玻璃在高压下的致密化

在高压和超高压的条件下，玻璃的结构和性质都将发生变化。当压力达到10X10⁸Pa时，大 多数玻璃具有良好的塑性。若继续增加压力至（100〜200)X 10⁸Pa，则因承受高压后玻璃的形变 不可逆而产生塑性流动，导致玻璃的密度增大，即产生致密化，表明玻璃网络结构的容积减小。 这种致密化现象可通过在玻璃转变温度附近的退火得到消除。例如，石英玻璃在200 X 10⁸Pa的 压力作用下可发生明显的致密化，密度值从2.22g/cm³增加到2. 61g/cm³，并能在除去压力后于 室温下长久保持。但将玻璃加热至其转变温度附近，密度则 逐渐减小，直至恢复到初始密度值。

石英玻璃和B₂0₃玻璃在高压下发生致密 化的特点，从图中可以看出，石英玻璃在10⁵atm (latm = 1.013X10⁵Pa)的作用下开始出现致密化，且随着压力增 大，致密化程度、匕did、也显著增加；B₂0₃玻璃则在更低 的压力下即开始致密化，其密度变化量（Ad/d)也随压力 增大而增大，但在达到6%左右时趋于恒定。XRD分析表 明，这种致密玻璃中的Si-O键和B-O键并未发生变化，玻 璃的致密可能与网络空隙的减少和网络骨架的变形有关。

在高压和超高压的条件下，玻璃的结构和性质都将发生变化。当压力达到10X10⁸Pa时，大 多数玻璃具有良好的塑性。若继续增加压力至（100〜200)X 10⁸Pa，则因承受高压后玻璃的形变 不可逆而产生塑性流动，导致玻璃的密度增大，即产生致密化，表明玻璃网络结构的容积减小。 这种致密化现象可通过在玻璃转变温度附近的退火得到消除。例如，石英玻璃在200 X 10⁸Pa的 压力作用下可发生明显的致密化，密度值从2.22g/cm³增加到2. 61g/cm³，并能在除去压力后于 室温下长久保持。但将玻璃加热至其转变温度附近，密度则 逐渐减小，直至恢复到初始密度值。

石英玻璃和B₂0₃玻璃在高压下发生致密 化的特点，从图中可以看出，石英玻璃在10⁵atm (latm = 1.013X10⁵Pa)的作用下开始出现致密化，且随着压力增 大，致密化程度、匕did、也显著增加；B₂0₃玻璃则在更低 的压力下即开始致密化，其密度变化量（Ad/d)也随压力 增大而增大，但在达到6%左右时趋于恒定。XRD分析表 明，这种致密玻璃中的Si-O键和B-O键并未发生变化，玻 璃的致密可能与网络空隙的减少和网络骨架的变形有关。

研究还发现，玻璃的致密化不仅与组成相关，还受组 成含量的影响。图25-4是处于不同温度的R₂0-Si0₂玻璃 在一定压力下的密度变化与R₂0含量的关系。从图中可 以看出，在30 kPa的压力作用

下，对于不同的实验温度， 玻璃的致密化都在R₂0含量约为10% (摩尔分数）的组 成范围出现很大值（在200°C时，随着R₂〇含量从0增大

到10%，玻璃的致密化由2. 2%增至6.5%);当R₂0含 量大于10% (摩尔分数）后，致密化程度随之逐渐降低， R₂0~Si0₂玻璃的密度值甚至低于石英玻璃。这反映了玻 璃结构内部的移动性。当去除压力后，玻璃的致密化现象 并不消失，只有在退火后才能恢复原状。

研究者认为，这一现象与两种效应有关：在氏0含 量较低的玻璃结构中，网络空隙较大，加压时密度增加较 大，此时r₂o含量的增加导致结构网络解体，硅氧四面 体结构单元的体积减小，结构的流动性增大，因而玻璃的 致密化程度趋于增加；而当组成中r₂o含量较高时，碱 金属离子已填充了网络空隙中的自由体积，因此密度的变化较小。

由于玻璃的折射率与密度有关，因此，在不同压力下玻璃折射率的变化也可反映其密度的变 化。在室温条件下，加压至100X 10⁸Pa时，硼酸盐玻璃的折射率增加1 %，石 英玻璃增加3.8%，锗酸盐玻璃的折射率增加很多，可达4.3%。

不仅是玻璃的密度在高压下发生变化，玻璃的电导率和析晶性能等也都会有相应的变化。这 些现象已越来越为人们所关注。