1、【材料课件】第三章-功能玻璃材料是指与是指与的、有某的、有某一方面一方面的、有的、有的、或者制造的、或者制造的一些的一些新品种新品种“玻璃玻璃”。近年来发展迅速，它除了具有近年来发展迅速，它除了具有普普通玻璃通玻璃的的以外，还具有许多以外，还具有许多，如，如磁光玻璃磁光玻璃的的功能、功能、声光玻璃声光玻璃的的、导电玻璃导电玻璃的的、记忆玻璃记忆玻璃的的等。等。新型新型的开发主要依赖于如的开发主要依赖于如CVD、PVD、等离子溅射等离子溅射、溶胶凝胶溶胶凝胶、材材料复合料复合等各种高新技术、新工艺等各种高新技术、新工艺在玻璃制造在玻璃制造中中的巧妙运用。的巧妙运用。随着随着的不断提高和发展，新技
2、的不断提高和发展，新技术、新工艺的出现，玻璃材料的开发日新月异，术、新工艺的出现，玻璃材料的开发日新月异，具有各种具有各种不断的涌现出来。不断的涌现出来。就是采用就是采用、或或在特殊的条件下在特殊的条件下形成的具有某种形成的具有某种的玻璃或无机非晶态材料。的玻璃或无机非晶态材料。与与相比具有许多明相比具有许多明显的特征，主要表现在以下四个方面：显的特征，主要表现在以下四个方面：(1)方面；方面；(2)方面；方面；(3)在在方面；方面；(4)在在方面。方面。是在大气中进行是在大气中进行而制得的，而而制得的，而是采用是采用、以及以及等方法而制得的；等方法而制得的；主要产品是主要产品是、等，而等，而
3、则是则是、等；等；采用采用、等方等方法，而法，而则采用则采用、技术等；技术等；主要用于主要用于、等，等，而而主要用于主要用于、以及以及等领域。等领域。按照按照可划分为：可划分为：、以及以及等。等。微晶玻璃是指通过微晶玻璃是指通过来控制来控制晶晶体的生长发育体的生长发育而获得的一种而获得的一种。它既。它既有有的基本性能，也有陶瓷的基本性能，也有陶瓷的特征。的特征。将加有将加有的特定组成的基础玻璃，在的特定组成的基础玻璃，在一定温度下热处理后，就会变成具有一定温度下热处理后，就会变成具有均匀分布的复合材料。均匀分布的复合材料。的微晶玻璃材料，如的微晶玻璃材料，如、以及不同以及不同的材料，可以通过的
4、材料，可以通过下面两种方法而制得：下面两种方法而制得：、控制、控制、控制、控制传统的传统的为为Li2O-Al2O3-SiO2和和MgO-Al2O3-SiO2系统，前者在玻璃中形成系统，前者在玻璃中形成、，这些晶体具有，这些晶体具有。通过热处理，控制原始玻璃中的通过热处理，控制原始玻璃中的及及，可制成一系列，可制成一系列的微的微晶玻璃。晶玻璃。若将若将控制在一定范围内，则可制成控制在一定范围内，则可制成材料。材料。组成成分在组成成分在Li2O-SiO2和和Li2O-2SiO2区的微区的微晶，利用晶，利用对氢氟酸对氢氟酸的差别，的差别，通过通过可以制成可以制成薄板电子元件薄板电子元件。的发现是的发
5、现是玻璃材料发展史上玻璃材料发展史上的一个新的一个新的里程碑，它大大地丰富了的里程碑，它大大地丰富了玻璃结构的研究玻璃结构的研究内容，内容，同时也开发了数以千计的同时也开发了数以千计的微晶玻璃新材料微晶玻璃新材料。作为作为和和，在国防、运输、建筑、生产、科研及生活等领域内在国防、运输、建筑、生产、科研及生活等领域内得到了广泛应用。得到了广泛应用。从从看，有看，有微晶玻璃和微晶玻璃和微晶玻璃；微晶玻璃；按按分为分为微晶玻璃和微晶玻璃和微晶玻璃；微晶玻璃；按照按照分为分为耐高温耐高温、耐热冲击耐热冲击、高强度高强度、耐磨耐磨、易机械加工易机械加工、易化学蚀刻易化学蚀刻、耐腐蚀耐腐蚀、低膨胀低膨胀、
