北京工业大学：《新型玻璃与陶瓷材料》课程教学资源（PPT课件）第三讲 硅酸盐玻璃中氧化物的作用

氧化硼使玻璃化学稳定性提髙的机理 硅氧四面体 B203 -硼氧四面体 硼在硅钠系统中吸收桥氡 阻塞通道的平面示意图

氧化硼使玻璃化学稳定性提高的机理

碱硼硅酸盐玻璃中的硼反常现象 Na2020% 1.53 a2016% 151 /Na2012% 148 048121620242832 氧化分子数重01% a20-B2O3-S02玻璃折射率变化

碱硼硅酸盐玻璃中的硼反常现象

元素周期表主族元素(除惰性气体外) H Be B C N F 金 N Mg Al Si P K Ca Ga Ge As Se Br 性生 Rb Sr In Sn Sb Te 强 相氧物离键增 应化的子性强 Cs Ba Pb Bi Po At 非金属性质增强 相应氧化物的共价键性增强

元素周期表主族元素（除惰性气体外）

硅酸盐玻璃的氧化物分类 1网络形成体:Si所在区域,单独形成网络, 可单独形成玻璃。 2网络调整体:A所在区域,提供氧离子, 产生非桥氧,破坏网络。 3网络中间体: Li所在区域。在玻璃中有消除非桥氧的作 用。没有非桥氧时,提供非桥氧破坏网

硅酸盐玻璃的氧化物分类 1.网络形成体：Si所在区域，单独形成网络， 可单独形成玻璃。 2.网络调整体：Al所在区域，提供氧离子， 产生非桥氧，破坏网络。 3.网络中间体： Li所在区域。在玻璃中有消除非桥氧的作 用。没有非桥氧时，提供非桥氧破坏网 络

石英熔体容易形成玻璃的原因 二氧化硅 键强 键性 配位数 Si-O强键S-O键:离子+共价[SiO44

石英熔体容易形成玻璃的原因 二氧化硅 键强 键性 配位数 Si-O 强键 Si-O 键：离子+共价 [Si O 4 ] 4-

解释 1.(配位数+共价键性):二氧化硅晶体三维网络 2.强键: 氧化硅的熔点高达1713℃ 3.离子键性: Si-O-Si键角变化对内能影响不大 熔体冷却过程:小单元以不同Si-O-Si键角结合, 形成三维无规则网络 低温状态下:以不同SOSi键角结合的三维网 络和石英晶体内能相差不大

解释 1. （配位数+共价键性）：二氧化硅晶体三维网络 2. 强键： 二氧化硅的熔点高达1713 ℃ 3. 离子键性：Si-O-Si键角变化对内能影响不大 熔体冷却过程：小单元以不同Si-O-Si键角结合， 形成三维无规则网络 低温状态下：以不同Si-O-Si键角结合的三维网 络和石英晶体内能相差不大

石英玻璃的形成 高温熔化过程中, 高温热运动 三维网状结构破坏 小结构单元 熔体 2.熔体冷却过程中 化学键作用 小结构单元缔合 结构单元增大(粘度增大,结构难以调整) 无规则网络(玻璃)

石英玻璃的形成 1. 高温熔化过程中， 高温热运动 三维网状结构破坏 小结构单元 熔体 2. 熔体冷却过程中 化学键作用 小结构单元缔合 结构单元增大 （粘度增大，结构难以调整） 无规则网络（玻璃）

石英熔体形成玻璃的特点 石英玻璃形成过程: 冷却过程中石英熔体非常容易形成玻璃; 临界冷却度:石英熔体约1℃/3天; 金属熔体约105℃/秒。 石英玻璃使用过程: 热力学角度,△G=(G石英品体一G石英玻璃)小 动力学角度,粘度极大,原子间位置难以调整

石英熔体形成玻璃的特点 石英玻璃形成过程： 冷却过程中石英熔体非常容易形成玻璃； 临界冷却度: 石英熔体约1℃ /3天； 金属熔体约105℃ /秒。 石英玻璃使用过程： 热力学角度，△ G=（G石英晶体- G石英玻璃）小 动力学角度，粘度极大，原子间位置难以调整

类典型网络形成体氧化物的差异 维网状结构,二氧化 硅的化学稳定性好, 热膨胀系数低,熔化 温度高。 二维层状网络,层间范 德华力结合。 0P|0 二维层状网络,层间范 德华力结合

三类典型网络形成体氧化物的差异 三维网状结构，二氧化 硅的化学稳定性好， 热膨胀系数低，熔化 温度高。 二维层状网络，层间范 德华力结合。 二维层状网络，层间范 德华力结合

网络调整体 氧化钠 键强 键性 配位数 NaO弱键Na-O键:离子 Na o&

网络调整体 氧化钠 键强 键性 配位数 Na-O 弱键 Na-O 键：离子 [Na O 8 ]