氧化物玻璃怎么样？

发布时间:2016/4/29

氧化物玻璃怎么样？

上个世纪玻璃就已使用氧化物成分，至今大量工业化生产的玻璃仍为氧化物玻璃，氧化物玻璃还可细分类。

(1)单组分氧化物玻璃

如Si〇2、B2〇3、Ge〇2、P2〇5、As203等单组分氧化物形成的玻璃，除含Si〇2形成的石英玻璃外，其他应用较少。

(2)硅酸盐玻璃它是品种很多、产量很大、应用很广的玻璃品种。

①石英玻璃也称熔融石英玻璃，含汾〇2等，杂质含量10-6〜10-9。

②高桂氧玻璃也称vycor玻璃，主要成分为Si〇2和 Na20o

③碱硅酸盐玻璃包括Li2〇-Si〇2、Na20-Si02、K2〇-Si〇2系统成分，实用的Na2〇- Si02系统的高碱部分，可从Na2〇• Si02到Na20 • 3Si〇2均称水玻璃，能溶于水，Li20- Si02系统也可制成水玻璃，性能优于Na20-Si02系统。

④钠钙硅酸盐玻璃以Si02-Ca0-Na20为主要成分，也称苏打-石灰玻璃（Soda-lime- glass)，加入适量 AI2O3 和 MgO 后，成为 Si〇2-Al2〇3_CaO-MgO-R2O (Na20+ K2O) » 称

为铝镁玻璃。钠钙玻璃和铝镁玻璃成分是制造平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃和建筑玻璃的 常用成分。

⑤无碱硅酸盐玻璃玻璃不含R2〇或R2〇<2%的Si02-Al203-Ca〇-Mg0成分的玻璃， 有很高的化学稳定性、软化点、强度和电绝缘性，但玻璃黏度大、料性短、易析晶，用于制 造玻璃纤维、玻璃仪器、钠灯管、电绝缘子等。

⑥铅硅酸盐玻璃（铅玻璃）指Si02-Pb0-R20成分，具有较大的折射率和色散；较高 的密度和电绝缘性；玻璃软化点较低，料性长，用于制造光学玻璃、晶质玻璃、电真空玻 璃、防辐射玻璃。

⑦钡硅酸盐玻璃（钡玻璃）指Si02-Ba0-R20成分，具有较大的折射率和色散，较高 的绝缘性，可代替或部分代替铅玻璃，制备光学玻璃、晶质玻璃、电真空玻璃、防辐射(3)硼酸盐玻璃

①氧化硼玻璃单组分B203玻璃，熔点低、软化点低，化学稳定性很差，无实用价值。

②铅硼酸盐玻璃常见的B203-Pb0-Zn0，具有高的折射率、低色散，较低的软化点， 较高的绝缘性，而且玻璃形成范围广，不易析晶，可用于制备光学玻璃、中子射线防护玻璃、封接玻璃、玻璃焊料。 

③镉硼酸盐玻璃指B2〇3-CdO-RO成分，R〇可由Ca〇、SrO,Ba〇、Zn〇以及ThC)，除Th〇2外，玻璃形成范围都比较广，具有高折射率、低色散性质，用于光学玻璃。

④镧硼酸盐玻璃指B203-La203-Rw0„系统成分，RwO„可用多种氧化物，如2价的Ca〇、Sr〇、Ba〇、CdO、PbO、ZnO等，4价的Th〇2，5价的Ta205，具有较高的折射率，

低的色散，较好的化学稳定性，广泛应用于光学玻璃。

⑤掺杂硼酸盐玻璃以硼酸盐玻璃为基础成分，掺杂Tb3+、Yb3+等稀土离子可作激 光玻璃，择杂Er3+作发光玻璃，掺杂有机染料作非线性光学玻璃。

(4)硼硅酸盐玻璃

①低碱硼硅酸盐玻璃指Si〇2-B2〇3-R2〇成分，含R2〇低、Si02高的玻璃，线膨胀 系数小、色散小、化学稳定性好、热稳定性高、电绝缘性好，用作仪器玻璃（如Pyrex)、耐热炊具玻璃、安瓿玻璃、中性玻璃、电真空玻璃、光学玻璃、LCD基片、太阳能电池板 和集热器等。

②碱土硼硅酸盐玻璃指Si02-B203-R0成分，如Si02-B2〇3-Pb0成分，用于制备光学玻璃、低温釉料；Si02-B203-Pb0/Zn0成分用于结晶性粉末焊料，作阴很射线管（CRT)封接用；Si02-B203-Zn0成分，用于整流器、电子器件钝化方面。

