無機(jī)材料合成與工藝 課件 第一章

無機(jī)材料合成與工藝課件第一章材料是人類生活中可以利用的物質(zhì)實(shí)體，也是經(jīng)過人類加工的原料，兩要素：經(jīng)人類加工過的；可以為人類所利用的。材料也是人類工具的重要要素；每一種新材料的發(fā)現(xiàn)、開發(fā)與應(yīng)用，是人類文明和進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志。要獲得這些材料，最關(guān)鍵的是制備材料。如何制備材料？原理、過程及設(shè)備？如何將它們組合起來？本課程，就是同大家一道，學(xué)習(xí)研究材料的制備原理及工藝方法。材料的分類及特點(diǎn)先進(jìn)無機(jī)非金屬材料新型玻璃先進(jìn)陶瓷復(fù)合材料納米材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料玻璃陶瓷水泥耐火材料使用效能性能組成與結(jié)構(gòu)合成與制備工藝本課程教學(xué)重點(diǎn)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)和工藝原理及方法。結(jié)構(gòu)，工藝和性能間的相互聯(lián)系傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料的工業(yè)生產(chǎn)過程和基本生產(chǎn)參數(shù)。無機(jī)材料制備工藝的最新發(fā)展情況本課程主要參考書目1.《無機(jī)非金屬材料工學(xué)》，林宗壽，武漢工業(yè)大學(xué)出版社。2.《陶瓷材料學(xué)》,周玉，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社。3.《現(xiàn)代無機(jī)非金屬材料工藝學(xué)》，施劍林，吉林科學(xué)技術(shù)出版社。4.《無機(jī)合成與制備化學(xué)》，徐如人、龐文琴等編寫，高等教育出版社。5.《新型無機(jī)材料》，楊華明、宋曉嵐、金勝明等，化學(xué)工業(yè)出版社。6.《無機(jī)非金屬材料工藝原理》，姜建華，化學(xué)工業(yè)出版社。7.《新型功能材料設(shè)計(jì)與制備工藝》，趙九蓬，李垚，劉麗編，化學(xué)工業(yè)出版社?？己朔椒ǎ洪]卷考試第一篇玻璃工藝學(xué)玻璃是由什么構(gòu)成的？怎么生產(chǎn)出來的？性質(zhì)上為什么有這么多不同？廣義：一種具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的固體材料。狹義：從高溫熔體中冷卻，在室溫下還保持熔體結(jié)構(gòu)的固體材料，又稱過冷液體。玻璃的定義按工藝：浮法玻璃、垂直引上玻璃、壓延玻璃等按成分：硅酸鹽玻璃，硼酸鹽玻璃，鋁酸鹽玻璃，磷酸鹽玻璃等玻璃的分類按用途：平板玻璃(建筑、日用玻璃)、光學(xué)玻璃、器皿玻璃、工藝玻璃，激光玻璃等第一章玻璃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)玻璃的通性和結(jié)構(gòu)第二節(jié)玻璃的生成規(guī)律及其相變第三節(jié)玻璃的性質(zhì)熱力學(xué)條件動(dòng)力學(xué)條件玻璃的粘度玻璃的力學(xué)性能玻璃的熱學(xué)性能玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性玻璃的光學(xué)性能本章教學(xué)內(nèi)容掌握：玻璃的通性和結(jié)構(gòu)，粘度和表面張力的概念玻璃的力學(xué)性質(zhì)，熱學(xué)性質(zhì)及影響因素；熟悉：玻璃生成的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的條件；粘度、表面張力的影響因素；玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、光學(xué)性能及影響因素；

了解：玻璃結(jié)構(gòu)的假說，玻璃相變規(guī)律，粘度的近似計(jì)算本章教學(xué)目標(biāo)第一節(jié)玻璃的結(jié)構(gòu)玻璃各向同性無固定熔點(diǎn)介穩(wěn)性性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性1.1玻璃的通性掌握涂有石蠟的玻璃板涂有石蠟的云母板1.各向同性2.無固定熔點(diǎn)圖1圖23.介穩(wěn)性玻璃具有析晶不穩(wěn)定性與析晶困難而相對(duì)穩(wěn)定的統(tǒng)一4.性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性

熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)是漸變的、可逆的。由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，物理、化學(xué)性質(zhì)連續(xù)變化。

VUTfTgTTm慢冷快冷析晶

Tg—玻璃轉(zhuǎn)變溫度

Tf－玻璃軟化溫度

Tm－玻璃的終熔點(diǎn)

石英晶體結(jié)構(gòu)石英玻璃結(jié)構(gòu)1.2玻璃的結(jié)構(gòu)玻璃晶體玻璃是介于有序和無序之間的一種狀態(tài)，衍射圖譜呈彌散狀衍射峰熔體氣體玻璃結(jié)構(gòu)的假說晶子學(xué)說無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說凝膠學(xué)說五角形對(duì)稱學(xué)說高分子學(xué)說結(jié)構(gòu)理論還有待進(jìn)一步完善無定形物質(zhì)玻璃分相,晶化現(xiàn)象,

結(jié)構(gòu)的理解不完整結(jié)構(gòu)近程有序蘭德爾，列別捷夫,晶子學(xué)說各向同性，均勻性，性質(zhì)變化的連續(xù)性結(jié)構(gòu)近程有序遠(yuǎn)程無序查哈里阿森－無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說周期表中形成玻璃的氧化物1.3幾種典型的玻璃1.石英玻璃石英玻璃石英SiO2，Si:0=1:2，鍵長(zhǎng)相等鍵角120～180?120～160?旋轉(zhuǎn)角完全無序限制在一定范圍2.鈉鈣硅玻璃Na+破壞網(wǎng)絡(luò)，Ca2+強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，限制Na+活動(dòng)，大多數(shù)實(shí)用玻璃3.硼酸鹽玻璃＋層狀結(jié)構(gòu)堿金屬氧化物＋架狀結(jié)構(gòu)“硼氧反常性”4.其他類型的玻璃鈹酸鹽玻璃，低折射率；鋁硼酸鹽玻璃，電學(xué)和低膨脹；釩酸鹽玻璃，半導(dǎo)體性能；鋁酸鹽玻璃，良好的紅外線透過性能重金屬氧化物玻璃，屏蔽射線，作為閃爍材料硫?qū)倩衔锊ＡВ雽?dǎo)體材料；氟化物玻璃，易封接材料；按元素與氧結(jié)合的單鍵能和能否生成玻璃網(wǎng)絡(luò)生成體網(wǎng)絡(luò)外體網(wǎng)絡(luò)中間體與氧原子相聯(lián)的陽離子不超過2中心陽離子的配位數(shù)不大于4氧多面體只能共頂連接多面體至少3個(gè)頂角共用SiO2,B2O3,GeO2,P2O5,As2O5不參加網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)空隙處，提供額外氧離子,對(duì)玻璃起調(diào)整性質(zhì)作用的氧化物:Li2O,Na2O,K2O,CaO,BaO，MgO等化合價(jià)高而配位數(shù)低，可以部分與網(wǎng)絡(luò)形成體氧化物結(jié)合，在功能上起著改善玻璃結(jié)構(gòu)的功能：BeO,TiO2,ZnO,Al2O3等1.3玻璃結(jié)構(gòu)中陽離子的分類與作用各種氧化物的作用堿金屬氧化物網(wǎng)絡(luò)外體橋氧斷裂，結(jié)構(gòu)疏松高溫助熔CaO網(wǎng)絡(luò)外體極化橋氧，減弱Si-O鍵降低高溫粘度，脆性大MgO網(wǎng)絡(luò)外體同上降低玻璃的析晶能力PbO中間體四方錐螺旋鏈，與SiO4形成特殊網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大玻璃形成區(qū)，高度助熔Al2O3中間體缺氧時(shí)網(wǎng)絡(luò)外體，富氧時(shí)參與網(wǎng)絡(luò)降低電學(xué)性能B2O3網(wǎng)絡(luò)生成體形成網(wǎng)絡(luò)，硼反常降低高溫粘度，提高低溫粘度第二節(jié)玻璃的生成規(guī)律及其相變

