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第三章 功能玻璃
由于原子能、电子工业、计算机、医疗、
激光等 近代科学技术的发展 及 国防工业 的需要，
玻璃材料 和其他 无机非金属材料 一样，发展非
常迅速。
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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 的、有 专门用途 的、或者制造 工
艺有明显差别 的一些 新品种“玻璃” 。
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功能玻璃 近年来发展迅速，它除了具有 普
通玻璃 的 一般性质 以外，还具有许多 独特的性
质,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。
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新型 功能玻璃材料 的开发主要依赖于如
CVD,PVD,等离子溅射, 溶胶凝胶, 材
料复合 等各种高新技术、新工艺 在玻璃制造
中 的巧妙运用。
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随着 材料制备手段 的不断提高和发展，新技
术、新工艺的出现，玻璃材料的开发日新月异，
具有各种 探索性能的玻璃 不断的涌现出来。
新型功能玻璃 就是采用 高纯原料, 新型技术,
新的制备方法 或 在特殊的条件下 形成的具有某种
特殊功能 的玻璃或无机非晶态材料。
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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。
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(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；
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(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；
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(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；
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(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。
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新型功能玻璃 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。
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第一节 微晶玻璃
微晶玻璃是指通过 玻璃热处理 来控制 晶
体的生长发育 而获得的一种 多晶材料 。它既
有 玻璃 的基本性能，也有陶瓷 多晶体 的特征。
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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。
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特殊性能 的微晶玻璃材料，如 零膨胀, 高
强度, 可切削 以及不同 电性能 的材料，可以通过
下面两种方法而制得：
１、控制 基质玻璃成分的变化；
２、控制 析出晶相类型及微晶大小。
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传统的 微晶玻璃 为 Li2O--Al2O3--SiO2和 MgO--
Al2O3--SiO2系统，前者在玻璃中形成 锂辉石, 石
英固溶体,这些晶体具有 负膨胀系数 。
通过热处理，控制原始玻璃中的 晶相 及 玻璃
相的比例,可制成一系列 从负到正膨胀系数 的微
晶玻璃。
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若将 晶体尺寸 控制在一定范围内，则可制成
透明或半透明 材料。
组成成分在 Li2O--SiO2和 Li2O--2SiO2区的微
晶，利用 晶体与玻璃 对氢氟酸 侵蚀性能 的差别，
通过 光刻 可以制成 薄板电子元件 。
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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。
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微晶玻璃的分类
从 外观 看，有 透明 微晶玻璃和 不透明 微晶玻璃；
