9玻璃的电、磁学性质.ppt

第六节 玻璃的电学、磁学性质常温玻璃为绝缘体T>Tg后导电性提高很快熔融时为良导体一、玻璃的导电性1玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（一）描述导电性的参数1. 电导K（通过电流的能力）K=X·S/L X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/K ρ的单位：欧姆 · 米表面电阻体积电阻2玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（二）导电机理1.电子导电（1）表面电子导电* 含Pb、Bi的玻璃在H2中还原成胶态导电膜* 镀膜 金属、氧化物膜（Au、Pt、SnO2）（2）体积电子导电*在硅、硼酸盐中加入Fe 、 Mn等变价金属离子，或磷酸盐 中加入V2O5变价离子部分电子未被束缚，易激发成自由电子而导电不含氧的硫属化合物玻璃，如As2Se3玻璃3玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质2.离子导电（大多数硅酸盐玻璃）以离子为载电体:载电离子以能动度最高的阳离子为主Na+ 、K+）在能动度相差较大时，几乎完全由能动度最大的离子承担.Tf以上阴离子团也参与外加电场 : 只有它存在时离子才会定向移动+1/2bqE －1/2bqE bWE4玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（三）影响电导率的因素载流子浓度、网络骨架联结程度、空隙大小、载流子本性等→载流子数目、迁移速度→导电性1.组成（1）R2Oa. 迁移性好，对电导率影响最大。

Na+>Li+>K+如：石英玻璃中加入0.04ppm的Na+时电阻由1017降为 1013 欧姆/厘米5玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质b.混合碱效应K2O:Na2O = 2:1 电阻最大①加入第三种碱，效应更明显 ②T升高效应减弱③Fe2O3的影响 （wt%） 2%~6%影响小 6%~12%使效应减弱12%~16%效应消失6玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（2）ROa.无碱玻璃中参与导电b.普通玻璃中因压制效应使电阻增大，随半径增大而明显: Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Zn2+>Mg2+>Be2+（3）R2O3a. B2O3使电阻增大b. Al2O3反常量少时为[AlO4]，体积大，扩散迁移易，电阻减小量大时为[AlO6]，在网络空隙中，电阻增大R2O- SiO2玻璃的电阻0.27玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质2. 温度的影响（1）低温lg=A+B/TA=log3kT/n0q22 B=/k logen0--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+cT2 b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。

8玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（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· K2O比Na2O更可提高Tk-100 · PbO>BaO>CaO>MgO>ZnO· Al2O3使Tk-100减小，B2O3可使Tk-100增大9玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质3.热处理的影响（1）离子导电玻璃: 快冷慢冷（2）分相 : 连通相组成有关 (3) 析晶、微晶化： 完全析晶： 增加几个数量级 部分析晶： 取决于R2O在晶体和玻璃相中的 分配（4）玻璃应力: 应力存在使减小10玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（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后 两种导电基本一致2）湿度 水气侵蚀玻璃后为一层碱溶液膜，导电性较强∴大气对玻璃侵蚀越强，表面电阻率越小3)玻璃的表面状态 酸处理过的表面电阻率大11玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（4）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.B2O3 Fe2O3代Na2O-SiO2中的SiO2（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15玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（六）玻璃的介电损耗1.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间相位角理想状态=90，Q=0 实际0令δ= 90－ 则Q=UIsin· 常用δ或tg 表示介电损耗· tg  为绝缘体无效消耗与有效输入能量比电导率越大介电损耗越大16玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质2.损失种类（1）电导损失 由网络外体离子沿电场方向移动而产生（2）松弛损失 由M离子在一定势垒间移动产生（3）结构损失 由玻璃网络松弛变形产生，属松弛损失（4）共振损失 由M离子或网络骨架本征振动吸收能量而产生3.影响因素· 温度升高Q增大· R2O使Q增大 RO使Q减小17玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（七）玻璃的介电强度（抗击穿强度）1. 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 因电压作用，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2）电子击穿 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18玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质（3）电化学击穿 电场中组成被破坏，发生化学变化， 使玻璃中的电场变的不均匀甚至产 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30~70 kv/cm(2)温度、电压增加速度、内部缺陷、电场均匀与否等均影响介电强度19玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质二、玻璃的磁学性质１．多数玻璃为弱磁性，含铁磁性晶体（Fe 2O3、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μ 0~10－6为弱磁性 μ0为顺磁性对于铁磁性物质，I与H不是直线关系20玻璃工艺学第六节 玻璃的电学、磁学性质２．含有过渡金属离子和稀土金属 离子的氧化物玻璃 一般有磁性．添加钇、镝、钬和铥等离子的磷酸盐、硼酸盐或氟化物 玻璃，在室温下具有强磁性。

若玻璃中添加铈、铕、镨或铽等稀土离子，可制得法拉 第磁光玻璃磁光玻璃又称旋光玻璃，是在磁场的作用下，能够使通过 玻璃的光的偏振面发生偏转或产生双折射现象的玻璃可用 来做偏光或检偏光元件、光开关、光隔离器等 21玻璃工艺学。