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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二章 功能玻璃,Functional Glass,1,功能玻璃,是指与,传统玻璃结构不同,的、有某一方面,独特性能,，有,专门用途,、或者制造,工艺有明显差别,的一些,新品种“玻璃”,。,如,磁光玻璃,的,磁-光转换,功能、,声光玻璃,的,声光特性,、,导电玻璃,的,导电性,、,记忆玻璃,的,记忆特性,等。,2,新型功能玻璃,与,通常玻璃,相比具有许多明显的特征，主要表现在以下四个方面：,(1),玻璃化,方面；(2),成型,方面；,(3)在,加工,方面；(4)在,用途,方面。,3,(1)玻璃化方面,通常玻璃,是在大气中进行,熔融,而制得的，而,新型功能玻璃,是采用,超急冷法,、,溶胶-凝胶法,、,PVD,法,、,CVD,法,以及,特种气氛,等方法而制得的；,(2)成型方面,通常玻璃,主要产品是,板材,、,管材,、,成瓶,、,成纤,等，而,新型功能玻璃,则是,微粉末,、,薄膜,、,纤维状,等；,4,(3)在加工方面,通常玻璃,采用,烧制,、,研磨,、,急冷强化,等方法，而,新型功能玻璃,则采用,结晶化,、,离子交换法,、,分子溅射,、,分相,、,微细加工,技术等；,(4)在用途方面,通常玻璃,主要用于,建筑,、,容器,、,光学制品,等，而,新型功能玻璃,主要用于,光电子,、,光信息情报处理,、,传感显示,、,精密机械,以及,生物工程,等领域。,5,按照,玻璃的功能,可划分为：,微晶,玻璃,、,光导纤维,玻璃,、,激光,玻璃,、,光色,玻璃,、,半导体,玻璃,、,非线性光学,玻璃,、,磁功能,玻璃,、,生物,玻璃,、,机械功能,玻璃,以及,功能玻璃,薄膜,等。,6,第一节微晶玻璃,Crystoe,and,Neoparies,将加有,成核剂,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,微晶体和玻璃相,均匀分布的复合材料，又称玻璃陶瓷。,它既有,玻璃,的基本性能，也有陶瓷,多晶体,的特征，集中了玻璃、,陶瓷,及天然石材的三重优点，优于天石材和陶瓷,。,7,微晶玻璃,的发现是,玻璃材料发展史上,的一个新的里程碑，它大大地丰富了,玻璃结构的研究,内容，同时也开发了数以千计的,微晶玻璃新材料,。,微晶玻璃,作为,先进结构材料,和,高性能功能材料,，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。,8,微晶玻璃按照,用途,分为，,餐具,微晶玻璃、,航天,微晶玻璃、,建筑,微晶玻璃和,生物,微晶玻璃等。,微晶玻璃按,基础玻璃组成,一般可分为,硅酸盐,系统、,铝硅酸盐,系统、,硼硅酸盐,系统、,硼酸盐,系统及,磷酸盐,系统等五大类；,微晶玻璃的分类,9,微晶玻璃的应用,由于微晶玻璃具有许多优良的性能，如,密度小,、,质地致密,、,没有气孔,、,不透水,、不透气、,软化温度高,、,化学稳定性,及,热稳定性,好,、,机械强度及硬度,高,、,电学性能,优良,等，因此在许多领域得到广泛的应用。,10,1微晶玻璃装饰板材,(1)耐候性好，抗污染。,而,微晶玻璃板材,则具有,永不吸水,特点，其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。,11,(2)亮丽多彩的色调优于天然石材,微晶玻璃装饰板材,可以通过,工艺控制,手段，生产出各种颜色色调及图案，它经过精良的,磨抛工艺处理,后，还可以产生,不同质感,的效果。