③镧硼硅酸盐玻璃指Si〇2-B203-La2 03-Rm〇n成分，如Si〇2-B2〇3-La203-Ca0-ZnO- Zr02成分具有高折射率、低色散，化学稳定性较好，失透能力较低，用作光学玻璃。

④稀土掺杂硼硅酸盐玻璃以Si02-B203-Rw0„为基础成分，掺杂Pr3+、Nd3+的激光 玻璃、掺杂Au、Ag、Cu的非线性光学玻璃、掺杂CdS、ZnS: Mn2+纳米晶的发光玻璃。

(5)铝酸盐玻璃以Al2〇3-CaO系统为基础成分，在其中加入碱金属氧化物、碱土金 属氧化物与高价氧化物形成 A1203-CaO-BaO、A1203-BeO-CaO、A1203-CaO-BeO-MgO- Sr〇-BaO、AI2 03~La2 Os-Fe2 03-Ca0-Mg0-K2 0-Na2 O或无隹丐的 Al2 03_Ta2〇5_Cs2 0、Al203-Nb205-K2〇、Al203-Ti〇2-Na20、Al2〇3-Bi2〇3-PbO-CdO 等成分。铝酸盐玻璃的红 外吸收界限比硼酸盐、硅酸盐要长，铝酸盐玻璃可达6pm，而硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐玻 璃吸收界限为3〜5pm，因此铝酸盐玻璃成分可用作透红外玻璃。另一方面铝酸盐玻璃软化 点很高，高温时可耐钠蒸气侵蚀，可用于高压钠灯灯管，并可作LCD基片和显示器基片。 但铝酸盐玻璃熔化温度高、料性短、易析晶，成形和加工均困难。

(6)铝硅酸盐玻璃

①碱铝硅酸盐玻璃指Si02-Al203-R20成分，如Si02-Al203-Li20为微晶玻璃成分， 可析出p-锂辉石和石英固溶体微晶，得到低膨胀、低介电损耗、高热稳定性、高强度的微晶 玻璃，用于炉灶面板、炊具盖、加热炉窗口、耐热餐具以及军工产品。

②碱土铝硅酸盐玻璃指Si〇2-Al2〇3-RO成分，如Si02-Al2〇3-Mg〇为重要的微晶玻 璃成分，析出堇青石（2Mg0*3Al203• 5Si02)微晶，介电性能很好，可用于导弹的雷达 罩、光电子器件基板（基片）；Si02-Al203-Mg0也可作为高强度玻璃成分（如S玻璃），抗 拉强度高，弹性模量大，高温下强度不降低，而且疲劳强度高，用作卤素灯管、高负荷电子 管、炊具以及火箭发动机罩壳等。Si02-Al203-Ca0成分具有耐水性好，电绝缘性和强度高， 用作无碱玻璃纤维成分。Si02-Al203-Ba0成分的微晶玻璃，析出的晶相为单斜钡长石，具 有很高的抗热震性能，低的介电损失，用SiC或Si3N4增强可作航天高超音速飞行器上的耐 高温材料、热防护材料。

(7)铝硼硅酸盐玻璃含有Si02、B203、A1203三种玻璃形成物的成分，如SiC^- i^Os-AbCb-BaO 系统， 具有高的软化点和电绝缘性、低的膨胀系数，用于集成电路光刻的 光掩膜基板、耐热无碱的电子器件基板、耐热灯管、炊具和耐热器皿。

(8)磷酸盐玻璃

①碱磷酸盐玻璃指P205-R20成分，熔化温度很低（400°C左右），可溶于水成高黏 度溶液，含水量可达10%〜30%。作为缓释放性肥料载体和涂层载体。

②钙磷酸盐玻璃指P2〇5-CaO系统成分，可形成磷酸钙或羟基磷灰石，与人体骨骼 能很好地结合，具有生物活性；也可以此为基础成分热处理微晶化，析出P-Ca(P03)2结晶 纤维，在长度方向平行排列，成为定向微晶玻璃，抗弯强度大，韧性高；以此制造生物微晶 玻璃，除用作人工骨、人工齿外，多孔的P2〇5-Ca〇系统还可作人造骨、牙的填料。P205- CaO成分还可作透紫外线玻璃。