6、零膨胀零膨胀、低介电损失低介电损失、强介电性强介电性、强磁性强磁性和和生物相容生物相容等种类。等种类。微晶玻璃按照微晶玻璃按照分为，分为，微晶玻璃、微晶玻璃、微晶玻璃、微晶玻璃、微晶玻璃和微晶玻璃和微晶玻璃微晶玻璃等。等。微晶玻璃按微晶玻璃按一般可分为一般可分为系统、系统、系统、系统、系统、系统、系统及系统及系统等五大类；系统等五大类；按按，则分为则分为微晶玻璃和微晶玻璃和微晶玻璃两类；微晶玻璃两类；此外，还可按此外，还可按等方等方法分类。法分类。1性质性质 2性质性质 3性性 4性质性质 5性质性质(1)机械强度机械强度(2)硬度及耐磨性硬度及耐磨性(3)弹性模量弹性模量 的机械强度比的机械
7、强度比、材料材料以及某些以及某些高得多。高得多。为为0.59 1.02 GPa，为为88.2 220.5 MPa，为为49 137.2 MPa；的或的或的微晶玻璃，的微晶玻璃，高达高达411.6 548.8 MPa。微晶玻璃的微晶玻璃的为为2.94 9.811 MPa，是普通玻璃的是普通玻璃的 l 2 倍，但仍属于倍，但仍属于。属于属于，有以下三种：，有以下三种：Li2OMgO-Al2O3-SiO2Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2(BaO、PbO)-Al2O3-SiO2-TiO2系统。系统。当当(9.0 10-6 10.0 10 6 K-1，25 300)的微晶玻璃的表面的微晶玻璃的表面
8、比其膨胀系数比其膨胀系数小小(1.0 10 6 3.9 10 6 K-1)的的后，可获得后，可获得很高的强度。很高的强度。微晶玻璃微晶玻璃，具有突出的，具有突出的性能。性能。其硬度高于其硬度高于高碳钢高碳钢、花岗岩花岗岩，接近，接近淬火工具钢淬火工具钢的的硬度。维氏硬度硬度。维氏硬度5.9 9.3 GPa。属于属于有以下三种系统：有以下三种系统：CaO-Al2O3-SiO2；MgO-BaO-Al2O3；CaO-TiO2-CeO2。微晶玻璃的微晶玻璃的一般为一般为88 98 GPa，为为0.2150.29。此外，微晶玻璃比铝轻，密度值为此外，微晶玻璃比铝轻，密度值为2.4 2.6 g cm-3。
9、(1)热膨胀系数；热膨胀系数；(2)热稳定性；热稳定性；(3)软化温度。软化温度。采用采用及及，可以制得，可以制得(膨胀系数值为膨胀系数值为-1.2 10-6 20.0 10-6 K-1)的的微晶玻璃。微晶玻璃。如以如以的的Li2O-Al2O3-SiO2系统系统玻璃，膨胀系数值为玻璃，膨胀系数值为-4 l0-7 4 l0-7 K-1，最最高高为为800 850。由于这种微晶玻璃是透明的，所以可代替由于这种微晶玻璃是透明的，所以可代替。以以的的Li2O-Al2O3-SiO2系统玻系统玻璃，膨胀系数值为璃，膨胀系数值为7 10-7 11 10-7 K-1(25 300)，最高安全最高安全为为117
10、0，烧至红热，烧至红热态投入水中也不破裂，用于制态投入水中也不破裂，用于制等。等。由于微晶玻璃由于微晶玻璃，所以具有，所以具有。有的可以经受。有的可以经受100 150的温度剧变而不破坏，有的还能在的温度剧变而不破坏，有的还能在达达400的条件下使用。的条件下使用。由于由于中含有中含有，所以在晶体，所以在晶体熔化点以下时，其熔化点以下时，其几乎与几乎与没有关系。没有关系。当当后，其后，其，故在微晶，故在微晶玻璃所含晶体的熔化温度以下时，它有比玻璃所含晶体的熔化温度以下时，它有比高得多的使用温度，其负荷软化温度为高得多的使用温度，其负荷软化温度为560 1340。微晶玻璃在微晶玻璃在25400时