按 微晶化原理 分为 光敏 微晶玻璃和 热敏 微晶玻璃；
按照 性能 分为 耐高温, 耐热冲击, 高强度, 耐磨,
易机械加工, 易化学蚀刻, 耐腐蚀, 低膨胀, 零膨胀,
低介电损失, 强介电性, 强磁性 和 生物相容 等种类。
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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；
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按 所用材料, 微晶玻璃 则分为 技术
微晶玻璃和 矿渣 微晶玻璃两类；
此外，还可按 所含氧化物特点 等方
法分类。
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一、微晶玻璃的性质
1,力学 性质
2,热学 性质
3,化学稳定 性
4,光学 性质
5,电学 性质
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1．力学性质
(1)机械强度
(2)硬度及耐磨性
(3)弹性模量
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(1) 机械强度
微晶玻璃 的机械强度比 一般玻璃, 陶瓷 材料
以及某些 金属材料 高得多。
抗压强度 为 0.59 ~ 1.02 GPa,抗弯强度 为 88.2
~ 220.5 MPa,抗张强度 为 49 ~ 137.2 MPa；
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特殊 的或 增强 的微晶玻璃,抗弯强度 高达
411.6 ~ 548.8 MPa。
微晶玻璃的 抗冲击强度 为 2.94 ~ 9.811 MPa，
是普通玻璃的 l ~ 2 倍，但仍属于 脆性材料 。
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属于 高强度的微晶玻璃,有以下三种：
Li2O—MgO--Al2O3--SiO2
Li2O--ZnO--Al2O3--SiO2
(BaO,PbO)--Al2O3--SiO2--TiO2系统。
26
当 高膨胀系数 (9.0 × 10-6 ~ 10.0 × 10 –6 K-1，
25 ~ 300 ℃ )的微晶玻璃的表面 被覆上 比其膨胀系
数小 (1.0 × 10 –6 ~ 3.9 × 10 –6 K -1)的 涂层 后，可
获得很高的强度。
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(2) 硬度及耐磨性
微晶玻璃 硬度很高,具有突出的 耐磨 性能。
其硬度高于 高碳钢, 花岗岩,接近 淬火工具钢 的
硬度。维氏硬度 5.9 ~ 9.3 GPa。
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属于 高硬度的微晶玻璃 有以下三种系统：
CaO--Al2O3--SiO2；
MgO--BaO--Al2O3；
CaO--TiO2--CeO2。
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(3)弹性模量
微晶玻璃的 弹性模量 一般为 88 ~ 98 GPa,泊
松比 为 0.215～ 0.29。
此外，微晶玻璃比铝轻，密度值为 2.4 ~ 2.6
g· cm -3。
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2,热学性质
(1)热膨胀系数；
(2)热稳定性；
(3)软化温度。
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(1) 热膨胀系数
采用 不同组成 及 热处理方法,可以制得 多种膨
胀系数 (膨胀系数值为 -1.2 × 10-6 ~ 20.0 × 10 -6 K-1)
的微晶玻璃。
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如以 石英为主晶相 的 Li2O-Al2O3-SiO2系统
玻璃，膨胀系数值为 -4 × l0-7 ~ 4 × l0 -7 K-1，
最高 使用温度 为 800 ~ 850℃ 。
由于这种微晶玻璃是透明的，所以可代替
透明的石英玻璃 。
33
以 锂辉石为主晶相 的 Li2O-Al2O3-SiO2系统玻
璃，膨胀系数值为 7 × 10-7 ~ 11 × 10-7 K-1 ( 25 ~
300℃ ),最高安全 使用温度 为 1170℃,烧至红热
态投入水中也不破裂，用于制 烹饪器皿 等。
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(2) 热稳定性
由于微晶玻璃 膨胀系数值低, 抗张强度
高,所以具有 优良的热稳定性 。有的可以经受
100 ~ 150℃ 的温度剧变而不破坏，有的还能在
温差高 达 400℃ 的条件下使用。
35
(3)软化温度
由于 微晶玻璃 中含有 大量晶体,所以在晶体
熔化点以下时，其 粘度 几乎与 温度 没有关系。
当 晶体熔化 后，其 粘度显著降低,故在微晶
玻璃所含晶体的熔化温度以下时，它有比 一般玻
璃 高得多的使用温度，其负荷软化温度为 560 ~