③钒磷酸盐玻璃指P205-V205-R0-R20系统成分，如P205-V205-Ba0玻璃用作信 息存储材料，P205-V205-Na20成分可作半导体玻璃。

④铅磷酸盐玻璃指P205-Pb0-W03成分，具有很高的X射线和7射线吸收系数，而 且辐照后不变色，用作防辐射玻璃。

⑤银磷酸盐玻璃指P205-Ag20-Agl成分，具有很好的离子导电性，可用于高浓度的

(9)硼磷酸盐玻璃在磷酸盐玻璃成分中加入B203，增加磷酸盐交联程度，扩大玻璃 的形成范围，改善玻璃性能。p2o5-b2o3-ro-r2o系统可作光学玻璃成分。p2o5-b2o3- Ca0-(Fe203, FeO)成分的玻璃析晶后能制成强磁性的微晶玻璃，埋于人体肿瘤附近，加 一个交变磁场，由于玻璃磁滞损耗而发热，能杀死癌细胞，而对正常细胞无损伤。

(10)铝磷酸盐玻璃在磷酸盐玻璃中引入ai2o3的作用与引人b2o3相似。p2o5- 八12()3-、(\具有较大的受激发发射截面，较低的非线性折射率，较高的机械强度和化学稳 定性，可作掺杂Nd3+或Er3+激光玻璃的基础成分，用于高砷率激光聚变装置的激光放大 器。P205-Al203-Zn0成分可作抗氢氟酸侵蚀的玻璃，用于耐氢氟酸的仪器与容器。P205- Al2〇3-CaO成分晶化后成生物微晶玻璃，折射率接近人的牙齿，用于人工齿。P205-A1203- B203-Li20-Ag20成分可作剂量计玻璃，用于测量射线剂量。P205-Al205-Mg0-K20-Fe203成分可吸收紫外线，而不含Fe203的P205-Al203-B203-Ca0成分还可作透紫外线玻璃。

(11)钛酸盐玻璃Ti〇2不能单独形成玻璃，但和碱金属氧化物与碱土金属氧化物共存 时可形成玻璃。Ti02-Al203-Ba0-Na2C^￥、统成分耐碱性很好，可用作水泥增强用的玻璃纤 维。Ti02-Zr02-B203-Zn0-Ba0成分的折射率很高，nD可达1.9，用于制造交通标志的玻璃 微珠。Ti02-B203-Ca0-Ba0系统可作为铁电玻璃、新型光学玻璃成分，也可作为微晶玻璃 成分，热处理后得到高介电常数的BaTi〇3微晶。同理，含PbO的钛酸盐玻璃成分，热处 理后也可得到高介电常数的PbTi〇3微晶。

(12)钛硅酸盐玻璃 Ti〇2-Si〇2-RO-R2〇系统成分中，RO分别由BaO、CaO、ZnO引 入，R2〇由Na2〇、K2〇引人，其中以Ti02-Si02-Ba〇系统为基础成分加人R20、CaO, Zr02可得到高折射率、低色散、低密度的光学玻璃，代替稀土玻璃，用于航空、航天设备 的空间光学系统。Ti02-Si02-Sr0和Ti02-Si02-Sr〇-Ba〇成分，热处理微晶化后得到很向排

列的微晶玻璃。极性晶体可以是铁电体，也可以是非铁电体，经极化处理后具有压电性和热 释电性。Ti02-Si02-Nb205-Na20成分可用作非线性光学玻璃。

(13)碲酸盐玻璃单组分Te〇2玻璃可在低于1100°C下熔融而得到，具有较高的折射 率UD为2.3)和高热膨胀系数，《高达250X 10-7/°C，介电常数也比较高，红外透过界 限为6〜7^m，转变温度比较低，在空气中稳定。碲酸盐玻璃还具有溶解稀土离子的能力和 较宽的发射带，引起许多学者的重视，但拉制纤维时容易析晶，可加入Ge〇2，以降低析晶 能力。碲酸盐玻璃中掺杂Er3+的光纤，3dB带宽大于60nm，光纤损耗率由10dB/m降低到

0. 02dB/mo

Te〇2-PbO (BaO)、Te〇2-V2 O5、Te〇2-Bi2 O3、Te02-W〇3-Ta2 Os-La2 O3等_^兀和多 元稀土成分可用于制备光学玻璃，为改善性能可加入Si02、B203、Ge02、P2O5等玻璃形 成物，折射率达1.95〜2. 15。Te02-Ge02-Tl20-Bi2〇3成分的折射率高达2. 187，阿贝数

14.7。碲酸盐成分中加入卤化物和硫酸盐可改变折射率和色散，如LiCl-Te02、LiF-Te02、 NaF-Te02、KF-Te02、BaF2-TeQ2、K2S〇4-Te02、BaS04-Te02、SrCl2-Te〇2、PbF2-

