表面张力
表面张力的含义、表面张力与温度的关系、表
面张力与组成的关系
粘 度
粘度是流体（液体或气体）抵抗流动的量度。
当液体流动时：
f＝ηS dv/dx
式中 f―两层液体间的内摩擦力；
（1-2）
S―两层液体间的接触面积；
dv/dx―垂直流动方向的速度梯度；
η―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。单位 是Pa· s ，或P (泊，1 Pa· s =10P)；粘度的倒数 称液体流动度Φ，即Φ=1/η。
1.0
1.2
1/T10-3 (K-1)
钠钙硅酸盐玻璃熔体粘 度与温度的关系
但这个公式假定粘 滞活化能只是和温度 无关的常数，所以只 能应用于简单的不缔 合的液体或在一定温 度范围内缔合度不变 的液体。对于硅酸盐 熔体在较大温度范围 时，斜率会发生变化， 因而在较大温度范围 内以上公式不适用。
Log η
2）VFT公式（Vogel－Fulcher－Tammann）
B lg A T T0
式中 A、B、T0―均是与熔体组成有关的常数。
3） 特征温度
e. 操作点 : 粘度相当于 10 c. :粘度相当于 10 ４ ～ a.变形点 应变点 粘度相当于 4 1010.5 Pa· s时的温度，是玻璃成 10 Pa· s的温度，是指变形开 13 × 10 Pa· s的温度，在该温度， 形的温度。 始温度，对应于热膨胀曲线上 f.成形温度范围: 粘度相当于 粘性流动事实上不复存在， 最高点温度，又称为膨胀软化 3～107Pa· 10 s的温度。指准备 玻璃在该温度退火时不能除 点。 成形操作与成形时能保持制 d. Litteleton软化点:粘度相当 去其应力。 品形状所对应的的温度范围。 6Pa· 于 4.5 × 10 s 的温度，它是 b. 退火点（ Tg ） : 粘度相当 g.熔化温度:粘度相当于 用 0.55 ～0.75mm直径，23cm 12 10Pa· 于 10 s的温度。在此温度下， Pa· s的温度，是消除玻 长的玻璃纤维在特制炉中以５ 玻璃能以一般要求的速度熔 璃中应力的上限温度，也称 ℃／min速率加热，在自重下 化。玻璃液的澄清、均化得 达到每分钟伸长一毫米时的温 为玻璃转变温度。 以完成。 度。
（1-1）
另外，还可以用极化力、场强、电负性等来表示
10000 1000 K η（P） 100 10 1 0.1 0 10 20 30 R2O(mol%) K Na
R Li＋：0.08 Na+：0.47 K＋： 2.24
Li
Li Na 40
R2O-SiO2玻璃系统在1400℃时的粘度变化
离子堆积的紧密性
双折射现象。
介稳性
玻璃处于介稳状态，就是说，玻璃物质是由熔融 体过冷却或其它方法形成玻璃时，系统所含有的内能 并不处于最低值。
H V
过冷液体
F
快速 慢速
液体 A B
玻璃态 E
图1-1 结晶和形成 玻璃时物质内能与 比体积随温度的变 化示意图
C
D Tg Tm T
晶态
玻璃的性质也随成分连续变化
除形成连续固溶体外，二元以上晶体化合物有 固定的原子或分子比，因此它们的性质变化是非 连续的。但玻璃则不同，在玻璃形成范围内，成
研究新材料。
G•Tamman的过冷液体假说
随着温度的下降，组成玻璃的分子团动能减小而
逐渐接近，同时相互作用力也逐渐增加，熔体的粘度
相应增大，最后分子堆积到十分紧密而可看作是无规 则的固体物质
图尔（A.Q. Tool）和埃赫林（C.G. Fichlin）提 出胶体假说 索斯曼（R.B. Sosman）和鲍特文 （O.K.БoTBUкVн）的聚集假说等
0.5
2
66.7
0.4
2.5
50
0.333
3
40
0.286
3.5
33.3
[SiO4]岛状结构
0.25
4
阳离子的配位状态 钠硼硅系统 “硼效应”
1－Al2O3
2－B2O3
离子的极化程度
离子极化能力是以它的折射度R来衡量的
n2 1 M 4 R 2 Na n 2 d 3
n——物质折射率； M——玻璃摩尔量； d——玻璃密度； N——阿伏加德罗常数； a——极化率。
的温度。
Tg和Tf之间这个温度区称为玻璃转变温度区 Tg－Tf的大小决定于玻璃的化学组成 对于一般玻璃来说，变动范围由几十到几2．玻璃转变在Tf以上
温度较高，玻璃粘度相应较小，质点的流动和扩散较
快，结构的改变能立即适应温度的变化，因而结构变
化几乎是瞬间的，经常保持其平衡状态。
在Tg以下
温度低，粘度极大，质点重排的速度极低，温度变化
和可逆的 玻璃体由熔融态冷却转变为固态，或加热的相反 过程，其物化性质是连续的。
性 质
Ⅰ d c’
d’ Ⅱ
c
