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    高溫玻璃產品的電學性質

    作者:奧固鴻已有:N多人關注
    在常溫下一般玻璃是電絕緣材料。但是,隨著溫度的上升,玻璃的導電性迅速提高,特別是在轉變溫度Tg點以上,電導率有飛躍的增加,到熔融狀態,玻璃變成良導體。例如,一般玻璃的電阻率,在常溫下是1011~1012Ω·m,而在熔融狀態下降至10-2~3*10-3Ω·m。
    利用玻璃在常溫下的低電導率可用來制造照明燈泡、電真空管、氣體放電管、高壓絕緣子、電阻、被覆絕緣導線等。玻璃已成為電子工業的重要材料。導電玻璃可用于光顯示,如數字鐘表換和計算機等。利用玻璃在高溫下的較高電導率,可以進行玻璃電熔和電焊。玻璃的電導率和成分有關。
    固體材料的電導率是表示通過電流的能力。玻璃的電導率分為體積電導率和表面電導率兩種,一般系指體積電導率而言。
    玻璃的導電機理
    1884年瓦布爾格用實驗證明了玻璃的離子導電性能后,人們一直認為,一切玻璃都是離子導電的。知道20實際50年代半導體玻璃的出現,人們才了解到有些玻璃是電子導電的。半導體玻璃主要是不含氧的硫化物,硒化物和碲化物玻璃,此外,某些過渡元素氧化物玻璃也具有電子導電的特性,一般的硅酸鹽玻璃則為離子導電。
    離子導電是以離子為載電體,在外加電場的驅動下,載電體離子長程遷移貫穿了玻璃體,因而顯示其導電作用。載電體離子通常是以玻璃所含能動度最高的陽離子為主。在能動度相差很大的情況下,全部電流幾乎由一種陽離子負載。在常溫下,玻璃中的硅氧或硼氧骨架在外電場作用下幾乎沒有移動的能力。當溫度提高到玻璃的軟化點以上時,玻璃中的陰離子開始參加電流的傳遞。隨著溫度的升高,參與傳遞電流的堿離子和陰離子數也逐漸增多。
    外加電場對載電體離子施加作用,使原先無定向的離子熱運動納入電場方向的概率增加。
    影響玻璃體積電導率的因素
    玻璃的電導率與玻璃的化學組成、玻璃的溫度、熱歷史有關。
    對于Na2O-CaO-SiO2玻璃時:
    1)當CaO含量不變時,以Na2O置換SiO2(<20%),玻璃的電導率增大;
    2)當Na2O含量不變時,以CaO置換SiO2(<10%),情況相反,玻璃的電導率降低;
    3)當SiO2含量不變時,以CaO置換Na2O(16%),電導率大大降低;
    4)在上上述組成范圍內,電導率的對數1gK近似地與置換量成正比。
    應該指出,Na2O-CaO-SiO2玻璃的電導率遠低于Na2O- SiO2玻璃的電導率,甚至低于相應的Na2O-PbO-SiO2玻璃的電導率。
    對電導率影響特別顯著的堿性氧化物,其中Na2O比K2O大,Li2O居中。在石英玻璃中只要加入很少量的Na+,就可以大大增加電導率。當玻璃兼含K2O和Na2O時,其電導率低于僅含Na2O的玻璃,當Na2O:K2O=1:4時,玻璃的電導率最小。二價金屬離子對玻璃電導率的影響,一般隨離子半徑的增大而減小:
    BeO<MgO<ZnO<CaO<SrO<PbP<BaO
    二價離子能夠降低電導率,可以解釋為:二價離子阻礙堿金屬離子的遷移導電,故離子半徑愈大,效果愈顯著。
    在R2O3類氧化物中,Al2O3在一定范圍內提高電導率,B2O3能降低電導率。
    玻璃的電導率是隨溫度的上升而上升。
    玻璃經淬火后的電導率比退火后高,電導率也常用電阻率ρ表示。在軟化溫度以上,玻璃的結構質能迅速達到平衡,在退貨范圍以內,需要一定時間來達到平衡,而在退火溫度以下,達到平衡實際上是不可能的,這與玻璃內部質點的重排有關。
    當玻璃中有應力存在時,電導率增加,未退火的玻璃電導率約為退火玻璃的三倍。淬火玻璃比退火玻璃的電導率更高,這是因為淬火玻璃的比容相對的增大,結構較為疏松。

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