Te02、ZnF2-Te02等。Te02-Ti02-Li2O成分可用于非线性光学玻璃。 \

(14)锗酸盐玻璃 Ge02用熔融法能单独形成玻璃，由GeCVPbO、Ge02-Zr02, GeC>2-Al2 03-La2 O3、Ge02-Mn〇2_Li2〇成分系统制成的玻璃，红外线透过界限可达7〜8^m,与硫族透红外线玻璃相比，锗酸盐玻璃软化温度和转变温度比较高，硬度也高，划痕 强度大。锗酸盐玻璃有利于提高稀土量子的发光效率，可用于固体激光器的平面光波导材

第1章玻璃的特性和品种13

料，如Ge02-Ba0-Na20系统可作钦离子激光器的基础玻璃成分。

(15)钒酸盐玻璃V205只有通过熔体急速冷却才能形成玻璃，但少量添加剂可使钒 酸盐玻璃稳定，如V205-Ba0系统中V205含量可大于60%(摩尔分数），V205-P205-Ba0、V205-P205-Pb0、V2O5-P2O5-WO3, V205-P205-Mo03等成分，为电子导电玻璃，膨胀系

数比较高，黏度小、软化点低、硬化速度快，很容易析晶，室温时电阻率为10〃n.cm，200°C下为102«6〜10&5n • cm,电阻随温度升高而减小，介电常数3. 5〜5，介电损失tan》

0.01〜0.1,用于热敏电阻。

(16)锑酸盐玻璃Sb2〇3很难形成玻璃，Sb2〇5形成能力比Sb2〇3要强，但锑酸盐玻 璃熔化温度高于1000°c，而800°C以上，Sb5+已还原成Sb3+，所以经过快速冷却可制成 Sb203玻璃，其折射率％可达2.090。在Sb2〇3中加入R20后，可得到含R20 10%〜40%(摩尔分数）的Sb203-R20玻璃，但玻璃易失透，很难在光学材料中应用。

3匕03-八1203-仏20和31)203-八1203-1^0成分在波长6Mm以内的透过率较好，可用于 红外窗口。高锑玻璃的热膨胀系数为120X10-7/°C，如加A1203和K20时，线膨胀系数升 高到212X10_7/°C。含锑玻璃具有反常的色散值，可校正光学镜头的畸变。锑酸盐玻璃红 外透过范围为0.47〜2. 7pm，折射率2. 09，声速3. 40km/s，相对品质系数M为21. 5(即相

对Si〇2品质系数），可用作声光玻璃。

(17)砷酸盐玻璃砷酸盐玻璃包括As203和As2〇5，可在密闭容器中熔制而成玻璃， As203称为亚砷酸盐玻璃，As205称为砷酸盐玻璃。由于As203和As2〇5之间有平衡关 系，在正常气氛中熔制，AS203/AS2〇5之间平衡向As205方向移动，As2〇5含量大于

As203含量，称砷酸盐玻璃可能更合适。

目前，已研究的有As203-R20系统（R20为Li20、Na2〇、K2〇）、As2〇3-RO系统 (RO 为 SrO、BaO)、As2O3-As2O5-AI2O3-Na2O系统和 As2 03-As2〇5-Na2 0-NaCl系统。 全部高砷玻璃系统在320nm〜5.3Mm范围内光的透过率高，折射率也较高，As203-As205- Al2()3-Na2〇系统 可达 1. 7145〜1. 7644，密度4. 2253〜4. 4305g/cm3; As2〇3-As2〇5- BaO-BaCl2系统wD可达1. 7023〜1. 7084，密度4. 3475〜4. 4714g/cm3。高砷玻璃可加入卤 化物，如氟化物和氯化物，但不容纳溴化物和碘化物，也可加入硫酸盐，得到反常色散的玻 璃。由于砷酸盐玻璃有毒，化学稳定性不好，有些砷酸盐玻璃甚至吸湿，加上高温熔化时要 挥发，需密闭熔化，因此实际应用较少。

(18)镓酸盐玻璃 Ga2〇3的熔点比较高，达1795°C (2068K 士 20K)，加入CaO后， 熔化温度降低，含CaO 38%〜62. 5% (摩尔分数）的CaO-Ga203玻璃，叩为1. 778〜1.802,阿贝数为28〜31。除Ga2〇3-CaO 系统外，还有 Ga2〇3-Pb〇、Ga203-Li20、Ga203- Ge〇2、Ga203-Nb203等系统玻璃。