,(3),优良的机械、化学稳定性可确保安全性,(4)易于加工成各种规格，又有良好环保性能,12,2微晶玻璃,墙体材料,微晶玻璃制品,形状和尺寸,精度较高，且能生产大规模的制品，用作,建筑砌块,、,建筑隔墙,，可以满足,轻质高强,的要求，同时还具有隔断灵活，施工操作方便等优点。,3微晶玻璃屋面与地面材料,将,微晶玻璃板,用作建筑物的,地板覆盖材料,，可以减少其,底下防水层的数量,，减少,填缝材料,的消耗，在某些情况下，甚至可以不用防水层。,13,4其他材料,微晶玻璃,可以用来代替,普通陶瓷,、,耐酸陶瓷,、,铸石,、,石棉水泥制品,和一些,建筑塑料,，且经济效果更好。,Cooking Pot stand 1200,o,C,glass-ceramic stove,14,第二节 光导纤维玻璃,由于,光纤通信,具有,容量大,、,质量高,、,抗,干扰能力强,、,保密性好,等优点，目前，光缆已逐渐取代了,由金属构成的明线和电缆,，成为承载电话、传真、图像、数据等各类通信业务的基础。,玻璃光导纤维,是重要的高科技纤维之一，它已成为,现代光通信领域,不可缺少的纤维材料,。,15,现在，由,玻璃光纤,制成的,海底光缆,已把世界各大洲的通信紧密连在一起，这对人类社会的发展将起着不可估量的作用。,海底光缆结构,亚欧海底光缆,海底线缆经常会结上厚厚的海底衍生物,16,玻璃光缆,除,在通信领域中,使用之外，在,非通信领域中,应用的发展速度也很快，其中包括,光和图像传输,、,功率传输,、,传感器,、,汽车工业,以及,军事工业,等。,17,光导纤维,(简称光纤)可把光从一端独立地传递到它的另一端，因而将,多根光导纤维,规则地,排列成长束状,元件，就能用于,光或像的弯曲传递,。,18,玻璃,是制造,光导纤维,的基本材料，制造光导纤维的玻璃有特定的要求，它必须有,高度的光学均匀性,和,透明性,，满足一定,光学常数,要求，良好的,化学稳定性,及,机械强度,等，因而制造,光导纤维的玻璃,形成了新型玻璃材料的一个重要区域。,19,光导纤维的新应用,非通信光纤,的应用领域相当广泛，归纳起来，其,功能性应用,在以下三方面，即,传光,、,传像,和,传感,等。,20,(1)光纤照明,光纤照明是由,光源,、,光纤,和,光输出元件,三要素构成的组合系统，其,基本特征,是,光源可以放置在远离被照明区域的其他地方,。,因此，特别适用于,物体内部,和,易燃,、,易爆,等,危险环境,照明及,游泳池,、,喷泉,等,潮湿场合,的照明。,21,光纤照明,也常被用于,工业领域的特殊照明,。,22,光纤装饰色彩鲜艳，视角开阔；,线性纤维,柔软、亮丽。,被广泛用于,商品展示,、,广告标志,、,娱乐场所,、,建筑物,等方而的装饰。,(2)光纤装饰,也可用来制作各种光纤工艺品，如壁画、光纤花篮、插花、工艺灯等,。,23,(3),医用光纤,光纤的,弯曲灵活性,和,传输高亮度冷光,的优点，使得它在,冷光乳腺检查仪,、,牙固化机,、,外科,、,妇科,、,五官科,等手术器械上得到了充分应用。,24,2传像,柔性传像束,主要用于制造各种,医疗内窥镜,、,工业内窥镜,及,内窥监控仪器,。,柔性传像束,的,可绕性强,，,自由度大,，比较容易实现一米以上较长光路的结构需要。与,传统光学透镜光路,比较，其,结构简单,、,质量轻,、不需要复杂的机械结构，因此被广泛用于航空、航天、汽车制造、工农业机械、石油化工、电子、建筑、钢铁、军事等领域。,25,3传感,光纤传感技术,是一个新应用领域。,由于光纤传感技术是用,光纤,而不用,金属导线,来,传递敏感信息,，因此它同时具有,光学测量,和,光纤传输,的一些优点。,26,目前研制较多的,光纤传感器,有,光纤温度传感器,、,应力应变光纤传感器,、,光纤陀螺,、,光纤加速度计,、,光纤水听器,、,光纤机械操纵系统,、,遥测遥感光纤网,、,光纤激光告警传感器,、,光纤延迟线,等。