吸收而自動(dòng)變色；當(dāng)光照停止時(shí)，玻璃能可逆地自動(dòng)恢復(fù)到初始的透明狀態(tài)。具有這種性質(zhì)的玻璃稱為光致變色玻璃(也稱光色玻璃)。36第三十六頁，共57頁。許多有機(jī)物、無機(jī)物有光致變色性能，但是光色玻璃優(yōu)于其他光色材料。例如，光色玻璃可以長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)變色而無疲勞(老化)現(xiàn)象，而且機(jī)械強(qiáng)度好，化學(xué)穩(wěn)定性好，制備簡(jiǎn)單，可獲得穩(wěn)定的、形狀復(fù)雜的制品。37第三十七頁，共57頁。

光色玻璃大致可以分為三類：摻Ce3+或Eu3+的高純度堿硅酸鹽玻璃；含鹵化銀或鹵化鉈的玻璃；由于玻璃結(jié)構(gòu)的缺陷而變成色心的還原硅酸鹽玻璃。目前，研究較多的主要有兩種：一種是采用含鹵化銀的堿鋁硼酸鹽玻璃；另一種采用含鹵化銀的硼酸鹽玻璃及磷酸鹽玻璃等。38第三十八頁，共57頁。四、光色玻璃的應(yīng)用光色玻璃因?yàn)榫哂凶儼祻?fù)明的光色性，在科學(xué)技術(shù)和人民生活中有著廣泛的用途。光色玻璃除已廣泛用作制造“太陽眼鏡”外，在其他各個(gè)領(lǐng)域中也不斷地進(jìn)行開發(fā)。39第三十九頁，共57頁。作為圖像記錄、全息照相材料的應(yīng)用，光色玻璃是合適的材料；作為情報(bào)貯存、光記憶在顯示裝置的元件中的應(yīng)用，光色玻璃的光色性是十分有價(jià)值的；40第四十頁，共57頁。

在熱帶地區(qū)，光色玻璃作為汽車保護(hù)玻璃及建筑物的自動(dòng)調(diào)光窗玻璃；

光色玻璃制成光學(xué)纖維面板也可以用于計(jì)算技術(shù)和顯示技術(shù)。41第四十一頁，共57頁。第五節(jié)半導(dǎo)體玻璃

半導(dǎo)體玻璃的制造方法與普通玻璃相似，只是在制造普通玻璃的原料中按一定比例加入一些其他元素化合物，把原料加熱熔化后再冷卻，即可制得各種不同用途的半導(dǎo)體玻璃。

半導(dǎo)體玻璃實(shí)際上應(yīng)稱為玻璃半導(dǎo)體，它的應(yīng)用是基于一些玻璃的半導(dǎo)體特性。42第四十二頁，共57頁。半導(dǎo)體玻璃具有開關(guān)、存儲(chǔ)、整流、光敏熱敏、二次電子發(fā)射等多種功能，可以制作電子線路溫度補(bǔ)償用敏感元件、紅外檢測(cè)器、測(cè)定高壓用敏感元件、攝像管靶子、三極管、聲光偏轉(zhuǎn)器、光敏元件等。43第四十三頁，共57頁。玻璃半導(dǎo)體的應(yīng)用玻璃半導(dǎo)體除有開關(guān)和記憶效應(yīng)外，還有光導(dǎo)、光敏、熱敏、整流、二次電子發(fā)射以及透紅外等性能，并有相應(yīng)的用途如下表所示：半導(dǎo)體玻璃布大型電解槽內(nèi)防暈材料熱敏玻璃紅外玻璃44第四十四頁，共57頁。玻璃半導(dǎo)體的應(yīng)用45第四十五頁，共57頁。

玻璃半導(dǎo)體除了具有上述的應(yīng)用外，硫系玻璃薄膜還具有一定的特殊用途。即，它在一定能量的激光照射下，結(jié)構(gòu)通常會(huì)發(fā)生變化。如果控制激光照射的能量，就可獲得結(jié)構(gòu)的可逆轉(zhuǎn)變。46第四十六頁，共57頁。利用玻璃薄膜在兩種結(jié)構(gòu)狀態(tài)下對(duì)光的透射、反射和衍射性能上的敏銳變化，可制成光存貯材料。由于激光點(diǎn)的尺寸很小，因此能得到高密度、大容量的光存貯器和激光全息記錄介質(zhì)。47第四十七頁，共57頁。第六節(jié)生物玻璃生物玻璃是指能夠滿足或達(dá)到特定生物、生理功能的特種玻璃。把易降解的玻璃材料植入生物體內(nèi)，使其作為骨骸和牙齒代替物，從而開創(chuàng)了一個(gè)嶄新的生物材料研究領(lǐng)域--生物玻璃和生物微晶玻璃材料。48第四十八頁，共57頁。

生物玻璃的研究已有40年的歷史，現(xiàn)已成為材料學(xué)、生物化學(xué)以及分子生物學(xué)的交叉學(xué)科。由于生物玻璃具有人體軟、硬生命組織有機(jī)聯(lián)結(jié)的特點(diǎn)，在骨科、牙科、中耳等方面，可對(duì)人體的傷害部位進(jìn)行維護(hù)治療，其前景可觀。49第四十九頁，共57頁。

生物玻璃主要是由Si、Na、Ca以及P的氧化物組成。目前，具有生物活性的玻璃已有一系列組成，并且人們對(duì)這些系列玻璃已積累了大量的模擬人體溶液實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。50第五十頁，共57頁。1．具有磁記錄特性及光磁特性的功能玻璃DVD-RAM四、其他新型玻璃的應(yīng)用無源磁光玻璃型電子式電流互感器51第五十一頁，共57頁。

2．載體用功能玻璃

玻璃的分相現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)得比較早，但其性質(zhì)和應(yīng)用開發(fā)的研究開展得比較晚，多孔玻璃就是利用玻璃的分相原理制得的。將Na