玻璃工艺07

第7章玻璃的电学、磁学性质electric&magneticproperty一、玻璃的导电性常温绝缘体，TTg导电性提高很快，熔融良导体。1.描述导电性的参数（1）电导K（通过电流的能力）K=X·S/LX为电导率体积电导表面电导（2）电阻率ρ（阻碍电流的能力）ρ=1/X电阻R=1/Kρ的单位：欧姆·米体积电阻表面电阻二、导电机理1.离子导电（大多数硅酸盐玻璃）*以离子为载电体。有移动性的载电离子在外加电场的作用下发生定向移动，贯穿整个玻璃体即表现为导电性。*载电离子（Na+K+）能动度相差较大时，由能动度最大的离子承担*外加电场存在定向移动。+1/2bqE－1/2bqEbWE2.电子导电（1）表面电子导电（2）体积电子导电三、影响电导率的因素1.组成（1）R2Oa.迁移性好，对电导率影响最大。Na+Li+K+如：石英玻璃加0.04ppm的Na+时由1017降为1013欧姆/厘米b.混合碱效应K2O:Na2O=4:1电阻最大①T效应减弱②加入第三种碱，效应明显。③Fe2O3的影响2%~6%影响小6%~12%使效应减弱（wt%）12%~16%效应消失（2）ROa.无碱玻璃中参与导电b.普通玻璃中使电阻增大(压制效应)Ba2+Pb2+Sr2+Ca2+Zn2+Mg2+Be2+（3）R2O3a.B2O3使电阻增大b.Al2O3反常量少[AlO4]，电阻减小。量大[AlO6]，在网络空隙中，电阻增大。2.温度的影响（1）低温lg=A+B/TA=log3kT/n0q22B=/klogen0--单位体积离子数q--离子电荷--能量势垒--活化能--离子振动频率一般A=1.5~(-4.5)B=3000~6000（2）高温log=a+bT+cT2b常为负值且绝对值远大于cT升高，参与导电的离子数目、种类增多且振动频率加快，迁移速度加快。（3）Tk-100指标定义：电阻率达到100兆欧厘米时的温度。Tk-100越高绝缘性越好。·K2ONa2O·PbOBaOCaOMgOZnO·Al2O3使Tk-100减小，B2O3可使Tk-100增大。3.热处理的影响（1）离子导电玻璃快冷慢冷电子导电玻璃快冷慢冷（2）分相连通相组成有关。（3）玻璃应力应力使减小。四、玻璃的表面电导1.意义：表面电导是将一边长为1cm的正方形面积，在其边测得的值。单位：欧姆-12.影响因素（1）温度100C表面导电比体积电导大得多100C两种导电基本一致。（2）湿度大气对玻璃侵蚀越强，表面电阻率越小。（3）组成a.R2O含量增多s减小。K2O作用明显b.CaO、MgO、BaO、PbO、Al2O3等取代Na2O-SiO2中的SiO2，使s增大。c.B2O3Fe2O3代Na2O-SiO2中的SiO2（20%）使s增大。4.改变s的方法表面涂层（1）憎水层使s增大（2）金属、半导体膜使s减小3.s的计算s=s100ek(1－h)s100——相对湿度为100%时表面电阻率h——相对湿度五、玻璃的介电损耗dielectricloss1.介电损耗Q定义：玻璃在电场作用下，由于极化或吸收而使一部分电能转变为热能而损失的现象。Q=UIcos为UI间相位角令δ=90－则Q=UIsin·常用δ或tg表示介电损耗。电导率越大介电损耗越大。2.损失种类（1）电导损失（2）松弛损失（3）结构损失（4）共振损失3.影响因素·TQ·R2O使Q增大RO使Q减小由M沿电场方向移动而产生由M离子在一定势垒间移动产生由玻璃网络松弛变形产生，属松弛损失由M离子或网络骨架本征振动吸收能量而产生六、玻璃的介电常数dielectricconstant1.电介质主要以电磁感应形式而不是以电子的传输来反映电的作用和影响的媒质。2.介电常数ε（1）ε=C/C0表征了物质在电场作用下极化程度的大小。ε=1+4πa真空a=0（2）玻璃的极化a.电子位移极化b.离子位移极化c.取向极化离子或电子云在外电场作用下变形而产生偶极矩的变动。正负离子在外电场下偏离原有位置而产生偶极矩的变动玻璃中极性分子在电场作用下定向排列引起偶极矩的变动3.影响ε的因素（1）组成PbO、BaO含量高的玻璃ε大R2O使ε增大，重金属影响最大。（2）温度Tε·低温（100C）ε变动不大·250C后ε迅速增大（此界限与R2O和PbO的含量有关，量越多温度越低）（3）电场频率频率越低ε越大，随温度变化界限越低。低温时频率影响小。七、玻璃的介电强度（抗击穿强度）dielectricstrength1.定义：作为绝缘体使用的介质，当外加电压超过某一临界值时绝缘性消失，即电击穿。临界电压为介电强度2.击穿机理（1）热击穿（2）电子击穿（3）电化学击穿玻璃受热电阻下降，玻璃发生局部热破坏甚至熔化。试样越厚击穿强度越低。电压加速电子对其它原子冲击，激发出更多自由电子参与导电。发生化学变化，使玻璃中的电场变得不均匀甚至产生破裂的应力而被击穿。3.影响因素（1）组成SiO2使介电强度增大（透明石英为400千伏/厘米）R2O使介电强度减小（厚2~6cm的工业玻璃为30~70kv/cm(2)温度、电压增加速度、内部缺陷、电场均匀与否等八、玻璃的磁学性质含有过渡金属离子和稀土金属离子的氧化物一般有磁性。·多数玻璃为弱磁性，含铁磁性晶体（Fe2O3、MnFeO4、BaO·6Fe2O3、LiFe5O8）的玻璃具有强磁性。I=μ×H磁感应强度磁化率磁场强度μ0~10－6为弱磁性μ0为反磁性μ0为顺磁性对于铁磁性物质，I与H不是直线关系。思考题：为何Li2O和K2O对电阻率的影响几乎相等？