,光纤陀螺,声音监控器,激光告警系统,27,第三节激光玻璃,激光,是由激光器发出的具有,高亮度,、,单色性,和,相干性,很好的光束。,激光,是通过,光,、,电,或,化学激发,，使工作物质中的,激活中心,处于高能态，达到,粒子数反转,，出现,受激发射,形成特定波长光的放大而产生的。,28,在1960年,第一台激光器,问世后，第二年就出现了,激光玻璃,。,随着激光技术的飞速发展，激光玻璃也越来越受到人们的重视。,29,激光玻璃,的基质材料是玻璃，由于玻璃的,化学组成,可以在,很宽的范围内,改变，可以制备出各种性质不同的,激光玻璃,；,玻璃具有优良的,光学均匀性,、,高透明度,等特点，以及相比于晶体来说，,玻璃容易制备,，可任意成形为,大口径,激光棒,或,激光圆盘,另外，玻璃中,掺入的激活离子的,种类和数量限制较小,，因此国内外均给予,激光玻璃,高度重视。,30,作为激光的,基础玻璃,，大多采用,光学玻璃,，例如钡冕、硬冕和磷冕等牌号。,通常,Nd,2,O,3,的,适宜含量,为3 5。,Nd,3,在大部分玻璃系统中部获得了,受激发射,，但能满足各项要求有实用意义的只有,硅酸盐,、,硼酸盐,及,磷酸盐,系统。,31,五、激光玻璃的应用,利用激光玻璃,优良的单色性,，可作为分光光度计的,光源,；,利用激光玻璃,高度的定向性,和,相干性,，能将它发射到非常遥远的空间，广泛用于,激光定向,和,激光测距,。,32,由于,激光束,可以聚焦成极小的“一点”，,能量密度极高,，可用来进行,激光核聚变反应,和,激光打孔,、,激光点焊,等精密加工以及外科手术。,33,另外，配合,光导纤维传输,的激光通讯正日益受到世界各国的重视。,激光玻璃,由于容易获得,均质大块材料,，而且便于,成型加工,，大有发展前途,。,34,第四节光色玻璃,物质在,触及到光,或者,被光遮断,时，其化学结构发生变化，其中的,部分吸收光谱,发生改变。,35,当受,紫外线或日光,照射时，由于玻璃,在可见光区,产生,光吸收,而自动变色；,当,光照停止,时，玻璃能,可逆地,自动恢复到初始的透明状态。,具有这种性质的玻璃称为,光致变色玻璃,(也称,光色玻璃,)。,36,许多,有机物,、,无机物,有,光致变色性能,，但是,光色玻璃,优于,其他光色材料,。,例如，,光色玻璃,可以长时间,反复变色,而无疲劳(老化)现象，而且,机械强度,好，,化学稳定性,好，,制备简单,，可获得,稳定的、形状复杂,的制品。,37,光色玻璃,大致可以分为三类：,掺,Ce,3+,或,Eu,3+,的高纯度,碱硅酸盐,玻璃；,含,卤化银或卤化铊,的玻璃；,由于玻璃结构的缺陷而变成色心的,还原硅酸盐玻璃,。,目前，研究较多的主要有两种：,一种是采用,含卤化银,的,碱铝硼酸盐玻璃,；,另一种采用,含卤化银的,硼酸盐玻璃,及,磷酸盐玻璃,等。,38,四、光色玻璃的应用,光色玻璃因为具有,变暗复明,的光色性，在,科学技术和人民生活,中有着广泛的用途。,光色玻璃除已广泛用作制造“,太阳眼镜,”外，在其他各个领域中也不断地进行开发。,39,作为,图像记录,、,全息照相材料,的应用，光色玻璃是合适的材料；,作为,情报贮存,、,光记忆,在,显示装置的元件,中的应用，,光色玻璃的光色性,是十分有价值的；,40,在热带地区,，,光色玻璃,作为,汽车保护玻璃,及,建筑物的自动调光窗玻璃,；,光色玻璃制成,光学纤维面板,也可以用于,计算技术,和,显示技术,。,41,第五节 半导体玻璃,半导体玻璃,的,制造方法,与普通玻璃相似，只是,在制造普通玻璃的原料中,按一定比例,加入一些其他元素化合物,，把原料,加热熔化,后,再冷却,，即可制得各种不同用途的半导体玻璃。,半导体玻璃,实际上应称为,玻璃半导体,，它的应用是基于一些玻璃的,半导体特性,。