玻璃成分对密度的影响规律

玻璃的密度与其成分的关系非常密切,不同组成系统的玻璃密度值相差很大。其中,石英玻 璃的密度最小,为2. 2g/cm3;普通钠钙硅玻璃的密度约为2. 5〜2. 6g/cm3;氧化铅含量较高的重 火石玻璃的密度值可达6. 5g/cm3

玻璃的密度对于成分十分敏感,成分的微小变化即可从密度值上反映出来。例如,当组成偏 差的数值在(0.02〜0.05)% (质量分数)范围内时,已很难用化学分析分辨;而由此引起的密 度变化可达2X10_4g/cm3,还很容易测出。在实际生产过程中,原料石英砂的含水量易发生变 化,在(3〜10)% (质量分数)范围内的波动即可引起100X10_4g/cm3的密度变化。因此,测 定密度是生产工艺中控制玻璃组成稳定、方便而有效的方法,根据生产技术水平、产品质量和设 备条件制定密度波动的允许范围,用于衡量生产工艺的稳定性。

玻璃成分对密度的影响起因于各种氧化物对结构紧密度的影响。在硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐 等玻璃中加人碱金属和碱土金属氧化物时,阳离子进人结构网络的空隙中,使网络发生部分解 聚,同时增加了空间填充度。其中,半径较小的阳离子(如Li+、Mg2+等离子),只是增加了结 构的紧密度,而不引起网络结构扩张,因而导致玻璃的密度增加。而且阳离子半径越小,场强越 高,这种作用越显著。对于半径较大的阳离子(如K+、Ba2+、La3+等离子),在增加空间填充 度的同时,还引起网络结构扩大,最终导致结构紧密度下降。而半径较小的阳离子只在含量较高 时,这种作用才较为明显。 .

在玻璃结构中,部分氧化物配位状态的变化也将影响玻璃的密度。例如,当氧化硼从三角体 变为四面体、网络中间体氧化物(如A1203和Ge23)从四面体变为八面体时,都引起玻璃密度 增加。因此,在发生这些配位状态改变的组成范围可观察到玻璃密度的极大值。

当玻璃组成中同时存在氏03和Al2()3时,对密度的影响更为复杂。由于[A10J比[BQ]稳 定,所以引人八1203时,先形成[AIOJ;当组成中的R20足够多时,才能使[B〇3]变成[BOJ。



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