玻璃有降低內(nèi)能而向晶態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì),所以說玻璃是不穩(wěn)定的或亞穩(wěn)的，在一定條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑w。2.1玻璃生成的熱力學(xué)條件：掌握不考慮分相，玻璃化和結(jié)晶化是兩個(gè)對(duì)立的過程，對(duì)結(jié)晶化不利的條件恰恰是形成玻璃的有利條件。析晶→克服勢(shì)壘(新界面的界面能＋晶核長(zhǎng)大激活能）玻璃→增大勢(shì)壘→加快冷卻速度冷卻速度？2.2玻璃生成的動(dòng)力學(xué)條件：掌握=10-6

IV——單位體積內(nèi)成核速率；u——晶體的生長(zhǎng)速率；動(dòng)力學(xué)條件研究：——3T圖溫度(K)時(shí)間(s)玻璃晶體ABC1010101010101-4-262810410160014501400150015501650比較不同物質(zhì)形成玻璃的能力

臨界冷卻速度相變：指熔體和玻璃體在冷卻或熱處理過程中，從均勻的液相或玻璃相轉(zhuǎn)變?yōu)榫嗷蚍纸鉃閮煞N互不相溶的液相。均勻成核非均勻成核晶體生長(zhǎng)晶相兩種不相溶的液相分相液相線以上液相線以下熔體和玻璃體2.3熔體和玻璃體的相變熟悉均勻成核：在宏觀均勻的玻璃中，在沒有外來物參與，與相界，結(jié)構(gòu)缺陷等無關(guān)的成核過程，也稱為本征成核或自發(fā)成核。成核時(shí)的自由能變化新相：體積自由能降低ΔG

產(chǎn)生新的界面：界面自由能升高，ΔGd液-固界面位壘示意圖恒溫、恒壓條件，且不考慮應(yīng)變能，體系能量變化臨界核半徑臨界晶核越小，晶核越易形成。非均勻成核：依靠相界，晶界或基質(zhì)的結(jié)構(gòu)缺陷等不均勻部分而成核的過程，又稱非本征成核。對(duì)于球冠模型，從簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系可求得：當(dāng)θ＜180?時(shí)：成核劑和初相之間的界面張力越小，或它們間的晶格常數(shù)越接近，成核越容易。當(dāng)晶核穩(wěn)定形成后，在適當(dāng)?shù)倪^冷度和過飽和度下，熔體中的原子向界面遷移，到達(dá)適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)位置，使晶體長(zhǎng)大。u－單位面積的生長(zhǎng)速度；v－質(zhì)點(diǎn)遷移的頻率因子；a0－界面層厚度；△G－液體與固體自由能差；T≈Tm,△G<<KT,生長(zhǎng)速度隨過冷度增大而增大；T<<Tm,△G>>KT,u≈va0,生長(zhǎng)速度受原子擴(kuò)散速度控制；影響因素：溫度，粘度，雜質(zhì)，界面能第三節(jié)玻璃的性質(zhì)玻璃的性質(zhì)粘度,表面張力,密度熱學(xué)性能光學(xué)性質(zhì)力學(xué)性能化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)度硬度脆性面積為S的二平行液層，以一定速度梯度dv/dx移動(dòng)時(shí)需要克服的內(nèi)摩擦力f。η—粘度系數(shù)（Pa·S）玻璃的粘度影響因素：溫度和成份重要性：直接影響玻璃的熔制，澄清，均化，成形，退火及其加工熱處理過程。3.1玻璃的粘度掌握1.玻璃粘度與溫度成反比；2.粘度是連續(xù)變化的；3.在10-1011Pa·S,粘度受溫度和組成決定；在1011-1014Pa·S,粘度還是時(shí)間的函數(shù)；鈉鈣硅玻璃彈性、粘度與溫度關(guān)系圖溫度對(duì)玻璃粘度的影響粘度隨溫度的變化快慢是玻璃的一個(gè)重要生產(chǎn)指標(biāo)，稱為玻璃的料性。玻璃的組分對(duì)粘度的影響1.氧硅比：大型四面體群分解為小四面體群，粘度降低；2.化學(xué)鍵：R-O鍵越強(qiáng)，粘度越大；3.離子極化：陽離子極化力越大，粘度下降；4.配位數(shù)：硼反?，F(xiàn)象1．SiO2、Al2O3、ZrO2含量升高，粘度增大；2．堿金屬氧化物R2O含量升高，粘度降低；3．堿土金屬氧化物對(duì)粘度影響復(fù)雜:Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+

