功能玻璃材料

功能玻璃材料第一页，共57页。

功能玻璃是指与传统玻璃结构不同的、有某一方面独特性能，有专门用途、或者制造工艺有明显差别的一些新品种“玻璃”。如磁光玻璃的磁--光转换功能、声光玻璃的声光特性、导电玻璃的导电性、记忆玻璃的记忆特性等。2第二页，共57页。

新型功能玻璃与通常玻璃相比具有许多明显的特征，主要表现在以下四个方面：(1)玻璃化方面；(2)成型方面；(3)在加工方面；(4)在用途方面。3第三页，共57页。(1)玻璃化方面

通常玻璃是在大气中进行熔融而制得的，而新型功能玻璃是采用超急冷法、溶胶--凝胶法、PVD法、CVD法以及特种气氛等方法而制得的；

(2)成型方面

通常玻璃主要产品是板材、管材、成瓶、成纤等，而新型功能玻璃则是微粉末、薄膜、纤维状等；4第四页，共57页。(3)在加工方面

通常玻璃采用烧制、研磨、急冷强化等方法，而新型功能玻璃则采用结晶化、离子交换法、分子溅射、分相、微细加工技术等；(4)在用途方面

通常玻璃主要用于建筑、容器、光学制品等，而新型功能玻璃主要用于光电子、光信息情报处理、传感显示、精密机械以及生物工程等领域。5第五页，共57页。

按照玻璃的功能可划分为：

微晶玻璃、光导纤维玻璃、激光玻璃、光色玻璃、半导体玻璃、非线性光学玻璃、磁功能玻璃、生物玻璃、机械功能玻璃以及功能玻璃薄膜等。6第六页，共57页。第一节微晶玻璃CrystoeandNeoparies将加有成核剂的特定组成的基础玻璃，在一定温度下热处理后，就会变成具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料，又称玻璃陶瓷。它既有玻璃的基本性能，也有陶瓷多晶体的特征，集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优于天石材和陶瓷

。7第七页，共57页。

微晶玻璃的发现是玻璃材料发展史上的一个新的里程碑，它大大地丰富了玻璃结构的研究内容，同时也开发了数以千计的微晶玻璃新材料。

微晶玻璃作为先进结构材料和高性能功能材料，在国防、运输、建筑、生产、科研及生活等领域内得到了广泛应用。8第八页，共57页。微晶玻璃按照用途分为，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。微晶玻璃按基础玻璃组成一般可分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐系统及磷酸盐系统等五大类；

微晶玻璃的分类

9第九页，共57页。

微晶玻璃的应用由于微晶玻璃具有许多优良的性能，如密度小、质地致密、没有气孔、不透水、不透气、软化温度高、化学稳定性及热稳定性好、机械强度及硬度高、电学性能优良等，因此在许多领域得到广泛的应用。10第十页，共57页。1．微晶玻璃装饰板材(1)耐候性好，抗污染。而微晶玻璃板材则具有永不吸水特点，其豪华外观不易受雨雪、风沙气候等污染及侵蚀，能全天候永保建筑物亮丽、壮观的色彩和光泽。11第十一页，共57页。(2)亮丽多彩的色调优于天然石材

微晶玻璃装饰板材可以通过工艺控制手段，生产出各种颜色色调及图案，它经过精良的磨抛工艺处理后，还可以产生不同质感的效果。(3)优良的机械、化学稳定性可确保安全性(4)易于加工成各种规格，又有良好环保性能12第十二页，共57页。2．微晶玻璃墙体材料

微晶玻璃制品形状和尺寸精度较高，且能生产大规模的制品，用作建筑砌块、建筑隔墙，可以满足轻质高强的要求，同时还具有隔断灵活，施工操作方便等优点。3．微晶玻璃屋面与地面材料将微晶玻璃板用作建筑物的地板覆盖材料，可以减少其底下防水层的数量，减少填缝材料的消耗，在某些情况下，甚至可以不用防水层。13第十三页，共57页。4．其他材料

微晶玻璃可以用来代替普通陶瓷、耐酸陶瓷、铸石、石棉水泥制品和一些建筑塑料，且经济效果更好。CookingPotstand1200oCglass-ceramicstove14第十四页，共57页。第二节光导纤维玻璃

由于光纤通信具有容量大、质量高、抗干扰能力强、保密性好等优点，目前，光缆已逐渐取代了由金属构成的明线和电缆，成为承载电话、传真、图像、数据等各类通信业务的基础。

玻璃光导纤维是重要的高科技纤维之一，它已成为现代光通信领域不可缺少的纤维材料。15第十五页，共57页。现在，由玻璃光纤制成的海底光缆已把世界各大洲的通信紧密连在一起，这对人类社会的发展将起着不可估量的作用。海底光缆结构亚欧海底光缆海底线缆经常会结上厚厚的海底衍生物16第十六页，共57页。玻璃光缆除在通信领域中使用之外，在非通信领域中应用的发展速度也很快，其中包括光和图像传输、功率传输、传感器、汽车工业以及军事工业等。17第十七页，共57页。

