以Na2O、B2O3、SiO2為基本成分的玻璃,又稱為硼硅酸鹽玻璃。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,由于它們的結構不同(前者是層狀結構,后者是架裝結構),因此難于形成均勻一致的熔體,是不可混溶的。
從高溫冷卻過程中,將各自富集成一個體系,形成互不溶解的兩層玻璃(分相)。當加入Na2O后,硼的結構發(fā)生變化,通過Na2O提供的游離氧,由硼氧三角體【BO3】轉變?yōu)榕鹧跛拿骟w【BO4】,使硼的結構從層狀結構向架狀轉變,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,往往在性質變化曲線中產生極大值額極小值,這現(xiàn)象也稱為硼反常性。這種在鈉硼玻璃中的硼反常性,是由于硼加入量超過一定限定時,它不是以硼氧四面體而是硼氧三角體出現(xiàn)于玻璃結構中,因此,結構和性質發(fā)生逆現(xiàn)象。
在Na2O-B2O3-SiO2系統(tǒng)玻璃中,當以B2O3取代SiO2時,折射率、密度、硬度、化學穩(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、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Na2O含量而定,例如折射率的極大值經常出現(xiàn)在Na2O/B2O3=1的地方(見下圖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突變的結果。
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”。當硅酸鹽玻璃中不存在B2O3時,Al2O3代替SiO2能使折射率、密度等上升。當玻璃中存在B2O3時,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Na2O/B2O3=4時出現(xiàn)極大值(曲線2),而Na2O/B2O3≥1時,nD(折射率)與d(相對密度)顯著下降(曲線3~5)。而當Na2O/B2O3≤1時,性質變化曲線上出現(xiàn)極小值(曲線8),不同的堿金屬氧化物對“鋁-硼反常現(xiàn)象”一樣,“鋁-硼反常現(xiàn)象”出現(xiàn)一系列性質的變化中,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、電導與介質損耗等則不出現(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數(shù)量較大,并進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,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是熱膨脹系數(shù)小,具有良好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和電學性質,通常用于醫(yī)藥包裝容器、化學試驗用玻璃器具、電器玻璃和各種光學玻璃的制作。
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