4．PbO、CdO、Bi2O3、SnO含量升高，粘度減??；5．Li2O、ZnO、B2O3增加低溫粘度，而降低高溫粘度。常見氧化物對(duì)粘度的影響生產(chǎn)上玻璃粘度參考點(diǎn)1．應(yīng)變點(diǎn):(1013.6Pa·S)應(yīng)力在幾小時(shí)內(nèi)消除的溫度點(diǎn)；2．轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Tg):(1012.4Pa·S)的溫度；3．退火點(diǎn):（1012Pa·S）應(yīng)力在幾分鐘內(nèi)消除的溫度點(diǎn)；4．變形點(diǎn):1010～1011Pa·S的溫度；5．軟化溫度(Tf):(3～5)×106Pa·S的溫度；6．操作范圍:103～106.6Pa·S7．自動(dòng)供料機(jī)供料粘度:102～103Pa·S8．人工挑料粘度:102.2Pa·S9.熔化溫度:10Pa·S玻璃粘度的近似計(jì)算

奧霍琴法：適用于含MgO、Al2O3的Na-Ca-Si系玻璃。Na2O:12%～16%;CaO+MgO:5%～12%Al2O3:

<5%;SiO2:64%～80%

T—某粘度對(duì)應(yīng)的溫度；X、Y、Z—分別為的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；A、B、C、D—為Na2O,CaO,3%MgO,Al2O3的特性常數(shù)。

T

=AX+BY+CZ+D玻璃粘度值計(jì)算相應(yīng)溫度的常數(shù)表

玻璃粘度（Pa·S）系數(shù)數(shù)值以1%MgO代替1%CaO引起溫度升高ABCD102103104105.51061071081091010101110121013-22.87-17.49-15.37-12.19-10.36-8.71-9.19-8.75-8.47-7.46-7.32-6.29-16.0-9.95-6.25-2.19-1.180.471.571.922.273.213.495.246.505.905.004.584.354.245.345.205.295.525.375.241700.41381.41194.2980.72910.86815.89762.50720.80683.80632.90603.40651.509.06.05.03.52.61.41.01.01.52.02.53.0若MgO≠3％，則T值必須校正其中A、B、T0可根據(jù)玻璃中各氧化物含量而計(jì)算。

A=-1.4788Na2O+0.8350K2O+1.6030CaO+5.4936MgO-1.5183Al2O3+1.4550

B=-6039.7Na2O-1439.6K2O-3919.3CaO+6285.3MgO2253.4Al2O3+5736.4

T0=-25.07Na2O-321.0K2O+544.3CaO-384.0MgO+294.4Al2O3+198.1富爾切爾法：適用范圍：實(shí)驗(yàn)溫度500～1400℃；SiO2=1mol,Na2O=0.15～0.2mol,CaO=0.12～0.2mol,MgO=0～0.051mol,Al2O3=0.0015～0.073mol；η=10～1012Pa·S誤差范圍：2.3～2.5℃掌握3.2玻璃的表面張力表面張力是指玻璃與另一相接觸的相分界面上（空氣、錫液等）在恒溫、恒容條件下增加一個(gè)單位表面時(shí)所作的功。單位：N/m或J/m2。表面張力的影響因素：組成、溫度、粘度重要性：在玻璃的澄清，均化，成型，玻璃液與耐火材料相互作用的過程中起重要作用。硅酸鹽玻璃的表面張力：（220～380)×10-3N/m類別組分組分平均特性常數(shù)σi(T=1300℃)備注非表面活性組成SiO2TiO2ZrO2SnO2Al2O3290250350350380符合加和關(guān)系，σ＝∑σiai稀土氧化物也屬于上述組成中間性質(zhì)的組分K20Cs2OPbOB2O3Sb2O3隨含量對(duì)表面張力的影響可變，可能為負(fù)值符合復(fù)合函數(shù)關(guān)系難熔且表面活性強(qiáng)組分As2O3V2O3WO3MoO3可變的，是負(fù)值可使玻璃的表面張力降低20～30％，或更多Na2AlF6,Na2SiF6也能顯著地降低表面張力組分：溫度:

表面張力與溫度成反比，兩者成直線關(guān)系。當(dāng)溫度每升高100℃表面張力會(huì)下降1%，但在表面活性組分及一些游離的氧化物存在的情況下，表面張力隨溫度升高而微微增加。大氣：表面張力隨大氣中蒸汽壓的升高而降低。550℃鈉鈣硅玻璃表面張力與大氣水蒸氣分壓的關(guān)系粘度:粘度與表面張力成正比。石英玻璃：2.2g/cm3,普通鈉鈣硅玻璃：2.5-2.6g/cm3玻璃的密度主要與玻璃的化學(xué)組成，溫度和熱歷史有關(guān)。玻璃密度與組成的關(guān)系1．引入R2O和RO時(shí)，密度隨離子半徑的增大而增大；2．同一種氧化物，密度隨配位數(shù)的增加而增大；3.3玻璃的密度掌握玻璃密度的計(jì)算：查表前需要首先計(jì)算玻璃的硅與氧離子比（Nsi）：Nsi--玻璃的硅離子與氧離子比；Psi—玻璃SiO2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；Sm—常數(shù)(教材P18表查出)；fm—玻璃各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。D—密度；fm—玻璃中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；Vm—各組分玻璃比容計(jì)算系數(shù)，可由教材P18表查出；

玻璃密度與溫度成反比，溫度從室溫升高到1300℃時(shí)密度會(huì)下降6～12%。

玻璃高溫冷卻時(shí)，淬冷玻璃密度比退火玻璃小；在一定溫度保溫一定時(shí)間后，玻璃密度趨于平衡；冷卻速度越快，偏離平衡密度越高；玻璃的熱歷史是指玻璃從高溫冷卻，通過Tf~Tg區(qū)域的經(jīng)歷，包括在該區(qū)域停留時(shí)間和冷卻速度等情況。重要性：密度的大小可以反映玻璃的質(zhì)量好壞及引起事故的原因。密度測(cè)試快速、準(zhǔn)確。玻璃密度與溫度、熱歷史的關(guān)系評(píng)價(jià)玻璃力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)：抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度等。

玻璃增強(qiáng)方法：退火，鋼化，表面處理與涂層，微晶化，復(fù)合化等玻璃的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度：由于玻璃內(nèi)部的純共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，其理論強(qiáng)度很大。如平板玻璃的理論抗壓強(qiáng)度為11.76GPa、抗折強(qiáng)度為34.3～83.3Mpa，而實(shí)際抗折強(qiáng)度僅為6.86Mpa.3.4玻璃的力學(xué)性質(zhì)熟悉導(dǎo)致玻璃實(shí)際強(qiáng)度下降的原因是微裂紋、不均勻區(qū)等,導(dǎo)致作用于玻璃的應(yīng)力集中而破裂?；瘜W(xué)玻璃強(qiáng)度本質(zhì)來源于組成結(jié)構(gòu)間的鍵強(qiáng)；結(jié)構(gòu)網(wǎng)稀，組成：強(qiáng)度就低；

提高抗張強(qiáng)度:CaO>B2O3>BaO>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>(MgO、Fe2O3）提高抗壓強(qiáng)度:Al2O3>MgO>B2O3>Fe2O3>(PbO.CaO)缺陷：宏觀（氣泡，雜質(zhì)，化學(xué)不均勻等）微觀（點(diǎn)缺陷，局部析晶，表面裂紋等）溫度：溫度升高，熱起伏導(dǎo)致缺陷處應(yīng)變能增加高于200℃，裂口鈍化，緩和應(yīng)力集中應(yīng)力：殘余應(yīng)力不均勻?qū)е驴梢宰兒槔ㄤ摶┎ＡЯW(xué)性質(zhì)的影響因素

玻璃強(qiáng)度與溫度的關(guān)系玻璃的抗張強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度可按加和性法則計(jì)算：P1,P2,…,Pn－玻璃中各組成氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；F1,F2,…,Fn－各組成氧化物抗張強(qiáng)度計(jì)算系數(shù)；C1,C2,…,Cn－各組成氧化物抗壓強(qiáng)度計(jì)算系數(shù)；硬度：抵抗其它物體的侵入能力，表面產(chǎn)生局部變形所需的能量。