光导纤维(简称光纤)可把光从一端独立地传递到它的另一端，因而将多根光导纤维规则地排列成长束状元件，就能用于光或像的弯曲传递。18第十八页，共57页。

玻璃是制造光导纤维的基本材料，制造光导纤维的玻璃有特定的要求，它必须有高度的光学均匀性和透明性，满足一定光学常数要求，良好的化学稳定性及机械强度等，因而制造光导纤维的玻璃形成了新型玻璃材料的一个重要区域。19第十九页，共57页。光导纤维的新应用

非通信光纤的应用领域相当广泛，归纳起来，其功能性应用在以下三方面，即传光、传像和传感等。20第二十页，共57页。

(1)光纤照明

光纤照明是由光源、光纤和光输出元件三要素构成的组合系统，其基本特征是光源可以放置在远离被照明区域的其他地方。因此，特别适用于物体内部和易燃、易爆等危险环境照明及游泳池、喷泉等潮湿场合的照明。21第二十一页，共57页。

光纤照明也常被用于工业领域的特殊照明。22第二十二页，共57页。光纤装饰色彩鲜艳，视角开阔；线性纤维柔软、亮丽。被广泛用于商品展示、广告标志、娱乐场所、建筑物等方而的装饰。(2)光纤装饰

也可用来制作各种光纤工艺品，如壁画、光纤花篮、插花、工艺灯等。23第二十三页，共57页。(3)医用光纤

光纤的弯曲灵活性和传输高亮度冷光的优点，使得它在冷光乳腺检查仪、牙固化机、外科、妇科、五官科等手术器械上得到了充分应用。24第二十四页，共57页。2．传像

柔性传像束主要用于制造各种医疗内窥镜、工业内窥镜及内窥监控仪器。

柔性传像束的可绕性强，自由度大，比较容易实现一米以上较长光路的结构需要。与传统光学透镜光路比较，其结构简单、质量轻、不需要复杂的机械结构，因此被广泛用于航空、航天、汽车制造、工农业机械、石油化工、电子、建筑、钢铁、军事等领域。25第二十五页，共57页。3．传感

光纤传感技术是一个新应用领域。由于光纤传感技术是用光纤而不用金属导线来传递敏感信息，因此它同时具有光学测量和光纤传输的一些优点。26第二十六页，共57页。目前研制较多的光纤传感器有光纤温度传感器、应力应变光纤传感器、光纤陀螺、光纤加速度计、光纤水听器、光纤机械操纵系统、遥测遥感光纤网、光纤激光告警传感器、光纤延迟线等。光纤陀螺声音监控器激光告警系统27第二十七页，共57页。第三节激光玻璃

激光是由激光器发出的具有高亮度、单色性和相干性很好的光束。

激光是通过光、电或化学激发，使工作物质中的激活中心处于高能态，达到粒子数反转，出现受激发射形成特定波长光的放大而产生的。28第二十八页，共57页。在1960年第一台激光器问世后，第二年就出现了激光玻璃。随着激光技术的飞速发展，激光玻璃也越来越受到人们的重视。29第二十九页，共57页。

激光玻璃的基质材料是玻璃，由于玻璃的化学组成可以在很宽的范围内改变，可以制备出各种性质不同的激光玻璃；玻璃具有优良的光学均匀性、高透明度等特点，以及相比于晶体来说，玻璃容易制备，可任意成形为大口径激光棒或激光圆盘另外，玻璃中掺入的激活离子的种类和数量限制较小，因此国内外均给予激光玻璃高度重视。30第三十页，共57页。作为激光的基础玻璃，大多采用光学玻璃，例如钡冕、硬冕和磷冕等牌号。通常Nd2O3的适宜含量为3％~5％。Nd3＋在大部分玻璃系统中部获得了受激发射，但能满足各项要求有实用意义的只有硅酸盐、硼酸盐及磷酸盐系统。31第三十一页，共57页。

五、激光玻璃的应用利用激光玻璃优良的单色性，可作为分光光度计的光源；利用激光玻璃高度的定向性和相干性，能将它发射到非常遥远的空间，广泛用于激光定向和激光测距。32第三十二页，共57页。由于激光束可以聚焦成极小的“一点”，能量密度极高，可用来进行激光核聚变反应和激光打孔、激光点焊等精密加工以及外科手术。33第三十三页，共57页。另外，配合光导纤维传输的激光通讯正日益受到世界各国的重视。