11、的时的为为7.7410 2 9.2110 2 J(kg K)。微晶玻璃的微晶玻璃的，是，是。在。在25时，各种微晶玻璃的时，各种微晶玻璃的为为0.796 4.19 w.m-1.K-1微晶玻璃的微晶玻璃的性高于性高于一般玻璃一般玻璃，大致同大致同相当。对相当。对王水王水有非有非常高的稳定性，仅有轻微的侵蚀。常高的稳定性，仅有轻微的侵蚀。例如例如:以以的微晶玻璃，在的微晶玻璃，在90时与时与15 HCl 作用，经作用，经24 h，其侵蚀量为其侵蚀量为0.04 0.05，以以的微晶玻璃，其侵蚀量则的微晶玻璃，其侵蚀量则为为0.02 0.03。具有具有性质，可像一般性质，可像一般照片的胶片一样进行照片
12、的胶片一样进行曝光和显影曝光和显影。以以Au、Ag和和Cu等金属为等金属为的玻璃，可的玻璃，可用镂空图案的铅皮、铁片、照相底片等用镂空图案的铅皮、铁片、照相底片等，然后，然后进行曝光。进行曝光。曝光后的玻璃，加热到曝光后的玻璃，加热到进行热处进行热处理。最终，理。最终，紫外线照射的部分紫外线照射的部分，被，被或着或着，而，而没有被照射部分没有被照射部分仍然仍然或或，因此，所需，因此，所需的图案就的图案就在玻璃中在玻璃中显示出来。其中，显示出来。其中，热处理过程热处理过程也也称为称为。(1)介电常数介电常数(2)介电损失系数介电损失系数 的介电常数为的介电常数为420，最高的是，最高的是40(2
13、5,1000 Hz)。以以BaTiO3、NaNbO3、PbTiO3为主晶相的为主晶相的(BaO(PbO)-TiO2-Al2O3-SiO2，Na2O-Nb2O5-SiO2系统，其介电常数高于系统，其介电常数高于100。一般微晶玻璃在一般微晶玻璃在、的条件下，也有的条件下，也有很高的很高的(5 10)。对微晶玻璃影响很小，在对微晶玻璃影响很小，在25 800间，其介电常数仅相差间，其介电常数仅相差0.3。在高频、高温条件下，微晶玻璃在高频、高温条件下，微晶玻璃也也非常非常，一般为，一般为2.3 107 7.1 107 Vm。微晶玻璃微晶玻璃 MgO(BaO)Al2O3SiO2，其其为为，有良好的电
14、绝缘性，其电阻率为，有良好的电绝缘性，其电阻率为l08.6 .cm。堇青石堇青石(Iolite)属属晶系，晶系，为为Mg2Al4Si5O18，为为7.5 8，为为2.572.61，为为1.542 1.551，断口处呈，断口处呈。附附堇青石的堇青石的很像蓝宝石，但是，由于常含有很像蓝宝石，但是，由于常含有水，所以又称为水，所以又称为。由于由于具有具有及及且且，因此更被戏称为，因此更被戏称为。堇青石的堇青石的是是的，且不能的，且不能以加热的以加热的方式方式来改变它的颜色，是一种货真价实的来改变它的颜色，是一种货真价实的。附附在高温、高频条件下，微晶玻璃在高温、高频条件下，微晶玻璃，某些微晶玻璃在，
15、某些微晶玻璃在10 10 Hz、500时时值为值为0.010。以以BaTiO3、NaNbO3、PbTiO3为主晶相的为主晶相的在在25、1000Hz时的时的为为0.008 0.025。包括以下几个过程：包括以下几个过程：(1)发生微调；发生微调；(2)的形成；的形成；(3)的形成及生长；的形成及生长；(4)转变为转变为及及。不改变不改变玻璃态玻璃态，但，但发生变化称发生变化称为为“”，它主要是由，它主要是由向向微调；微调；激起激起的形成，这一过的形成，这一过程是结晶的根本；程是结晶的根本；这一过程，使这一过程，使接近于接近于；(4)转变为转变为及及。以上四个过程，是由以上四个过程，是由完成：完
16、成：第一阶段是第一阶段是及及；第二阶段为第二阶段为，即，即及及。结晶过程中的结晶过程中的多数属于多数属于的类型。的类型。其其是：加入是：加入玻璃配合料玻璃配合料中的中的，在熔制过程中，均匀地溶解于玻璃熔融体中。当玻在熔制过程中，均匀地溶解于玻璃熔融体中。当玻璃处在璃处在时，成核剂能时，成核剂能晶核生成所需晶核生成所需要克服的要克服的，从而，从而可以可以在较低的温度下在较低的温度下进行。进行。这种晶化类型的特点是这种晶化类型的特点是在整在整个玻璃体内个玻璃体内均匀地进行，均匀地进行，在成核剂上在成核剂上成为细小的晶体。成为细小的晶体。微晶玻璃微晶玻璃可分为可分为及及两大类。两大类。常见的常见的贵
