层和链或环 链和环
链、环和双四面体 双四面体 双四面体和孤岛状 孤立岛状
[Si4O10]n和[SiO3]n [SiO3]n
[SiO3]n和[Si2O7] [Si2O7] [Si2O7]和[SiO4] [SiO4]
在熔融SiO2中，O/Si比为2：1，[SiO4]连接成
架状，若在熔融SiO2中加入Na2O，则使O/Si比例升
（2）粘度是影响水泥、陶瓷、耐火材料烧成速率快慢的 重要因素。
☻降低粘度对烧结有利，但粘度过低又增加了坯体变形
的能力。
☻在瓷釉中如果熔体粘度控制不当就会形成流釉等缺陷。
（3）熔渣对耐火材料的腐蚀、高炉和锅炉的操作也和粘度 有关。
3.3.1.2 概念 • 粘度是硅酸盐熔体物理化学性质的最大特征， • 表征流体的内摩擦力，是由流体的结构本质所
1.
什么是聚合物？
不同聚合程度的负离子团: [SiO4]4-（单体） [Si2O7] 6 -（二聚体） [Si3O10] 8 -（三聚体）
硅酸盐熔体中化学键的特点 • 硅酸盐熔体中最基本的离子是硅、氧、碱土或碱金属离
子。
• Si4+电荷高、半径小，根据晶体结构理论，它有很强的形 成硅氧四面体的能力。 • 根据鲍林电负性计算，Si-O间电负性差值为ΔX=1.7,所 以Si-O键既有离子键成分又有共价键成分。 • 根据杂化理论，Si与O结合时形成π键叠加σ键，使Si-O 键强增加和距离缩短。
3.3.1 粘度 (viscosity)
3.3.1.1 粘度在材料生产工艺中的应用 3.3.1.2 概念
3.3.1.3 粘度与温度的关系
3.3.1.4 粘度与组成的关系
3.3.1.1 粘度在材料生产工艺中的应用
粘度在无机材料生产工艺上很重要。
熔体的粘度是材料制造过程中需要控制的一个重要工艺参数。
决定的。
熔体流动时，上下两层熔体相互阻滞，其阻滞力F的大小与两 层接触面积A及垂直流动方向的速度梯度dv/dy成正比，即如
下式：
dv F A dy
F 两层流体之间的内摩擦 力； A 两层液体之间的接触面 积； dv 垂直流动方向的速度梯 度； dy
第 3章
3.1 概述
熔体和玻璃体
3.2 熔体的结构 3.3 熔体的性质 3.4 玻璃（体）的通性 3.5 玻璃（体）的形成 3.6 玻璃（体）的结构
学习目的:
1. 了解硅酸盐熔体的结构和特性。 2. 基本掌握硅酸盐性质的影响因素。 3. 掌握晶核形成条件，了解晶核形成过程动力学和晶体 长大过程动力学。 4. 了解玻璃体的结构。
在特定的条件下对固体的反应和烧结起着一定的作用，影
响着固体材料的结构和性质。
学习和研究熔体和玻璃体的结构和性能，掌握相关的基本 知识，对于开发新材料，控制材料的制造过程和改善
材料的性能都是很重要的。
3.2 熔体的结构
硅酸盐熔体的结构：熔体的聚合物理论
1. 什么是聚合物？ 2. 熔融石英的分化过程 3. 缩聚和变形 4. 分化与缩聚的平衡
• 熔体中就有各种不同聚合程度的负离子团同时并存， 有 [SiO4]4- （单体）、[Si2O7] 6 -（二聚体）、[Si3O10] 8 （三聚体）……[SinO3n+1] （2n+1） -（n聚体）。
• 多种聚合物同时并存而不是一种独存，这就是熔体结构远
程无序的实质。
3.3 熔体的性质
3.3.1 粘度 (viscosity) 3.3.2 表面张力 (surface tension)
水泥行业：高温液相的性质（如粘度、表面张力）常常决定水 泥烧成的难易程度和质量好坏。
陶瓷和耐火材料行业：通常是强度和美观的有机结合，有时希 望有较多的熔融相，而有时又希望熔融相含量较少，而更重要 的是希望能控制熔体的粘度及表面张力等性质。
☻传统玻璃的整个生产过程就是熔体和玻璃体的转化过程。
☻在无机固体材料中，熔体不仅可以急冷制备玻璃，而且
高，随着加入量的增加，O/Si比逐步升高至4：1，此 时[SiO4]连接方式可以从架状、层状、链状、环状直 到桥氧全部断裂而形成[SiO4]岛状。这种架状[SiO4] 断裂称为熔融石英的分化过程。
3. 缩聚和变形
分化过程产生的低聚物不是一成不变的，可以相 互作用，形成级次较高的聚合物，这一过程称为缩聚。
[SiO4]Na4 + [Si2O7]Na6 → [Si3O10]Na8 + Na2O （短链） 2 [Si3O10]Na8 = [SiO3] 6Na12 + 2 Na2O （环）
4. 分化与缩聚的平衡
• 缩聚释放的Na2O又能进一步侵蚀石英骨架而使其分化出
低聚物，如此循环，最后体系出现分化与缩聚平衡。
5. 掌握玻璃体的通性。
6. 基本掌握玻璃的形成规律。
3.1 概述
气态
聚 集 状 态
气体
液态
液体 晶体
质点在三维空间有规则 的排列----远程有序
固态
固体
非晶体 玻璃体 高聚体 近程有序而 远程无序
熔体和玻璃体是物质的另外两种聚集状态。
• 熔体特指加热到较高温度才能液化的物质的液体，即 熔点较高物质的液体。 • 熔体快速冷却则变成玻璃体。
• 因此，熔体和玻璃体是相互联系、性质相近的两种聚 集状态，这两种聚集状态的研究对理解无机材料的形成 和性质有着重要的作用。
Example
☻在其他无机材料（如陶瓷、耐火材料、水泥等）生产过 程中一般也都会出现一定数量的高温熔融相，常温下以 玻璃相存在于各晶相之间，其含量及性质对这些材料的 形成过程及制品性能都有重要影响。 如：
因此， Si-O键具有高键能、低配位数和方向性等特点。
2. 熔融石英的分化过程
氧硅比对硅酸盐熔体阴离子团结构形式的影响
O/Si
2 2---2.5 2.5 架状 架[SiO2]n [SiO2]n和[Si4O10]n [Si4O10]n
2.5---3.0 3.0
3.0---3.5 3.5 3.5---4.0 4.0
Example
（ 1 ）粘度是关系到玻璃制造和加工的一种重要性质。玻璃
生产的各个阶段，从熔制、澄清、均化、成形、加工直到退
火的每一个工序都与粘度密切相关。
☻ 熔制玻璃时，粘度小，熔体内气泡容易逸出； ☻ 在玻璃成型和退火方面粘度起控制性作用； ☻ 玻璃制品的加工范围和加工方法的选择也和熔体粘度及
其随温度变化的速率密切相关。