激光玻璃由于容易获得均质大块材料，而且便于成型加工，大有发展前途。34第三十四页，共57页。第四节光色玻璃

物质在触及到光或者被光遮断时，其化学结构发生变化，其中的部分吸收光谱发生改变。35第三十五页，共57页。当受紫外线或日光照射时，由于玻璃在可见光区产生光吸收而自动变色；当光照停止时，玻璃能可逆地自动恢复到初始的透明状态。具有这种性质的玻璃称为光致变色玻璃(也称光色玻璃)。36第三十六页，共57页。许多有机物、无机物有光致变色性能，但是光色玻璃优于其他光色材料。例如，光色玻璃可以长时间反复变色而无疲劳(老化)现象，而且机械强度好，化学稳定性好，制备简单，可获得稳定的、形状复杂的制品。37第三十七页，共57页。

光色玻璃大致可以分为三类：掺Ce3+或Eu3+的高纯度碱硅酸盐玻璃；含卤化银或卤化铊的玻璃；由于玻璃结构的缺陷而变成色心的还原硅酸盐玻璃。目前，研究较多的主要有两种：一种是采用含卤化银的碱铝硼酸盐玻璃；另一种采用含卤化银的硼酸盐玻璃及磷酸盐玻璃等。38第三十八页，共57页。四、光色玻璃的应用光色玻璃因为具有变暗复明的光色性，在科学技术和人民生活中有着广泛的用途。光色玻璃除已广泛用作制造“太阳眼镜”外，在其他各个领域中也不断地进行开发。39第三十九页，共57页。作为图像记录、全息照相材料的应用，光色玻璃是合适的材料；作为情报贮存、光记忆在显示装置的元件中的应用，光色玻璃的光色性是十分有价值的；40第四十页，共57页。

在热带地区，光色玻璃作为汽车保护玻璃及建筑物的自动调光窗玻璃；

光色玻璃制成光学纤维面板也可以用于计算技术和显示技术。41第四十一页，共57页。第五节半导体玻璃

半导体玻璃的制造方法与普通玻璃相似，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，把原料加热熔化后再冷却，即可制得各种不同用途的半导体玻璃。

半导体玻璃实际上应称为玻璃半导体，它的应用是基于一些玻璃的半导体特性。42第四十二页，共57页。半导体玻璃具有开关、存储、整流、光敏热敏、二次电子发射等多种功能，可以制作电子线路温度补偿用敏感元件、红外检测器、测定高压用敏感元件、摄像管靶子、三极管、声光偏转器、光敏元件等。43第四十三页，共57页。玻璃半导体的应用玻璃半导体除有开关和记忆效应外，还有光导、光敏、热敏、整流、二次电子发射以及透红外等性能，并有相应的用途如下表所示：半导体玻璃布大型电解槽内防晕材料热敏玻璃红外玻璃44第四十四页，共57页。玻璃半导体的应用45第四十五页，共57页。

玻璃半导体除了具有上述的应用外，硫系玻璃薄膜还具有一定的特殊用途。即，它在一定能量的激光照射下，结构通常会发生变化。如果控制激光照射的能量，就可获得结构的可逆转变。46第四十六页，共57页。利用玻璃薄膜在两种结构状态下对光的透射、反射和衍射性能上的敏锐变化，可制成光存贮材料。由于激光点的尺寸很小，因此能得到高密度、大容量的光存贮器和激光全息记录介质。47第四十七页，共57页。第六节生物玻璃生物玻璃是指能够满足或达到特定生物、生理功能的特种玻璃。把易降解的玻璃材料植入生物体内，使其作为骨骸和牙齿代替物，从而开创了一个崭新的生物材料研究领域--生物玻璃和生物微晶玻璃材料。48第四十八页，共57页。

生物玻璃的研究已有40年的历史，现已成为材料学、生物化学以及分子生物学的交叉学科。由于生物玻璃具有人体软、硬生命组织有机联结的特点，在骨科、牙科、中耳等方面，可对人体的伤害部位进行维护治疗，其前景可观。49第四十九页，共57页。

生物玻璃主要是由Si、Na、Ca以及P的氧化物组成。目前，具有生物活性的玻璃已有一系列组成，并且人们对这些系列玻璃已积累了大量的模拟人体溶液实验数据。50第五十页，共57页。1．具有磁记录特性及光磁特性的功能玻璃DVD-RAM四、其他新型玻璃的应用无源磁光玻璃型电子式电流互感器51第五十一页，共57页。

2．载体用功能玻璃

玻璃的分相现象发现得比较早，但其性质和应用开发的研究开展得比较晚，多孔玻璃就是利用玻璃的分相原理制得的。将Na