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影響玻璃密度的主要因素及化學(xué)分子

　　玻璃的密度與化學(xué)組成關(guān)系十分密切，在各種玻璃制品中，石英玻璃的密度最小，為 22 0 0k g / m 2 ，普通鈉鈣硅玻璃約為 25 0 0 ～ 26 0 0 k g / m2 。在硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽玻璃中引入 R 2 O 和 RO 氧化物時(shí)，隨著離子半徑的增大，玻璃的密度增大。半徑小的陽(yáng)離子如 Li + 、 Mg 2+ 等可填充于網(wǎng)絡(luò)間空隙之中，因此雖然使硅氧四面體的連接斷裂，但并不引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大。陽(yáng)離子如 K + 、 Ba 2+ 、 La 2+ 等，其離子半徑比網(wǎng)絡(luò)空隙大，因而使結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。因此，玻璃中加入前者使結(jié)構(gòu)緊密度增加，加入后者則使結(jié)構(gòu)緊密度下降。同一氧化物在玻璃中的配位狀態(tài)不同時(shí)，密度也將產(chǎn)生明顯的變化。 B 2 0 3 從硼氧三角體[BO 3 ] 轉(zhuǎn)變?yōu)榕鹧跛拿骟w [ BO 4 ] 或者中間體[ R0 4 ] 轉(zhuǎn)變到八面體 [ RO 6 ] ( 如 A1 2 0 3 、 Mg O 、 Ti O 2 等 ) 均使密度上升。因此，連續(xù)改變這類(lèi)氧化物含量至產(chǎn)生配位數(shù)變化時(shí)，在玻璃成分 - 性能變化曲線(xiàn)上就出現(xiàn)了極值或轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

　　在 R 2 O -B 2 0 3 -Si O 2 系玻璃中，當(dāng) Na 2 O /B 2 0 3 ＞ 1 時(shí)， B 3 + 由三角體轉(zhuǎn)變?yōu)樗拿骟w，玻璃密度增大，當(dāng) Na 2 O /B 2 0 3 ≤1 時(shí)，由于 Na 2 0 不足， [BO 4 ] 又轉(zhuǎn)變成 [ BO 3 ] ，使玻璃結(jié)構(gòu)緊密，密度下降，出現(xiàn)“硼反�，F(xiàn)象”。 在 Na 2 0 - Si O 2 玻璃中，以 Al2 O 3 取代 Na 2 0 時(shí)，當(dāng) Al 3+ 處于網(wǎng)絡(luò)外成為 [Al O 6 ] 八面體時(shí)，玻璃密度上升，當(dāng) Al 3+ 處于 [Al O 4 ] 四面體中， [ Al O 4 ] 的體積大于 [ Si O 4 ] ，密度下降，出現(xiàn)“鋁反常現(xiàn)象”。
玻璃中含有 B 2 0 3 時(shí)， Al 2 O 3 對(duì)玻璃密度的影響更為復(fù)雜。由于 [ Al O 4 ] 比 [ BO 4 ] 穩(wěn)定，所以，引入 Al 2 0 3 時(shí)，先形成 [ A1 04 ] ，當(dāng)玻璃中含 R 2 O 足夠多時(shí)，才能使 B 3 + 處于 [ BO 4 ] 。

　　玻璃的密度可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：V= (2 -2 — 5)式中：

 D —密度；
Vm —各組分玻璃比容的計(jì)算系數(shù)，可由表 2 - 2 -3 查出；
fm —玻璃中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
表 2-2-3 玻璃的比容 Vm 計(jì)算系數(shù)值
表 2 - 2- 3 中的 Ns i =S i 的離子數(shù) / O 的離子數(shù)，對(duì)于相同的氧化物 Ns i 不同，則其系數(shù)不同。例如 Si O 2 玻璃 Ns i =0 . 5 ，增加了其他氧化物，
則 Ns i ＜ 0. 5 ， Ns i 的計(jì)算方法如下：
Ns i = ( 2 - 2- 6 )
式中： Ps i —玻璃中 Si O 2 的質(zhì)量百分含量；
fm —玻璃中氧化物的質(zhì)量百分含量；
Sm —常數(shù)，數(shù)值查表 2 — 2 — 3 ；
Ms i — Si O 2 的摩爾質(zhì)量。