1340℃ 。
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微晶玻璃在 25～ 400℃ 时的 比热容 为
7.74× 10 2 ~ 9.21× 10 2 J／ ( kg · K )。
微晶玻璃的 导热性比较低,是 热绝缘
材料 。在 25℃ 时，各种微晶玻璃的 热导率
为 0.796 ~ 4.19 w.m-1.K-1
37
3．化学稳定性
微晶玻璃的 耐酸耐碱 性高于 一般玻璃,
大致同 硼硅酸盐玻璃 相当。对 王水 有非
常高的稳定性，仅有轻微的侵蚀。
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例如,
以 石英为主晶相 的微晶玻璃，在 90℃ 时与 15
％ HCl 作用，经 24 h,其侵蚀量为 0.04％ ~ 0.05％，
以 锂辉石为主晶相 的微晶玻璃，其侵蚀量则
为 0.02％ ~ 0.03％。
39
4．光学性质
光敏微晶玻璃 具有 感光显影 性质，可像一般
照片的胶片一样进行 曝光和显影 。
以 Au,Ag和 Cu等金属为 成核剂 的玻璃，可
用镂空图案的铅皮、铁片、照相底片等 贴在玻璃
表面,然后 用紫外线照射 进行曝光。
40
曝光后的玻璃，加热到 高于退火温度 进行热处
理。最终,紫外线照射的部分,被 晶化 或着 色,而
没有被照射部分 仍然 透明 或 颜色不变,因此，所需
的图案就 在玻璃中 显示出来。其中,热处理过程 也
称为 显影过程 。
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5．电学性质
(1)介电常数
(2)介电损失系数
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(1) 介电常数
一般玻璃 的介电常数为 4～ 20，最高的是 40
(25℃,1000 Hz)。
以 BaTiO3,NaNbO3,PbTiO3为主晶相的 强介电
性微晶玻璃 (BaO(PbO))--TiO2--Al2O3--SiO2,Na2O--
Nb2O5--SiO2系统，其介电常数高于 100。
43
一般微晶玻璃在 高频, 高温 的条件下，也有
很高的 介电常数 (5 ~ 10)。
温度变化 对微晶玻璃影响很小，在 25 ~ 800℃
间，其介电常数仅相差 0.3％。
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在高频、高温条件下，微晶玻璃 击穿电压 也
非常 高,一般为 2.3 × 107 ~ 7.1 × 107 V／ m。
无碱 微晶玻璃 MgO(BaO) ~ Al2O3·SiO2,其 主晶
相 为 堇青石,有良好的电绝缘性，其电阻率为
l08.6 ?, cm。
45
堇青石
堇青石 (Iolite)属 斜方 晶系,化学式 为
Mg2Al4Si5O18, 硬度 为 7.5 ~ 8,比重 为 2.57～ 2.61，
折射率 为 1.542 ~ 1.551，断口处呈 油脂光泽 。
附
46
堇青石的 颜色 很像蓝宝石，但是，由于常含有
水，所以又称为 水蓝宝石 。
由于 堇青石 具有 蓝宝石的颜色 及 有光泽 且 价格
便宜,因此更被戏称为 穷人家的蓝宝石 。
堇青石的 能量 是 相当稳定 的，且不能 以加热的
方式 来改变它的颜色，是一种货真价实的 宝石 。
附
47
(2) 介电损失系数
在高温、高频条件下，微晶玻璃 介电损失
系数很低,某些微晶玻璃在 10 10 Hz,500℃ 时
介电损失系数 值为 0.010。
48
以 BaTiO3,NaNbO3,PbTiO3为主晶相的
强介电性微晶玻璃 在 25℃, 1000Hz时的 介电
损失系数 为 0.008 ~ 0.025。
49
二、微晶玻璃的核化、晶化与成核剂
微晶玻璃的微晶化 包括以下几个过程：
(1)玻璃结构 发生微调；
(2)晶核 的形成；
(3)基本晶相 的形成及生长；
(4)介稳相 转变为 稳定晶相 及 残余玻璃 。
50
(1)玻璃结构发生微调
不改变 玻璃态,但 物理性能 发生变化称
为,预晶化,，它主要是由 近程有序 向 远程
无序 微调；
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(2) 晶核的形成
激起 基本结晶相 的形成，这一过
程是结晶的根本；
52
(3)基本晶相的形成及生长
这一过程，使 介稳相 接近于 玻
璃的组成 ；
53
(4)介稳相 转变为 稳定晶相 及 残余玻璃 。
54
以上四个过程，是由 两段热处理 完成：
第一阶段是 玻璃结构微调 及 晶核的形成 ；
第二阶段为 均匀结晶,即 核化处理 及 晶化处理 。
55
微晶玻璃 结晶过程中的 核化与晶化 多数属于 非
均相核化 的类型。
其 基本原理 是：加入 玻璃配合料 中的 成核剂,
在熔制过程中，均匀地溶解于玻璃熔融体中。当玻
璃处在 析晶温度区 时，成核剂能 降低 晶核生成所需
要克服的 势垒,从而 核化 可以 在较低的温度下 进行。
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这种晶化类型的特点是 核化与晶化 在整
个玻璃体内 均匀地进行,新晶相 在成核剂上
附析长大 成为细小的晶体。
微晶玻璃 成核剂 可分为 贵金属 及 氧化物
两大类。
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1,贵金属成核剂