17、金属成核剂贵金属成核剂有有Au、Ag、Cu、Pt、Ru、Rh及及Pd等；它们在玻璃中呈等；它们在玻璃中呈、吸、吸收电子后转变为收电子后转变为。由于由于在玻璃中在玻璃中，因此，它们因此，它们以胶体形式析出以胶体形式析出，从而转变成，从而转变成玻璃玻璃析晶析晶的的。其胶粒的大小一般为。其胶粒的大小一般为8 l0 nm。有有TiO2、ZrO2和和P2O5。它们易溶于它们易溶于，较高，并且较高，并且较大，在热处理过程中，容易较大，在热处理过程中，容易从硅酸盐从硅酸盐网络中网络中分出，导致分出，导致、。ZrO2在在玻璃熔体玻璃熔体中中(尤其是在尤其是在中中)难以溶解。但当它同难以溶解。但当它同时，则能显
18、著提高其溶解度，因而时，则能显著提高其溶解度，因而得到广泛应用。得到广泛应用。过渡元素的氧化物，如过渡元素的氧化物，如Cr2O3、Fe2O3、V2O5、NiO、MnO等也可作为等也可作为，但，但由于它们能使由于它们能使，故较少采用，故较少采用。微晶玻璃由于产品种类不同，其具体的微晶玻璃由于产品种类不同，其具体的也各有特点。也各有特点。各种各种微晶玻璃微晶玻璃共同的共同的如下：如下：所有上述工序中，所有上述工序中，是微晶玻璃生产是微晶玻璃生产的关键工序。的关键工序。微晶微晶玻璃配方及生产工艺玻璃配方及生产工艺条件应满足下面的五条件应满足下面的五个的要求：个的要求：、玻璃、玻璃且且；、熔制及成型过
19、程中、熔制及成型过程中：、成型后的玻璃有良好的、成型后的玻璃有良好的；、微晶化处理时微晶化处理时能迅速能迅速：、产品能、产品能要求。要求。微晶玻璃微晶玻璃生产工序中，生产工序中，是微晶玻璃生产是微晶玻璃生产的关键工序。因为微晶玻璃的的关键工序。因为微晶玻璃的取决于取决于。热处理中，先后发生以下四个过程：热处理中，先后发生以下四个过程：结晶化热处理过程图结晶化热处理过程图可以归纳为可以归纳为和和两种类型，如下图所示：两种类型，如下图所示：（a）阶梯温度制度阶梯温度制度（b b）等温温度制度等温温度制度阶梯温度处理一般阶梯温度处理一般进行。进行。第一阶段是第一阶段是在一定温度下在一定温度下，使玻璃
20、中产生，使玻璃中产生尽可能多的尽可能多的；第二阶段是第二阶段是在较高一些的温度下在较高一些的温度下，令，令，使使基础玻璃基础玻璃转化为转化为以微晶结构为主以微晶结构为主的的。多数多数经过经过两个阶段热处理两个阶段热处理就完就完成了成了全部结晶化全部结晶化过程。过程。有时，有些微晶玻璃也需要有时，有些微晶玻璃也需要在更高的温在更高的温度下度下进行进行才能得到所需设计才能得到所需设计的晶相。的晶相。低膨胀微晶玻璃热处理过程图低膨胀微晶玻璃热处理过程图例如，用例如，用Li2O-Al2O3-SiO2系统生产系统生产时，就要时，就要才能得到不透明才能得到不透明的制品，如下图所示。的制品，如下图所示。某些
21、系统的基础玻璃，由于某些系统的基础玻璃，由于的温度区的温度区域与域与的温度区域重叠。因此，在它们共同的温度区域重叠。因此，在它们共同范围中的某一温度下，能范围中的某一温度下，能同时进行同时进行和和两个过程。两个过程。当基础玻璃中的当基础玻璃中的和和两个过两个过程程同时进行时同时进行时，可以采用，可以采用来进行微晶化来进行微晶化处理。处理。热处理时，应注意选择热处理时，应注意选择，以，以避免避免或或而破裂。而破裂。传统的传统的是通过是通过获得玻璃后获得玻璃后再再得到的。随着得到的。随着科学技术科学技术的发展，微晶玻璃的研究领域也大大扩展。的发展，微晶玻璃的研究领域也大大扩展。近年来，利用近年来，
