以Na2O、B2O3、SiO2为基本成分的玻璃,又称为硼硅酸盐玻璃。派莱克斯玻璃是硼硅酸盐玻璃的典型代表。单纯含有B2O3和SiO2成分的熔体,由于它们的结构不同(前者是层状结构,后者是架装结构),因此难于形成均匀一致的熔体,是不可混溶的。
从高温冷却过程中,将各自富集成一个体系,形成互不溶解的两层玻璃(分相)。当加入Na2O后,硼的结构发生变化,通过Na2O提供的游离氧,由硼氧三角体【BO3】转变为硼氧四面体【BO4】,使硼的结构从层状结构向架状转变,为B2O3与SiO2形成均匀一致的玻璃创造了条件。
在钠硅酸盐玻璃中加入氧化硼时,往往在性质变化曲线中产生极大值额极小值,这现象也称为硼反常性。这种在钠硼玻璃中的硼反常性,是由于硼加入量超过一定限定时,它不是以硼氧四面体而是硼氧三角体出现于玻璃结构中,因此,结构和性质发生逆现象。
在Na2O-B2O3-SiO2系统玻璃中,当以B2O3取代SiO2时,折射率、密度、硬度、化学稳定性等出现极大值,热膨胀系数出现极小值,而电导、介电损耗、表面张力则不出现硼反常现象。在该系统中,极大值与极小值出现的地方随时Na2O含量而定,例如折射率的极大值经常出现在Na2O/B2O3=1的地方(见下图1)。“硼反常现象是由于玻璃中硼氧三角体【BO3】与硼氧四面体【BO4】之间的量变而引起玻璃性质突变的结果。
除了硼反常外,在钠硼铝硅玻璃中还出现“铝-硼反常现象”。当硅酸盐玻璃中不存在B2O3时,Al2O3代替SiO2能使折射率、密度等上升。当玻璃中存在B2O3时,同样地用Al2O3代替SiO2,随B2O3含量不同出现不同形状的曲线,如下图2所示。当Na2O/B2O3=4时出现极大值(曲线2),而Na2O/B2O3≥1时,nD(折射率)与d(相对密度)显著下降(曲线3~5)。而当Na2O/B2O3≤1时,性质变化曲线上出现极小值(曲线8),不同的碱金属氧化物对“铝-硼反常现象”一样,“铝-硼反常现象”出现一系列性质的变化中,如折射率、密度、硬度、弹性模数。在介电常数与热膨胀系数变化曲线中显示显得很模糊。色散、折射率、电导与介质损耗等则不出现“铝-硼反常现象”。
硼硅玻璃都有发生分相的现象,往往是由于硼氧三角体的相对数量较大,并进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碱硼酸盐相。B2O3的含量越高,分相倾向越大。在一定条件下,可以用盐酸把钠硼相从玻璃中沥滤出来,微孔玻璃和高硅盐玻璃就是利用分相制成的。硼硅酸盐玻璃的特点是热膨胀系数小,具有良好的热稳定性、化学稳定性和电学性质,通常用于医药包装容器、化学试验用玻璃器具、电器玻璃和各种光学玻璃的制作。
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