常见的 贵金属成核剂 有 Au,Ag,Cu,Pt、
Ru,Rh及 Pd等；它们在玻璃中呈 离子状态,吸
收电子后转变为 原子态 。
58
由于 贵金属成核剂 在玻璃中 溶解度较小,
因此，它们 以胶体形式析出,从而转变成 玻璃
析晶 的 成核剂 。其胶粒的大小一般为 8 ~ l0 nm。
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2,氧化物成核剂
常用的氧化物成核剂 有 TiO2,ZrO2和 P2O5。
它们易溶于 硅酸盐玻璃, 配位数 较高，并且 阳
离子的场强 较大，在热处理过程中，容易 从硅酸盐
网络中 分出，导致 分相, 结晶 。
60
ZrO2在 玻璃熔体 中 (尤其是在 低碱
玻璃 中 )难以溶解。但当它同 P2O5共同
使用 时，则能显著提高其溶解度，因而
得到广泛应用。
61
过渡元素的氧化物，如 Cr2O3,Fe2O3、
V2O5,NiO,MnO等也可作为 成核剂,但
由于它们能使 玻璃着色,故较少采用 。
62
三、微晶玻璃基本生产过程
微晶玻璃由于产品种类不同，其具体的 工艺路
线 也各有特点。
各种 微晶玻璃 共同的 生产工艺流程 如下：
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所有上述工序中,热处理 是微晶玻璃生产
的关键工序。
配合料制备 玻璃熔融 成型
加工微晶化处理再加工
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微晶 玻璃配方及生产工艺 条件应满足下面的五
个的要求：
１、玻璃 易熔制 且 不被污染 ；
２、熔制及成型过程中 不析晶,
３、成型后的玻璃有良好的 加工性能 ；
４,微晶化处理时 能迅速 实现整体析晶,
５、产品能 满足设计的理化性能 要求。
65
微晶玻璃 生产工序中,热处理 是微晶玻璃生产
的关键工序。因为微晶玻璃的 结构 取决于 热处理的
温度条件 。
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微晶玻璃 热处理中，先后发生以下四个过程：
分相
晶核生成
晶体生长
二次结晶生长
67结晶化热处理过程图
热处理温度条件 可以归纳为 阶梯型温度处
理 和 等温型温度处理 两种类型，如下图所示：
（ a） 阶梯温度制度
（ b） 等温温度制度
68
1．阶梯温度处理
阶梯温度处理一般 采用分段的方式 进行。
第一阶段是 在一定温度下 保温,使玻璃中产生
尽可能多的 晶核 ；
第二阶段是 在较高一些的温度下,令 晶体生长,
使 基础玻璃 转化为 以微晶结构为主 的 微晶玻璃 。
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多数 微晶玻璃 经过 两个阶段热处理 就完
成了 全部结晶化 过程。
有时，有些微晶玻璃也需要 在更高的温
度下 进行 第三次热处理,才能得到所需设计
的晶相。
70低膨胀微晶玻璃热处理过程图
例如，用 Li2O--Al2O3--SiO2系统生产 低膨胀微
晶玻璃 时，就要 分三个阶段热处理 才能得到不透明
的制品，如下图所示。
71
2．等温处理
某些系统的基础玻璃，由于 晶核形成 的温度区
域与 晶体生长 的温度区域重叠。因此，在它们共同
范围中的某一温度下，能 同时进行 晶核形成 和 晶体
生长 两个过程。
72
当基础玻璃中的 晶核形成 和 晶体生长 两个过
程 同时进行时,可以采用 等温处理 来进行微晶化
处理。
热处理时，应注意选择 适当的晶化速度,以
避免 制品软化变形 或 应力过大 而破裂。
73
四、复相微晶玻璃
传统的 微晶玻璃 是通过 高温熔融 获得玻璃后
再 经过热处理 得到的。随着 溶胶 --凝胶 科学技术
的发展，微晶玻璃的研究领域也大大扩展。
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近年来，利用 溶胶 --凝胶方法 获得了一
系列重要的 微晶玻璃 材料，尤其是在 非线
性光学, 功能材料, 电子材料 等领域。这
些 新型的微晶玻璃 展示了重要的应用前景
和特有的科学研究价值。
75
复相微晶玻璃 是在 复相陶瓷 的基础上提出的，
它是一类 重要的 具有独特性能 的 新型微晶玻璃 。
从广义上讲,复相微晶玻璃 是指 微晶功能相
同 玻璃相 之间通过 相的复合,从而获得 具有一系
列特殊性能的 新型功能材料 。
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复相微晶玻璃 按照 功能相的不同 进行分
类，主要有以下几种。
(1)金属单质 复相微晶玻璃
(2)氧化物半导体 复相微晶玻璃
(3)化合物半导体 复相微晶玻璃
(4)铁电 复相微晶玻璃
(5)铁磁 复相微晶玻璃
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(1)金属单质复相微晶玻璃
传统的典型 金属单质微晶玻璃 是 光敏微晶玻璃 。
用溶胶 --凝胶法将 金属单质 Au,Ag等 在 SiO2玻
璃中 均匀析出，形成的 复相结构 的材料，具有独特
的 光学性能 和 半导体特性,这种材料在 压敏, 气敏,
湿敏 等领域具有广泛的潜在应用。
78
(2)氧化物半导体复相微晶玻璃
以 氧化物半导体 如 ZnO,CdO,FeO等过