22、利用获得了一获得了一系列重要的系列重要的材料，尤其是在材料，尤其是在、等领域。这等领域。这些些展示了重要的应用前景展示了重要的应用前景和特有的科学研究价值。和特有的科学研究价值。是在是在的基础上提出的，的基础上提出的，它是一类它是一类重要的重要的的的。从广义上讲，从广义上讲，是指是指同同之间通过之间通过，从而获得，从而获得具有一系具有一系列特殊性能的列特殊性能的。按照按照功能相的不同功能相的不同进行分进行分类，主要有以下几种。类，主要有以下几种。(1)复相微晶玻璃复相微晶玻璃(2)复相微晶玻璃复相微晶玻璃(3)复相微晶玻璃复相微晶玻璃(4)复相微晶玻璃复相微晶玻璃(5)复相微晶玻璃复相微晶玻璃
23、 传统的典型传统的典型是是。用溶胶用溶胶-凝胶法将凝胶法将Au、Ag等等均匀析出，形成的均匀析出，形成的复相结构复相结构的材料，具有独特的材料，具有独特的的和和，这种材料在，这种材料在、等领域具有广泛的潜在应用。等领域具有广泛的潜在应用。以以如如ZnO、CdO、FeO等过等过渡金属氧化物渡金属氧化物而形成的而形成的，通常具有良好的通常具有良好的，这类材料在，这类材料在等等方面有着广阔的应用前景。方面有着广阔的应用前景。以以CdS、PbS、CdTe、Cd 1-x Hg xTe等等II-IV族化合物，以及族化合物，以及Al P等等III-V族化合物半导体与玻族化合物半导体与玻璃复合能形成一类新型精
24、细复合功能材料。璃复合能形成一类新型精细复合功能材料。这些材料在这些材料在、等等领域具有优良的性能和良好的应用前景。领域具有优良的性能和良好的应用前景。很早人们采用很早人们采用开始研究开始研究，主要包括主要包括BaTiO3，PbTiO3、NaNbO3等体系。等体系。利用该方法制备利用该方法制备复相微晶玻璃复相微晶玻璃主要集中在主要集中在微晶玻璃的制备方面。微晶玻璃的制备方面。方法的主要有以下三个方面的缺点：方法的主要有以下三个方面的缺点：1、通常需要在、通常需要在左右的温度熔左右的温度熔融，极大地融，极大地和和的使用。的使用。、这种方法比较容易、这种方法比较容易，极易产生，极易产生热力学热力学
25、。3、是、是。这是因为，首先要这是因为，首先要，成分中必须，成分中必须有有，而，而往往往往又不是又不是，而添加，而添加就必然降低就必然降低的含量，从而降低其性能。的含量，从而降低其性能。用溶胶用溶胶-胶法可以使胶法可以使BaTiO3、PbTiO3等高等高介电常数的介电常数的与与在很大范围内复合，在很大范围内复合，形成具有形成具有的复合功能材料。的复合功能材料。的复合功能材料，具有良好的的复合功能材料，具有良好的和和特性，它对研究特性，它对研究，对制备，对制备和和等方而具有重要的理论和实用价值。等方而具有重要的理论和实用价值。传统工艺已有广泛的研究，传统工艺已有广泛的研究，而用溶胶而用溶胶-凝胶
26、法将纳米凝胶法将纳米MnFe2O4、NiFe2O4、ZnFe2O4、BiFeO3等等和和复合是近年复合是近年才引起重视的研究方向才引起重视的研究方向。用溶胶用溶胶-凝胶法形成的具有凝胶法形成的具有，在，在、等方面等方面具有重要的应用前景。具有重要的应用前景。将将与与复合形成的复合形成的；将将、等等与与复合形成性能优良的复合形成性能优良的非线性光学材料非线性光学材料；将有将有或者或者与与复合形成复合形成，这些这些把把联联系起来，从而开辟出一个新材料领域。系起来，从而开辟出一个新材料领域。由于微晶玻璃具有许多优良的性能，如由于微晶玻璃具有许多优良的性能，如、不透气、不透气、及及好好、高高、优良优良