a a’ a” b
b’
b” Tg c” d”
Ⅲ
温度
Tf
图1-3 玻璃性质与温度的关系
Tg相应粘度1012 Pa•s时的温度，称为转变温度（转变
点）
Tf称为软化温度（软化点），相应于粘度108 Pa•s时
第一章 玻璃及其结构理论 第二章 玻璃的形成规律 第三章 玻璃工艺学
下 篇 各论篇
第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 颜色滤光玻璃 原子技术玻璃 微晶玻璃 光导纤维 其它光学功能玻璃
第一章 玻璃及其结构
本章习题：
1. 名词解释
玻璃通性、玻璃转变、玻璃料性、逆性玻璃、硼效应、
网络形成体、网络外体、网络中间体、混合碱效应 2. 论述题 1) 比较玻璃结构理论中微晶子学说与无规则网络学说； 2) 论述影响玻璃性质的结构因素。
Tf Tg 热 膨 胀 1
2
温度
图1-6 淬火玻璃与退火玻璃在520℃时密度的平衡过程 1——淬火玻璃 2——退火玻璃
§1.3 玻璃结构理论
玻璃结构是指玻璃中质点在空间的几何配置、
有序程度，以及它们彼此间的结合状态。
通过对玻璃结构的研究，来了解玻璃性能与
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结构的相互关系，进而对玻璃的性能进行改进和
玻璃料性：对应于粘度104－108 P时的温度间距
1） 弗兰克尔公式 η＝ A1ｅ△u/kT logη＝A＋B/T 式中 △u―质点粘滞活化能； k―波尔兹曼常数； T―绝对温标； A1, A－与熔体组成有关的常数。
2000 1600 1200 1000
12
800
600
9
6
3 0 0.4
0.6
0.8
玻 璃
特种玻璃
《特种玻璃》
教 材：《玻璃工艺学》西北轻工业学院 主编
参考文献：
《无机非金属材料工学》林宗寿编 《特种光学玻璃》曹志峰 编著 兵器工业出版社 《新型玻璃》潘守芹等编等 《玻璃化学》(民主德国)福格尔(W. Vogel)著; 谢于深译 轻工业出版社, 1988.4
上 篇 基础篇
主 要 内 容
影响熔体粘度的主要因素是温度和化学组成。硅
酸盐熔体在不同温度下的粘度相差很大，可以从
10－2变化至1015 Pa· s；组成不同的熔体在同一温度
下的粘度也有很大差别。在硅酸盐熔体结构中，
有聚合程度不同的多种聚合物交织而成的网络， 使得质点之间的移动很困难，因此硅酸盐熔体的 粘度比一般液体高得多。
粘度－温度关系
却到室温时，它保持着与这温度区间的某一温度相应
的平衡结构状态和性能。这一温度也就是图尔（ Tool）
提出的著名的“假想温度”。
3. 热历史
密度 ρ
1
2
100
时间 h
图1-4 退火玻璃与淬火玻璃在520℃时密度的平衡过程 1——退火玻璃 2——淬火玻璃
lg η
477.8℃退火试样 急冷试样
t
图1-5 两不同热历史玻璃试样在486.7℃保温 下的粘度-时间曲线
面体的面和边相连；
4）每个多面体中至少有 3个氧离子与相邻多面体相连
形成三度空间发展的无规则连续网络。
氧化物分类 网络生成体 网络修饰体 网络中间体
物 质
SiO2、B2O3、P2O5、GeO2、As2O3
Li2O、Na2O、K2O、CaO、SrO、 BaO等 BeO、MgO、Al2O3、ZrO2、 Ga2O3、TiO2 等
断裂，碱金属或碱土金属离子均匀而无序地分布在某
些硅氧四面体之间的空隙中 。
石英晶体
石英玻璃
钠硅酸盐玻璃
无规则网络学说的玻璃结构模型
氧化物AmOn形成玻璃具有以下条件：
1）氧离子最多同两个A离子相结合，也即是氧的配位 数不大于2； 2）A阳离子周围的氧离子数目不应过多，一般3或4， 也即阳离子的配位数为3或4； 3 ）网络中氧配位多面体只能以顶角相连，不能以多
微晶子学说
兰达尔（Randell）于1930年提出了玻璃结构的微晶子 学说。认为玻璃由微晶与无定形物质两部分组成。微 晶具有正规的原子排列并与无定形物质间有明显的界 限。微晶尺寸为1.0-1.5 nm，其含量占80%以上。 列别捷夫（A.A. л е б е gе B）认为玻璃中存在 “微晶子”，这些“微晶子”与石英晶体有类似结构， 但又与一般微晶不同。它们是尺寸极其微小、晶格极 度变形的有序排列区域。玻璃中的这些微晶子分散在 无序区域中，从微晶子到无序区的过渡是逐渐完成的， 没有明显的界限，微晶子中心部位有序程度最高，离 中中心越远，有序程度越低，不规则程度也就越显著。
α-鳞石英
1670℃ 1470℃
α-方石英 β-方石英
1713℃
熔体
163℃
150℃
β-石英
β-鳞石英
117℃
石英玻璃