渡金属氧化物 与玻璃复合 而形成的 复相结构,
通常具有良好的 电性能,这类材料在 电压敏 等
方面有着广阔的应用前景。
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(3)化合物半导体复相微晶玻璃
以 CdS,PbS,CdTe,Cd 1-x Hg xTe等 II--IV
族化合物，以及 Al P等 III--V族化合物半导体与玻
璃复合能形成一类新型精细复合功能材料。
这些材料在 非线性光学, 光致发光, 场致发
光 等 领域具有优良的性能和良好的应用前景。
80
(4)铁电复相微晶玻璃
很早人们采用 熔融工艺 开始研究 铁电微晶玻璃,
主要包括 BaTiO3,PbTiO3,NaNbO3等体系。
利用该方法制备 复相微晶玻璃 主要集中在 含有
晶体取向的 微晶玻璃的制备方面。
熔融工艺 方法的主要有以下三个方面的缺点：
81
1、通常需要在 1400 ~ 1600℃ 左右的温度熔
融，极大地 限制了难熔组分 和 易挥发组分 的使用。
２、这种方法比较容易 出现杂相,极易产生
热力学 亚稳晶相 。
82
3、是 功能晶相含量不能太高 。
这是因为，首先要 形成玻璃相,成分中必须
有 玻璃形成氧化物,而 易形成铁电相的组分 往往
又不是 玻璃形成氧化物,而添加 玻璃形成氧化物
就必然降低 铁电相 的含量，从而降低其性能。
83
用溶胶 --胶法可以使 BaTiO3,PbTiO3等高
介电常数的 铁电相 与 玻璃相 在很大范围内复合，
形成具有 铁电性能 的复合功能材料。
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铁电性能 的复合功能材料，具有良好的 介
电频率 和 介电温度 特性，它对研究 铁电体尺寸
效应,对制备 高性能电介质材料 和 微电子厚膜
浆料 等方而具有重要的理论和实用价值。
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(5)铁磁复相微晶玻璃
铁磁性微晶玻璃 传统工艺已有广泛的研究，
而用溶胶 --凝胶法将纳米 MnFe2O4,NiFe2O4、
ZnFe2O4,BiFeO3等 铁磁相 和 玻璃相 复合是近年
才引起重视的研究方向 。
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用溶胶 --凝胶法形成的具有 铁磁性的功能材
料,在 磁光控制, 吸波材料, 微波器件 等方面
具有重要的应用前景。
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(6)其他复相微晶玻璃
将 光变色晶相 与 玻璃 复合形成的 光致变色复
相微晶玻璃 ；
将 光变色染料, 激光染料 等 有机功能相 与 玻
璃相 复合形成性能优良的 非线性光学材料 ；
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将有 生物活性的功能晶相 或者 生物酶 与
玻璃相 复合形成 生物复相微晶玻璃,
这些 复相微晶玻璃 把 无机界与生物界 联
系起来，从而开辟出一个新材料领域。
89
五、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。
90
1．微晶玻璃装饰板材
(1)耐候性好，抗污染。
由于 天然石材 均有一定的 吸水性,这一特点将
导致其 渗水, 渗碱,不能长期 抗大气及雨水的污染,
使污染物浸蚀石材表体，从而影响其原有的色泽。
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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。
因此 微晶玻璃板材 耐候性好, 抗污染,可
大大降低建筑物维护保养成本。
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(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。
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微晶玻璃装饰板材 的 表面光洁度 更是远远高
于 天然石材,其光泽亮丽柔和，并能使建筑物富
有豪华壮观气派，从而达到非凡的装饰效果，尤
其是 纯白, 纯黑 及 纯单一色彩 的微晶玻璃更是天
然石材所不及的 。
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(3)优良的机械、化学稳定性可确保安全性
微晶玻璃是 无机硅酸盐材料 经 高温晶化 精
制而成，其结构 均匀致密,比天然石材更为 坚硬,
耐磨, 耐酸碱,能经受全天候风吹、日晒雨淋而
不变色、不褪色，加上 机械强度性能优越,能 抗
强力冲击 而不破裂，可确保建筑物安全性。
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(4)易于加工成各种规格，又有良好环保性能
微晶玻璃板材 可根据需要加工成各种厚度的 板
材和异型材,切割成各种规格。
另外，它是用 无机硅酸盐材料 加工而成，因此
微晶玻璃不含放射性物质,确保了环境无放射性污
染。这也是微晶玻璃优于天然石材的独到之处。