27、等，因此在许多领域得到广泛的应用。等，因此在许多领域得到广泛的应用。(1)耐候性好，抗污染。耐候性好，抗污染。由于由于均有一定的均有一定的，这一特点将，这一特点将导致其导致其渗水渗水、渗碱渗碱，不能长期，不能长期抗大气及雨水的污染抗大气及雨水的污染，使污染物浸蚀石材表体，从而影响其原有的色泽。使污染物浸蚀石材表体，从而影响其原有的色泽。而而则具有则具有特点，其特点，其豪华外观不易受雨雪、风沙气候等污染及侵蚀，豪华外观不易受雨雪、风沙气候等污染及侵蚀，能全天候永保建筑物亮丽、壮观的色彩和光泽。能全天候永保建筑物亮丽、壮观的色彩和光泽。因此因此耐候性好耐候性好，抗污染抗污染，可，可大大降低建筑物维
28、护保养成本。大大降低建筑物维护保养成本。(2)亮丽多彩的色调优于天然石材亮丽多彩的色调优于天然石材 可以通过可以通过工艺控制工艺控制手段，手段，生产出各种颜色色调及图案，它经过精良的生产出各种颜色色调及图案，它经过精良的磨抛磨抛工艺处理工艺处理后，还可以产生后，还可以产生不同质感不同质感的效果。的效果。的的表面光洁度表面光洁度更是远远高更是远远高于于，其光泽亮丽柔和，并能使建筑物富，其光泽亮丽柔和，并能使建筑物富有豪华壮观气派，从而达到非凡的装饰效果，尤有豪华壮观气派，从而达到非凡的装饰效果，尤其是其是、及及的微晶玻璃更是天的微晶玻璃更是天然石材所不及的然石材所不及的。(3)优良的机械、化学稳
29、定性可确保安全性优良的机械、化学稳定性可确保安全性 微晶玻璃是微晶玻璃是经经精制精制而成，其结构而成，其结构均匀致密均匀致密，比天然石材更为，比天然石材更为、，能经受全天候风吹、日晒雨淋而，能经受全天候风吹、日晒雨淋而不变色、不褪色，加上不变色、不褪色，加上，能，能而不破裂，可确保建筑物安全性。而不破裂，可确保建筑物安全性。(4)易于加工成各种规格，又有良好环保性能易于加工成各种规格，又有良好环保性能 可根据需要加工成各种厚度的可根据需要加工成各种厚度的，切割成各种规格。，切割成各种规格。另外，它是用另外，它是用无机硅酸盐材料无机硅酸盐材料加工而成，因此加工而成，因此，确保了环境无放射性污，确
30、保了环境无放射性污染。这也是微晶玻璃优于天然石材的独到之处。染。这也是微晶玻璃优于天然石材的独到之处。2微晶玻璃微晶玻璃 形状和尺寸形状和尺寸精度较高，且能生精度较高，且能生产大规模的制品，用作产大规模的制品，用作建筑砌块建筑砌块、建筑隔墙建筑隔墙，可，可以满足以满足的要求，同时还具有隔断灵活，的要求，同时还具有隔断灵活，施工操作方便等优点。施工操作方便等优点。用作用作和和的的微晶玻璃微晶玻璃，其晶，其晶化程度不像化程度不像要求那么高。因此，要求那么高。因此，可以克服可以克服的不足。的不足。另一方面，微晶玻璃另一方面，微晶玻璃，可利用多种，可利用多种工业废料。如利用工业废料。如利用在熔融状态下
31、在熔融状态下用加进空气、用加进空气、蒸气或水处理的方法制成的蒸气或水处理的方法制成的微晶玻璃，微晶玻璃，作为作为和和最宜用于轻质墙构筑物。最宜用于轻质墙构筑物。由于由于具有很高的具有很高的，因此，因此还可作为还可作为高温状态下高温状态下。是是各种建筑中各种建筑中用量最大的材料，微用量最大的材料，微晶玻璃将在晶玻璃将在中，特别是中，特别是高层建筑中高层建筑中发挥发挥大的作用，这也为废料利用开辟一条新途径。大的作用，这也为废料利用开辟一条新途径。3微晶玻璃屋面与地面材料微晶玻璃屋面与地面材料 将将用作建筑物的用作建筑物的，可以减少其可以减少其底下防水层的数量底下防水层的数量，减少，减少填缝材料填缝
32、材料的消耗，在某些情况下，甚至可以不用防水层。的消耗，在某些情况下，甚至可以不用防水层。具有很具有很和和的优良性能，可广泛用作的优良性能，可广泛用作屋面材屋面材料料或或分层壁板的覆盖层分层壁板的覆盖层。、好，可好，可作作保暖保暖或或非保暖工业建筑物的屋盖、地板非保暖工业建筑物的屋盖、地板等。等。4其他材料其他材料 可以用来代替可以用来代替、耐酸陶瓷耐酸陶瓷、石棉水泥制品石棉水泥制品和一些和一些，且经济效，且经济效果更好。果更好。例如，例如，无论是，无论是、和和都比都比高，同高，同相比，它具有不吸水、不弯曲等性能。相比，它具有不吸水、不弯曲等性能。的的，和和的技术指标都远远超过的技术指标都远远超