玻璃的莫氏硬度為5～7；

影響因素：化學(xué)成分網(wǎng)絡(luò)生成體提高硬度；網(wǎng)絡(luò)外體降低硬度；相同類型的,隨離子半徑的減小和電價(jià)的上升而增加。加入不同的氧化物提高玻璃的硬度的順序?yàn)椋?/p>

SiO2>B2O3>MgO(ZnO、BaO)>Al2O3>Fe2O3>R2O3.5玻璃的硬度和脆性熟悉脆性：當(dāng)負(fù)荷超過玻璃極限強(qiáng)度時(shí)立即破裂的特性，用沖擊強(qiáng)度表示。引入半徑較小的陽離子（Li2O、BeO、MgO、B2O3）可降低玻璃的脆性；引入大半徑的陽離子（Ru2O、CaO）可增大玻璃的脆性。淬火玻璃的沖擊強(qiáng)度比退火玻璃大5～7倍。

影響因素：試樣的厚度、熱歷史和化學(xué)組成；熱膨脹對(duì)玻璃的成型、退火、鋼化、玻璃與金屬、玻璃與陶瓷的封接及熱穩(wěn)定性都有影響。玻璃的熱膨脹變化范圍很大，從負(fù)膨脹（微晶玻璃）直到200×10-7m/℃（非氧化物玻璃），可分為線膨脹系數(shù)α和體積膨脹系數(shù)β。氧化物熱膨脹系數(shù)加和法計(jì)算：α1，α2…αn-----各氧化物的熱膨脹計(jì)算系數(shù)，見教材p21P1，P2…

Pn-----各氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5玻璃的熱學(xué)性能熟悉熱膨脹系數(shù)的影響因素

溫度：總體上隨溫度升高而增大；熱歷史：與玻璃退火、淬火、析晶（種類、大小）都有關(guān)系。化學(xué)組成：取決于陰陽離子間的吸引力。

f—陰陽離子間的吸引力；Z—電價(jià)；a—間距；

f越大，熱振動(dòng)越小，膨脹就越小。比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大；熱穩(wěn)定性:溫差的存在導(dǎo)致不同處有不同的膨脹系數(shù)，產(chǎn)生應(yīng)力破裂玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性是指玻璃抵抗氣體，水、酸、堿，鹽和各種化學(xué)試劑侵蝕的能力，對(duì)玻璃的貯存，使用及加工都有重要意義。玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性耐水性耐酸性耐堿性大氣的侵蝕3.6玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性熟悉水中的H+與玻璃中的Na+發(fā)生交換反應(yīng)，而后進(jìn)行水化、中和反應(yīng):水對(duì)玻璃的侵蝕機(jī)理水分子和硅氧骨架直接反應(yīng):玻璃在水中能夠保持穩(wěn)定的原因:形成硅酸凝膠保護(hù)膜酸在水對(duì)玻璃侵蝕中的作用：

加速玻璃和水之間的離子交換

降低pH值，使Si(OH)4溶解度減小酸對(duì)玻璃的侵蝕玻璃有很強(qiáng)的耐酸性（除HF酸）；侵蝕機(jī)理主要為水對(duì)玻璃的侵蝕；高堿玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。堿對(duì)玻璃的侵蝕=Si(OH)4+NaOH→[Si(OH)3O]Na+H2O不形成硅酸凝膠膜，玻璃表面層全部脫落，其程度與時(shí)間成直線關(guān)系。Ba2+>Sr2+>NH4+>Rb+≈Na+≈Li+>Ca2+1.堿溶液中的陽離子首先吸附在玻璃表面；2.陽離子對(duì)周圍的OH-有束縛作用，玻璃表面OH-離子濃度增加,并破壞硅氧骨架中的Si-O-Si鍵；3.骨架破壞后產(chǎn)生[SiO4]群，變成硅酸離子。在堿侵蝕中，陽離子對(duì)玻璃表面的吸附能力的影響很大，玻璃受堿侵蝕可分為三個(gè)階段：侵蝕后玻璃表面形成的硅酸鹽在堿溶液中的溶解度對(duì)侵蝕也有較大作用。H2O、CO2、SO2等對(duì)玻璃表面的綜合侵蝕大氣對(duì)玻璃的侵蝕玻璃表面吸附OH-薄層K2O,Na2O,CaO的含量薄層不再發(fā)展薄層轉(zhuǎn)變成堿性溶液