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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。
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用作 建筑隔堵 和 建筑砌块 的 微晶玻璃,其晶
化程度不像 装饰用微晶玻璃 要求那么高。因此，
可以克服 微晶玻璃成晶率低 的不足。
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另一方面，微晶玻璃 原料广泛,可利用多种
工业废料。如利用 矿渣 在熔融状态下 用加进空气、
蒸气或水处理的方法制成的 泡沫矿渣 微晶玻璃，
作为 填充材料 和 结构材料 最宜用于轻质墙构筑物。
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由于 微晶玻璃制品 具有很高的 耐热性,因此
还可作为 高温状态下 建筑结构材料 。
墙体材料 是 各种建筑中 用量最大的材料，微
晶玻璃将在 墙体材料 中，特别是 高层建筑中 发挥
大的作用，这也为废料利用开辟一条新途径。
100
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。
101
微晶玻璃波纹板 具有很 高的机械强度 和
吸水率为零 的优良性能，可广泛用作 屋面材
料 或 分层壁板的覆盖层 。
微晶玻璃 保温, 隔热, 耐磨性能 好，可
作 保暖 或 非保暖工业建筑物的屋盖、地板 等。
102
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。
103
例如,矿渣微晶玻璃制品,无论是 耐磨性,
强度 和 抗化学腐蚀能力 都比 陶瓷 高，同 石棉水
泥制品 相比，它具有不吸水、不弯曲等性能。
矿渣微晶玻璃 的 耐火性, 耐大气侵蚀 和 强
度 的技术指标都远远超过 建筑塑料,而且没有
毒性。
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除了 纯微晶玻璃制品 外，还可以制备 复合
微晶玻璃制品,如 钢丝增强微晶玻璃,或 耐火
用的微晶玻璃钢, 防火用的泡沫 或 非泡沫微晶
玻璃扳 等。
105
第二节 光导纤维玻璃
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。
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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。
107
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。
108
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。
109
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 。
110
将 多根光导纤维 粘合成块，切成平片,在各
种光电系统中 能作为具有 高的光学耦合效率 和 很
小畸变的传光介质 使用。
111
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。
112
一、光导纤维的传光原理
入射到两种 折射率不同介质 界面上的光，一
部分反射，另一部分经折射透射过去。
当光的入射角度变大到使折射角成 90度时,
就造成 入射光在界面上 的 全反射 。
113
光纤通信就是利用这种 内全反射 的原理。
即，入射到光纤内的光，如果能满足 芯和
包层界面上 内全反射 的条件，光就可 在纤维内
不断向前反射,沿着纤维轴 向前传输。
114
表面平滑的 透明玻璃纤维 能使光 在高、低折射
率界面 通过全反射而独立地、高效地传光。
为了使实际所传递的光 有足够的亮度,并利用
纤维传光的独立性 进行传像，因此把许多纤维集合
起来使用。
115
光导玻璃纤维 按 成分 分为 石英光纤, 多组
分光纤 和 非氧化物 (卤素 )光纤 三类；
按 折射率的变化 可分为 阶跃型 (包皮型 )光纤
和 梯度型 (渐变型 )光纤 两类。
116
包皮型光纤 由高折射率的 芯玻璃 和低折射
率的 皮玻璃 组成，后者为了保证光学绝缘，厚
度必须大于所传递波长的 1/2。
这种结构保证了 在一定入射角下 射入纤维
端部的光线始终 在芯 --皮界面上 达到全反射。
光线在这种纤维中以 折射形式 传播。
117
纤维的折射率 从中心至四周 逐渐 以近抛物线
形式 减小，光在纤维中传播时是 沿轴线方向 振荡
式进行，形成一种正弦形曲线。
118
梯度折射率纤维 能起透镜的作用，单根纤维
即可传像，相当于能弯曲的透镜，所以,梯度折
射率纤维 又称作 自聚焦纤维 。通常 利用离子交换
使光纤有 梯度折射率。
119
通信纤维 在 传光的模式 上又可分为 单模的 或
多模的 两种。
通常 包皮型纤维 为 多模纤维,但当纤维芯径降
至和传播光的波长可比拟，而芯 --皮折射率差又很
小时，纤维就相当于一个波导管，能进行 单模传递,
此时称为 单模纤维 。
120
包皮型光导纤维 用 数值孔径 (NA)来表征它的
集光能力，它是光纤的基本参数。
2122210 )(s in nnnNA ??? ?
