玻璃的化学性能、电学和磁学

1、第第6章章 玻璃的化学稳定性玻璃的化学稳定性 玻璃制品在使用过程中要受到水、酸、碱、玻璃制品在使用过程中要受到水、酸、碱、 盐、气体和各种化学试剂和药液的侵蚀，玻璃对盐、气体和各种化学试剂和药液的侵蚀，玻璃对 这些侵蚀的抵抗能力称为玻璃的化学稳定性。这些侵蚀的抵抗能力称为玻璃的化学稳定性。 6.1 玻璃的侵蚀机理 水 酸 碱 大气 H2O SiO Na H OH SiOH NaOH SiOH H2O 2 3 SiOHOH OH OH Si(OH)4 + NaOH = Si(OH)3O-Na+ + H2O 电离度低于NaOH，促进反应1，2的进行 H半径远小于半径远小于Na，网，网 络结构变疏松

2、，络结构变疏松， 产生破坏的第一步产生破坏的第一步 SiO Na H OH SiOH NaOH SiOH H2O 2 3 SiOHOH OH OH Si(OH)4 + NaOH = Si(OH)3O-Na+ + H2O 在酸中的溶解速度减小，降低反在酸中的溶解速度减小，降低反 应应3进行的速度，高硅玻璃影响大进行的速度，高硅玻璃影响大 H浓度比在水中的大很多，增加反浓度比在水中的大很多，增加反 应应1进行的速度，高碱玻璃影响大进行的速度，高碱玻璃影响大 酸酸：通过水对玻璃起侵蚀作用通过水对玻璃起侵蚀作用 OH SiOH SiOH H2O 2 3 SiOHOH OH OH Si(OH)4 + N

3、aOH = Si(OH)3O-Na+ + H2O 此时的此时的NaOH不仅是由反应不仅是由反应1离子交换离子交换 而得，而是包围玻璃的大量侵蚀介质而得，而是包围玻璃的大量侵蚀介质 碱碱：不仅对网络外体起作用，而是直接破坏硅氧骨架不仅对网络外体起作用，而是直接破坏硅氧骨架 SiOSi SiO 桥氧桥氧 非桥氧非桥氧 大气对玻璃的侵蚀机理 水膜水膜 SiO Na H OH SiOH NaOH NaOH Na 以离子交换为主的释碱过程 类似碱液对玻类似碱液对玻 璃骨架的侵蚀璃骨架的侵蚀 Na Na Na Na 6.2 影响玻璃化学稳定性的因素 化学组成 热处理历史 表面状态 温度和压力 硅氧四面体相

4、互连接硅氧四面体相互连接 的程度越大，则化学的程度越大，则化学 稳定性越高稳定性越高 三价三价 二价二价 一价一价 退火与淬火玻璃退火与淬火玻璃 退火的气氛退火的气氛 退火过程中发生分相退火过程中发生分相 （1）从玻璃表面移除能降低玻）从玻璃表面移除能降低玻 璃表面化学稳定性的氧化物；璃表面化学稳定性的氧化物； （2）进行表面涂层）进行表面涂层 6.3 特殊的侵蚀情况 脱片 生物发霉 金属蒸气 原生脱片原生脱片表面层中可溶性成分表面层中可溶性成分 溶出后，不溶性高硅氧残存薄膜剥溶出后，不溶性高硅氧残存薄膜剥 离离 次生脱片次生脱片原溶液中存在的多价原溶液中存在的多价 金属离子在玻璃表面形成含水

5、硅酸金属离子在玻璃表面形成含水硅酸 盐薄膜后剥离盐薄膜后剥离 SiO Na H OH SiOH NaOH NaOH 有机物 有机盐类有机盐类 在玻璃组成中引入少量抑菌金属离子在玻璃组成中引入少量抑菌金属离子 在玻璃表面涂覆杀菌剂在玻璃表面涂覆杀菌剂 6.4 化学稳定性的测定方法 粉末法粉末法 将一定颗粒度的玻璃粉末在水、酸、碱等溶液中将一定颗粒度的玻璃粉末在水、酸、碱等溶液中 进行侵蚀，最后以粉末损失的重量或酸、碱滴定测出转进行侵蚀，最后以粉末损失的重量或酸、碱滴定测出转 移到溶液中的成分含量来表示。移到溶液中的成分含量来表示。 表面法表面法 用单位面积的析碱量或失重来表示玻璃受侵蚀的程用单位