,42,半导体玻璃,具有,开关,、,存储,、,整流,、,光敏热敏,、,二次电子发射,等多种功能，可以制作,电子线路温度补偿用,敏感元件,、,红外检测器,、,测定高压用敏感元件,、,摄像管靶子,、,三极管,、,声光偏转器,、,光敏元件,等,。,43,玻璃半导体的应用,玻璃半导体除有,开关,和,记忆效应,外，还有,光导,、,光敏,、,热敏,、,整流,、,二次电子发射,以及,透红外,等性能，并有相应的用途如下表所示：,半导体玻璃布,大型电解槽内防晕材料,热敏玻璃,红外玻璃,44,玻璃半导体的应用,45,玻璃半导体,除了,具有上述的应用,外，,硫系玻璃薄膜,还具有一定的特殊用途。,即，它,在一定能量的激光照射下,，,结构,通常会发生,变化,。,如果控制,激光照射的能量,，就可获得,结构的可逆转变,。,46,利用玻璃薄膜,在两种结构状态下,对光的透射、反射和衍射性能上的敏锐变化，可制成,光存贮材料,。,由于,激光点的尺寸,很小，因此能得到,高密度,、,大容量,的,光存贮器,和,激光全息记录介质,。,47,第六节 生物玻璃,生物玻璃是指,能够满足或达到,特定,生物,、,生理功能,的特种玻璃。,把易降解的,玻璃材料,植入生物体内，使其作为,骨骸,和,牙齿,代替物，从而开创了一个崭新的,生物材料研究领域,-,生物玻璃,和,生物微晶玻璃,材料。,48,生物玻璃,的研究已有,40,年的历史，现已成为,材料学,、,生物化学,以及,分子生物学,的,交叉学科,。,由于,生物玻璃,具有人体,软、硬生命组织,有机联结的特点，在,骨科,、,牙科,、,中耳,等方面，可对人体的,伤害部位,进行维护治疗，其前景可观。,49,生物玻璃,主要是由,Si、Na、Ca,以及,P,的氧化物组成。,目前，具有,生物活性的玻璃,已有一系列组成，并且人们对这些系列玻璃已积累了大量的,模拟人体溶液实验数据,。,50,1,具有磁记录特性及光磁特性的功能玻璃,DVD-RAM,四、其他新型玻璃的应用,无源磁光玻璃型电子式电流互感器,51,2载体用功能玻璃,玻璃的,分相现象,发现得比较早，但其,性质和应用开发,的研究开展得比较晚，,多孔玻璃,就是,利用玻璃的分相原理,制得的。,将,Na,2,OB,2,O,3,SiO,2,系统玻璃在420 650间的某一温度下,分相一定的时间,(分相温度和时间长短,根据玻璃的原始组成,而定)。玻璃体分成,耐酸碱腐蚀,(,H,除外)的,富硅相,和易溶于热水或酸、碱溶液的,富含氧化钠,和,氧化硼,的易溶相，两相之间互相交错。,52,分相玻璃,在酸、碱溶液或热水中,，富含,氧化钠和氧化硼,的一相,被浸析而溶解,，玻璃体变成多孔的,高硅氧骨架,。,分相玻璃,具有非常,高的比表面,，,孔的直径,可以通过改变,玻璃各组分的含量,得到控制，可在,海水脱盐,、,固定化酶,、,病毒过滤,、,色谱分析,等方面运用，是一种十分优良的载体材料,。,53,分相玻璃,具有非常,高的比表面,，,孔的直径,可以通过改变,玻璃各组分的含量,得到控制，它具有,耐酸碱,、,抗高温,、,抗细菌感染,等特点，可在,海水脱盐,、,固定化酶,、,病毒过滤,、,色谱分析,等方面运用，是一种十分优良的载体材料,。,54,3,环境监测玻璃,K,2,O-CaO-SiO,2,玻璃是一种适用于,监测和统计,复杂玻璃,综合腐蚀效果,的剂量材料。,这种材料可用于博物馆中样品橱内,气氛的监测,，,纪念物危险程度的估计,及城市和工厂中小区域或大区域,污染程度的估计,等。,55,还有,防盗玻璃,、,防污玻璃,、,低膨胀防火玻璃,、,电磁屏蔽玻璃,和,透镜玻璃,等,新型功能玻璃,相继研究成功，有的已经投放市场。,56,总的看来，,玻璃材料科学与工艺,的发展是迅速的，,新型的玻璃材料,和,特种玻璃,的开发十分活跃。一些,新材料的发展,是由于,科学技术的需要,，反过来，某些,科学技术的成功和发展,则是基于,新材料的不断出现,。,57,