硅酸盐玻璃、钠钙硅玻璃、碱硼酸盐玻璃结构的介绍

硅酸盐玻璃玻璃结构

   熔融石英玻璃在结构、性能方面都比较理想。熔融石英玻璃硅氧比值 (1:2)与Si02分子式相同,因此可以把它近似地看作是由硅氧网络形成的独立“大分子。 如果在熔融石英玻璃中加人碱金诚氧化物,就使原有的(具有三维空间网络的)“大分子” 发生解聚作用,主要是碱金属氧化物提供氧使硅氧比值发生改变所致。这时氧的比值已相对 增大,玻璃中已不可能每个氧都为两个硅原子所共用(这种氧称为桥氧),幵始出现与一个 硅原子键合的氧(称为非桥氧),使硅氧网络发生断裂。非桥氧的过剩电荷为碱金诚离子所 中和。碱金属离子处于非桥氧附近的网穴中,碱金诚离子只带一个正电荷,与氧结合力较 弱,故在玻璃结构中活动性较大,在一定条件下,它能从一个网穴转移到另一个网穴。一般 玻璃的析碱和玻璃的电导等大多来源于碱金属离子的活动性。

非桥氧的出现,使硅氧四面体失去原有的完整性和对称性。结果使玻璃结构减弱、疏 松,并导致一系列物理、化学性能变坏,表现在玻璃黏度变小,热膨胀系数增大,机械强 度、化学稳定性和透紫外线性能下降等。碱含量愈大,性能变坏愈严重。实践证明,二元碱 硅玻璃,由于性能不好,一般没有实用价值。

钠钙硅玻璃结构

碱硅二元玻璃由于结构上的原因,一系列性能都不理想,没有实用意义。当加入碱土金 属氧化物时,情况大为改观。例如钠硅玻璃中加人CaO时,使玻璃的结构和性质发生明显 的变化,主要表现在结构的加强,一系列物理化学性能变好,成为各种实用钠钙硅玻璃的基 础。钙的这种特殊作用来源于它自身的特性及其在结构中的地位。Ca2+的离子半径(0. 099nm)与Na~^ (0. 095nm)接近,但Ca2+的电荷比Na+大1倍,其场强比钠大得多。 它具有强化玻璃结构和限制钠离子活动的作用。

目前大多数的实用玻璃[例如瓶罐玻璃、器皿玻璃、保温瓶玻璃、灯泡(泡壳)玻璃、 平板玻璃等]都属于以钠钙硅为基础的玻璃。为进一步改善玻璃的性能,在钠钙硅成分的基 础上还必须加人少量的A1203和MgO。

 碱硼酸盐玻璃结构

核磁共振研究证明,碱金属或碱土金属氧化物加人b2o3玻璃中,将产生硼氧四面体 [B04]。

在一定范围内,碱金属氧化物提供的氧,不像在熔融石英玻璃中 作为非桥氧出现于结构中,而是使硼氧三角体[bo3]转变成为完全由桥氧组成的碾氧四面体[bo4],导致b2o3玻璃从原来两维空间的层状结构部分转变为三维空间的架状结构,从 而加强了网络,使玻璃的各种物理性质与相同条件下的硅酸玻璃相比,相应地向着相反的 方向变化。这就是所谓“硼氧反常性”。


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