以Na2O、B2O3、SiO2為基本成分的玻璃,又稱(chēng)為硼硅酸鹽玻璃。派萊克斯玻璃是硼硅酸鹽玻璃的典型代表。單純含有B2O3和SiO2成分的熔體,由于它們的結(jié)構(gòu)不同(前者是層狀結(jié)構(gòu),后者是架裝結(jié)構(gòu)),因此難于形成均勻一致的熔體,是不可混溶的。
從高溫冷卻過(guò)程中,將各自富集成一個(gè)體系,形成互不溶解的兩層玻璃(分相)。當(dāng)加入Na2O后,硼的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,通過(guò)Na2O提供的游離氧,由硼氧三角體【BO3】轉(zhuǎn)變?yōu)榕鹧跛拿骟w【BO4】,使硼的結(jié)構(gòu)從層狀結(jié)構(gòu)向架狀轉(zhuǎn)變,為B2O3與SiO2形成均勻一致的玻璃創(chuàng)造了條件。
在鈉硅酸鹽玻璃中加入氧化硼時(shí),往往在性質(zhì)變化曲線中產(chǎn)生極大值額極小值,這現(xiàn)象也稱(chēng)為硼反常性。這種在鈉硼玻璃中的硼反常性,是由于硼加入量超過(guò)一定限定時(shí),它不是以硼氧四面體而是硼氧三角體出現(xiàn)于玻璃結(jié)構(gòu)中,因此,結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生逆現(xiàn)象。
在Na2O-B2O3-SiO2系統(tǒng)玻璃中,當(dāng)以B2O3取代SiO2時(shí),折射率、密度、硬度、化學(xué)穩(wěn)定性等出現(xiàn)極大值,熱膨脹系數(shù)出現(xiàn)極小值,而電導(dǎo)、介電損耗、表面張力則不出現(xiàn)硼反常現(xiàn)象。在該系統(tǒng)中,極大值與極小值出現(xiàn)的地方隨時(shí)Na2O含量而定,例如折射率的極大值經(jīng)常出現(xiàn)在Na2O/B2O3=1的地方(見(jiàn)下圖1)。“硼反常現(xiàn)象是由于玻璃中硼氧三角體【BO3】與硼氧四面體【BO4】之間的量變而引起玻璃性質(zhì)突變的結(jié)果。
除了硼反常外,在鈉硼鋁硅玻璃中還出現(xiàn)“鋁-硼反常現(xiàn)象”。當(dāng)硅酸鹽玻璃中不存在B2O3時(shí),Al2O3代替SiO2能使折射率、密度等上升。當(dāng)玻璃中存在B2O3時(shí),同樣地用Al2O3代替SiO2,隨B2O3含量不同出現(xiàn)不同形狀的曲線,如下圖2所示。當(dāng)Na2O/B2O3=4時(shí)出現(xiàn)極大值(曲線2),而Na2O/B2O3≥1時(shí),nD(折射率)與d(相對(duì)密度)顯著下降(曲線3~5)。而當(dāng)Na2O/B2O3≤1時(shí),性質(zhì)變化曲線上出現(xiàn)極小值(曲線8),不同的堿金屬氧化物對(duì)“鋁-硼反常現(xiàn)象”一樣,“鋁-硼反常現(xiàn)象”出現(xiàn)一系列性質(zhì)的變化中,如折射率、密度、硬度、彈性模數(shù)。在介電常數(shù)與熱膨脹系數(shù)變化曲線中顯示顯得很模糊。色散、折射率、電導(dǎo)與介質(zhì)損耗等則不出現(xiàn)“鋁-硼反常現(xiàn)象”。
硼硅玻璃都有發(fā)生分相的現(xiàn)象,往往是由于硼氧三角體的相對(duì)數(shù)量較大,并進(jìn)一步富集成一定大小而造成的。一般是分成互不相溶的富硅氧相和富堿硼酸鹽相。B2O3的含量越高,分相傾向越大。在一定條件下,可以用鹽酸把鈉硼相從玻璃中瀝濾出來(lái),微孔玻璃和高硅鹽玻璃就是利用分相制成的。硼硅酸鹽玻璃的特點(diǎn)是熱膨脹系數(shù)小,具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和電學(xué)性質(zhì),通常用于醫(yī)藥包裝容器、化學(xué)試驗(yàn)用玻璃器具、電器玻璃和各種光學(xué)玻璃的制作。
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