33、过，而且没有，而且没有毒性。毒性。除了除了外，还可以制备外，还可以制备，如，如，或，或，或或等。等。是重要的高科技纤维之一，是重要的高科技纤维之一，它已成为它已成为现代光通信领域现代光通信领域不可缺少的纤维材料。不可缺少的纤维材料。由于由于具有具有、抗、抗、等优点，目前，光缆已逐渐取等优点，目前，光缆已逐渐取代了代了由金属构成的明线和电缆由金属构成的明线和电缆，成为承载电话、，成为承载电话、传真、图像、数据等各类通信业务的基础。传真、图像、数据等各类通信业务的基础。现在，由现在，由制成的制成的已把世界已把世界各大洲的通信紧密连在一起，这对人类社会的发各大洲的通信紧密连在一起，这对人类社会的发展
34、将起着不可估量的作用。展将起着不可估量的作用。除除在通信领域中在通信领域中使用之外，在使用之外，在非通非通信领域中信领域中应用的发展速度也很快，其中包括应用的发展速度也很快，其中包括、以及以及等。等。(简称光纤简称光纤)可把光从一端独立地传递可把光从一端独立地传递到它的另一端，因而将到它的另一端，因而将规则地规则地元件，就能用于元件，就能用于。将将粘合成块，切成平片，粘合成块，切成平片，在各在各种光电系统中种光电系统中能作为具有能作为具有高的光学耦合效率高的光学耦合效率和和很很小畸变的传光介质小畸变的传光介质使用。使用。是制造是制造的基本材料，制造光导的基本材料，制造光导纤维的玻璃有特定的要求
35、，它必须有纤维的玻璃有特定的要求，它必须有和和，满足一定，满足一定要求，良好要求，良好的的及及等，因而制造等，因而制造形成了新型玻璃材料的一个重要区域。形成了新型玻璃材料的一个重要区域。入射到两种入射到两种折射率不同介质折射率不同介质界面上的光，一界面上的光，一部分反射，另一部分经折射透射过去。部分反射，另一部分经折射透射过去。当光的入射角度变大到使折射角成当光的入射角度变大到使折射角成90度时度时，就造成就造成入射光在界面上入射光在界面上的的。光纤通信就是利用这种光纤通信就是利用这种的原理。的原理。即，入射到光纤内的光，如果能满足即，入射到光纤内的光，如果能满足芯和芯和包层界面上包层界面上的
36、条件，光就可的条件，光就可在纤维内在纤维内不断向前反射，不断向前反射，沿着纤维轴沿着纤维轴向前传输。向前传输。表面平滑的表面平滑的能使光能使光在高、低折射在高、低折射率界面率界面通过全反射而独立地、高效地传光。通过全反射而独立地、高效地传光。为了使实际所传递的光为了使实际所传递的光有足够的亮度有足够的亮度，并利用，并利用纤维传光的独立性纤维传光的独立性进行传像，因此把许多纤维集合进行传像，因此把许多纤维集合起来使用。起来使用。按按分为分为、和和三类；三类；按按可分为可分为和和两类。两类。由高折射率的由高折射率的和低折射和低折射率的率的组成，后者为了保证光学绝缘，厚组成，后者为了保证光学绝缘，厚
37、度必须大于所传递波长的度必须大于所传递波长的1/2。这种结构保证了这种结构保证了在一定入射角下在一定入射角下射入纤维射入纤维端部的光线始终端部的光线始终在芯在芯-皮界面上皮界面上达到全反射。达到全反射。光线在这种纤维中以光线在这种纤维中以传播。传播。纤维的折射率纤维的折射率逐渐逐渐以近抛物线以近抛物线形式形式减小，光在纤维中传播时是减小，光在纤维中传播时是振荡振荡式进行，形成一种正弦形曲线。式进行，形成一种正弦形曲线。能起透镜的作用，单根纤维能起透镜的作用，单根纤维即可传像，相当于能弯曲的透镜，所以，即可传像，相当于能弯曲的透镜，所以，又称作又称作。通常。通常利用离子交换利用离子交换使光纤有使