no,介质 (一般为空气 )的折射率 ;
n1,芯玻璃的折射率 ;
n2、皮玻璃的折射率。
121
上述公式由 几何光学定律 推出，仅适用于
子午光线 (即入射于 纤维子午面上 的光线 )，所以
由此公式所得的ＮＡ又称,名义数值孔径,。
2122210 )(s in nnnNA ??? ?
122
由于 纤维芯 --皮界面 不完整性 引起光的吸收
和散射，从而使 有效数值孔径 总是小于,名义
数值孔径,。
光导纤维元件的 数值孔径 决定于 纤维元件
的材料,它不受 元件截面大小 的影响，因此有
广泛的选择余地。这是纤维光学 除弯曲传光外
的另一个重要的特点。
123
二、光导纤维对玻璃材料的要求
光导纤维 是由 玻璃材料 经 加热拉伸 并 迅速冷
却 制成的。
这种方式所形成的 玻璃纤维 与同成分的 块状
玻璃 在 光学和热学 性能上常会发生较大的差异。
124
由于在 玻璃纤维 中要求 包皮玻璃和芯玻璃
有大面积的粘结,而且 在拉制纤维的高温下,
包皮玻璃和芯玻璃 还会 相互作用,因而，所用
玻璃 的 热学性质和机械性质 的差别都将影响纤
维制品的强度。
125
在制成各种 电子管用 的 纤维面板 时，纤维
尚需经受 热压, 堵漏 和 管壳封接 等多次热处理。
因此，对制造 光导纤维 玻璃的各种性能要
求远比对 经典光学中 应用的 光学玻璃 的要求严
格得多。
126
1．对玻璃光学参数的要求
(1)折射率
(2)光透过率
(3)玻璃缺陷
127
(1)折射率
芯和皮玻璃 的折射率要 满足数值孔径的要求,
如通讯纤维、激光纤维和光电仪器等，对光导纤
维要求 数值孔径 位于 0.01 ~ 3.0之间 。
128
(2)光透过率
对制造纤维的 芯、皮玻璃 的 透明性 有特别高
的要求，其 光吸收系数 应远小于 0.001 cm-1。
(3)玻璃缺陷
不允许有 气泡, 条纹 和任何 夹杂物 等存在。
129
玻璃的光吸收系数 ?
用白光通过玻璃中,每厘米路程内 的 透过率
T的自然对数负值 表示,
DT /ln???