少多堿侵蝕以離子交換為主的釋堿過程以破壞網(wǎng)絡(luò)為主的溶蝕過程水汽比水溶液具有更大的侵蝕性玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的影響因素化學(xué)組成：增強(qiáng)玻璃網(wǎng)絡(luò)或侵蝕時(shí)生成物是難溶的，或能形成保護(hù)膜的組分都可以提高玻璃化學(xué)穩(wěn)定性。①SiO2含量越多，硅氧四面體連接緊密，穩(wěn)定性高；②離子半徑小，電價(jià)高的離子，可以強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)，提高化學(xué)穩(wěn)定性；③存在兩種堿金屬氧化物時(shí)，由于“混合堿效應(yīng)”，提高化學(xué)穩(wěn)定好；④少量B2O3和Al2O3，對(duì)[SiO4]網(wǎng)絡(luò)有修補(bǔ)作用，提高化學(xué)穩(wěn)定性；熱處理：

隨退火時(shí)間的增加和退火溫度的提高而增加；退火玻璃比淬火玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性高；溫度：溫度越高侵蝕越強(qiáng)；<100℃,侵蝕速度增加50－150％/10℃；>100℃侵蝕始終劇烈。壓力：壓力越大侵蝕加劇。3.7玻璃的光學(xué)性質(zhì)熟悉玻璃的折射率玻璃的折射率為電磁波在玻璃中傳播速度的降低（以真空中的光速為標(biāo)準(zhǔn)）。n=c/v一般玻璃的折射率為1.50~1.75，平板玻璃為1.52~1.53玻璃折射率的影響因素化學(xué)組成：與內(nèi)部離子的極化率和密度成正比；

網(wǎng)絡(luò)生成體降低玻璃的折射率；非橋氧越多，折射率越高。與氧化物折射率成正比，符合加和法則：

n=n1P1+n2P2+……+nnPn

P1P2…Pn---玻璃中各氧化物的質(zhì)量白分含量；

n1n2…nn---玻璃中各氧化物的折射率計(jì)算系數(shù)；溫度：①溫度升高，玻璃膨脹引起密度下降，折射率下降；②溫度升高，電子的本征振動(dòng)頻率減小，折射率增大；多數(shù)光學(xué)玻璃在室溫以上折射率隨溫度的升高而增大；熱歷史：①在退火范圍內(nèi)，其趨向平衡折射率的速度與所處溫度有關(guān)；②冷卻速度越快，折射率越低；③冷卻速度相同時(shí)，保溫溫度越高，折射率越小；退火可以消除玻璃光學(xué)的不均勻性。

玻璃的光學(xué)常數(shù)

光學(xué)常數(shù)：折射率，平均色散，部分色散和色散系數(shù)等折射率：玻璃折射率與入射波長(zhǎng)有關(guān)

鈉光譜中的D線：波長(zhǎng)589.3nm(黃色),nD；

氦光譜中的d線：波長(zhǎng)587.6nm(黃色),nd；

氫光譜中的F線：波長(zhǎng)486.1nm(淺藍(lán)),nF；

氫光譜中的C線：波長(zhǎng)656.3nm(紅色),nC；

汞光譜中的g線：波長(zhǎng)435.8nm(淺藍(lán)),ng；

氫光譜中的G線：波長(zhǎng)434.1nm(淺藍(lán)),nG；色散：折射率隨入射波長(zhǎng)的不同而不同的現(xiàn)象。平均色散(△＝nF-nC);部分色散(nD-nC;nd-nD等);相對(duì)部分色散,如nD-nC/nF-nC等阿貝數(shù)γ=(nD-1)/(nF-nC)，光學(xué)玻璃重要性質(zhì)體現(xiàn)玻璃的著色：基態(tài)和激發(fā)態(tài)間的