6、面积的析碱量或失重来表示玻璃受侵蚀的程 度。度。 第7章 玻璃的电学及磁学性质 7.1 玻璃的导电性 导电，载电体的定向运动。因此，温度越导电，载电体的定向运动。因此，温度越 高，导电性越高高，导电性越高 机理机理 一般硅酸盐玻璃为一般硅酸盐玻璃为离子导电离子导电（离子能动度）（离子能动度） 某些过渡元素氧化物玻璃及硫属化合物半导某些过渡元素氧化物玻璃及硫属化合物半导 体玻璃则具有体玻璃则具有电子导电电子导电特性（电子能动度）特性（电子能动度） 玻璃的电导率玻璃的电导率 表示固体通过电流的能力。其大小由带电表示固体通过电流的能力。其大小由带电 粒子浓度和他们的迁移能力所决定。粒子浓度和他们的迁

7、移能力所决定。 电导率与组成的关系电导率与组成的关系（网络结构的紧密性，离子（网络结构的紧密性，离子 活动对空间的要求）活动对空间的要求） 电导率与温度的关系电导率与温度的关系（Tg温度的变化）温度的变化） 电导率与热处理的关系电导率与热处理的关系（退火、淬火、析晶、分（退火、淬火、析晶、分 相）相） 补网作用补网作用 AlO4体积体积SiO4 AlO6填充网络空隙填充网络空隙 玻璃的表面电导率 指在边长为1cm的正方形玻璃，在其相对两边上测得的电 导率。 组成 碱金属 二价、三价金属 B2O3、Fe2O3 湿度 温度 表面状态 7.2 玻璃的介电性 介电常数介电常数表征电介质在外电场作用下极

8、化表征电介质在外电场作用下极化 的程度。的程度。 组成、温度、电场频率组成、温度、电场频率 极化率大，键能小，迁移率大，极化率大，键能小，迁移率大， 则介电常数大则介电常数大 温度升高，极化率影响不大，但会温度升高，极化率影响不大，但会 增加离子迁移率，使介电常数增大增加离子迁移率，使介电常数增大 外电场频率越高，离子沿电场方向来不外电场频率越高，离子沿电场方向来不 及移动，因此，介电常数越低及移动，因此，介电常数越低 介电损耗 在一定频率的交流电压的作用下，电介质材在一定频率的交流电压的作用下，电介质材 料由于极化或吸收现象使部分电能转化为热能而料由于极化或吸收现象使部分电能转化为热能而 损

9、耗损耗 电导损耗电导损耗 松弛损耗松弛损耗 结构损耗结构损耗 共振损耗共振损耗 由网络外体离子沿电场方向移动而由网络外体离子沿电场方向移动而 产生。受电场频率、温度影响产生。受电场频率、温度影响 由网络外体离子在一定势垒间移动由网络外体离子在一定势垒间移动 而产生的。一般发生在较高频率处而产生的。一般发生在较高频率处 玻璃网络松弛造成，属松弛损耗的一种玻璃网络松弛造成，属松弛损耗的一种 由网络外体离子或网络形成体的本由网络外体离子或网络形成体的本 征振动吸收能量而产生。征振动吸收能量而产生。 介电强度 当施加于电介质的电压超过某一临界值时，介质中的电当施加于电介质的电压超过某一临界值时，介质中

10、的电 流突然增大，这一现象称为电击穿。发生电击穿的电压，称流突然增大，这一现象称为电击穿。发生电击穿的电压，称 为电介质的为电介质的耐击穿强度耐击穿强度，即介电强度。，即介电强度。 击穿机理击穿机理 热击穿热击穿 电子击穿电子击穿 电化学击穿电化学击穿 玻璃受电流所产生的热量而加热，以致材料局玻璃受电流所产生的热量而加热，以致材料局 部发生热破坏，甚至熔化，导致电阻降低部发生热破坏，甚至熔化，导致电阻降低 由于电压直接加速了物质内部电子对其它原子由于电压直接加速了物质内部电子对其它原子 的冲击，从而激发更多的电子从价带跃迁到导的冲击，从而激发更多的电子从价带跃迁到导 带，最后引起带，最后引起电子雪崩电子雪崩而击穿而击穿 玻璃长时间停留在电场中，使组成结构破坏，玻璃长时间停留在电场中，使组成结构破坏， 产生不可逆转的化学变化，改变了电极附近的产生不可逆转的化学变化，改变了电极附近的 化学成分。结构使得玻璃中的电场变得不均匀化学成分。结构使得玻璃中的电场变得不均匀 甚至产生巨大的应力而被击穿破裂。甚至产生巨大的应力而被击穿破裂。 7.3 玻璃的半导体性 半导体电阻率半导体电阻率1011011m N型（电子导电）、型（电子导电）、p型（空穴导电）型（空穴导电） 半导体玻璃种类：半导体玻璃种类： （1）含有多价过渡元素的玻璃（）含有多价过渡元素的玻璃（V、Fe、