38、光纤有 在在传光的模式传光的模式上又可分为上又可分为或或两种。两种。通常通常为为，但当纤维芯径降，但当纤维芯径降至和传播光的波长可比拟，而芯至和传播光的波长可比拟，而芯-皮折射率差又很皮折射率差又很小时，纤维就相当于一个波导管，能进行小时，纤维就相当于一个波导管，能进行，此时称为此时称为。用用数值孔径数值孔径(NA)来表征它的集来表征它的集光能力，它是光纤的基本参数。光能力，它是光纤的基本参数。2122210)(sinnnnNAno、介质介质(一般为空气一般为空气)的折射率的折射率;n1、芯玻璃的折射率、芯玻璃的折射率;n2、皮玻璃的折射率。、皮玻璃的折射率。上述公式由上述公式由几何光学定律几
39、何光学定律推出，仅适用于推出，仅适用于(即入射于即入射于纤维子午面上纤维子午面上的光线的光线)，所以，所以由此公式所得的又称由此公式所得的又称“”。2122210)(sinnnnNA由于由于不完整性不完整性引起光的吸收引起光的吸收和散射，从而使和散射，从而使总是小于总是小于“”。光导纤维元件的光导纤维元件的决定于决定于纤维元件纤维元件的材料的材料，它不受，它不受的影响，因此有的影响，因此有广泛的选择余地。这是纤维光学广泛的选择余地。这是纤维光学除弯曲传光外除弯曲传光外的另一个重要的特点。的另一个重要的特点。是由是由经经并并制成的。制成的。这种方式所形成的这种方式所形成的与同成分的与同成分的在在
40、性能上常会发生较大的差异。性能上常会发生较大的差异。由于在由于在中要求中要求有大面积的粘结有大面积的粘结，而且，而且在拉制纤维的高温下在拉制纤维的高温下，还会还会相互作用相互作用，因而，所用，因而，所用的的的差别都将影响纤的差别都将影响纤维制品的强度。维制品的强度。在制成各种在制成各种电子管用电子管用的的时，纤维时，纤维尚需经受尚需经受、和和等多次热处理。等多次热处理。因此，对制造因此，对制造玻璃的各种性能要玻璃的各种性能要求远比对求远比对经典光学中经典光学中应用的应用的的要求严的要求严格得多。格得多。(1)折射率折射率(2)光透过率光透过率(3)玻璃缺陷玻璃缺陷的折射率要的折射率要，如通讯纤
41、维、激光纤维和光电仪器等，对光导纤如通讯纤维、激光纤维和光电仪器等，对光导纤维要求维要求位于位于0.01 3.0之间之间。对制造纤维的对制造纤维的的的有特别高有特别高的要求，其的要求，其应远小于应远小于0.001 cm-1。不允许有不允许有、和任何和任何等存在。等存在。用白光通过玻璃中，用白光通过玻璃中，每厘米路程内每厘米路程内的的透过率透过率T的自然对数负值的自然对数负值表示表示:DT/ln式中，式中，D为透光长度。为透光长度。特级光学玻璃特级光学玻璃 0.001cm-1；优级优级 0.002 cm-1；一级一级 0.004 cm-1等。等。最差的为六级最差的为六级 0.03 cm-1，也即
42、每厘米也即每厘米的吸收要小于的吸收要小于7%。(1)粘度粘度 (2)软化点软化点 (3)热膨胀系数热膨胀系数 (4)玻璃组成玻璃组成 (5)光纤玻璃的相容性光纤玻璃的相容性 有适宜的有适宜的，能够拉制纤维制品。，能够拉制纤维制品。在工作温度区范围内，在工作温度区范围内，。有有，能烧去粘附在纤维上的有，能烧去粘附在纤维上的有机杂质，而且机杂质，而且在加热操作中在加热操作中，不易变化。不易变化。稍大于稍大于时，可时，可制得制得“结实结实”的纤维制品。的纤维制品。当当 评价：2个字作孽.10：最风光却内心最煎熬的人当然是老板 v 有一帮子难对付的员工，有变化莫测的外部市场，还有剪不断理还乱的内部协调和管理，或许还有个别养在外面的金丝雀。