式中,D为透光长度。
130
光学玻璃的等级
特级光学玻璃 ? < 0.001cm-1；
优级 ? < 0.002 cm-1；
一级 ? < 0.004 cm-1等。
最差的为六级 ? < 0.03 cm-1,也即每厘米
的吸收要小于 7%。
131
2．对玻璃物化性能要求
(1)粘度
(2)软化点
(3)热膨胀系数
(4)玻璃组成
(5)光纤玻璃的相容性
132
(1)粘度
有适宜的 温度粘度曲线,能够拉制纤维制品。
在工作温度区范围内,芯、皮玻璃的粘度相近 。
(2)软化点
有 较高的软化点,能烧去粘附在纤维上的有
机杂质，而且 在加热操作中, 光学参数 不易变化。
133
(3)热膨胀系数
芯玻璃的线膨胀系数 稍大于 皮玻璃 时，可
制得“结实”的纤维制品。
当 ?? < 45 ? 10 -7 K -1时，能制得最“结实”
的纤维元件 。
134
(4)玻璃组成
芯玻璃 和 皮玻璃 要有 相同的基本成分 。
对于 激光纤维 则应引入 钕、钬和镱 等氧化物；
对于 荧光纤维 (用紫外,X射线、高能粒子激
发后能发射荧光 )要引入 荧光活化剂 。
135
(5)光纤玻璃的相容性
在制造 光纤元件 时,芯皮边界 在各制造工
序中 均 不产生 析晶, 乳化, 发泡, 生色 等干扰
传光的现象。
136
三、光导纤维的制造
光纤制备工艺包括 光纤预制棒 的制备和 光
纤拉制 两部分。
光导纤维最简便的是用 管棒法控制,其装
臵见下图所示。
137
将 棒 --管组合件 逐渐
送入炉内，下端 抽出的丝
缠绕于鼓轮上。
用此法可制得芯径小于
15 um的单丝。
工艺要求 芯、皮料的
对应面 要精确 抛光 。
管棒法拉丝装臵图
138
光导纤维的另一个制备工艺为 双坩埚法 。
它采用 内外层同心 而 上下底又相通 的锥形坩
埚，把折射率不同的 芯、皮玻璃 分别加在坩埚内
外层中，同时熔化并拉制。
139
双坩埚法 优点,可以不断加入玻璃料而 连续生产 。
双坩埚法 缺点,Ａ,温度控制 要求 严格 ；
Ｂ,加料时 容易 生成气泡,引起
纤维 透光度 不良。
140
对通讯用 石英光纤,一般采用 气相沉积法 。
在 石英管内壁 或 石英棒外面 沉积一层 符合折
射率要求的掺杂石英,再拉成纤维。
141
四、光导纤维的新应用
光导纤维制成的元件树脂 孔径 可远大于 1，
而不受 截面大小 的限制，作为长束状时，可 弯
曲传光, 传像,因此应用十分广泛。
142
光导纤维特别有价值的是 在光通讯方面,采
用 激光光源 使每条光路单位时间能传送 3 ?1010b/s
的信息通带。因此，由于有 光学玻璃纤维 作传输
介质，使光通讯得到实用。
143
与同轴电缆的 微波通讯系统 相比,光通讯
具有 抗电磁干扰, 尺寸小, 质量轻, 耐辐射 和
易于铺设 等优点。因此,光通讯 已成为 光导纤
维应用 的一个重要领域。
144
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。
145
1．传 光
(1)光纤照明
(2)光纤装饰
(3)医用光纤
146
(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 光源可以放臵
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。
147
光纤照明 也常被用于 工业领域的特殊照明 。
理论上说,玻璃光纤 的寿命 没有限制，而 塑
料光纤 使用一段时间后会 变黄,影响传输 光的颜
色性能 ； 塑料光纤 还会逐步 变脆,因此 塑料光纤
的寿命 仅为数年。在 高温环境 中,玻璃光纤的寿
命 比 塑料光纤 更长久。
148
(2)光纤装饰
塑料光纤 柔软性好，不易断，成本低； 丽彩柱状
光纤,色彩鲜艳，视角开阔； 线性纤维 柔软、亮丽。
这些光纤被广泛用于 商品展示, 广告标志, 娱乐
场所, 建筑物 等方而的装饰。
它们也可用来制作各种 光纤工艺品,如壁画、光
纤花篮、插花、工艺灯等。
149
(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。
150
光纤为 医用激光 开辟了广阔的前景，能做
到在 做外科手术时 既不出血、无外伤或无较大
的切口，又没有尖锐物触痛病人。
在 激光血管造形术 方面,激光束 经过 光纤
可传送到 阻塞 部位，从而把 阻塞动脉血栓 清除。
151
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。
152
硬性传像束 (也称刚性相干纤维束 )可用于制
作 医用和工业用 硬管内窥镜 。其优点是可做得 细
长, 光路方向改变 不用棱镜等。
大截面 光纤传像束 在军事上的应用广泛，如
用于侦察兵装备的 光纤潜望镜,其核心部件都是
像素超过 40万个的 大截面传像束 。
153
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。
154
光纤传感技术 具有 灵敏度高, 电绝缘, 抗电
磁干扰, 抗化学腐蚀, 安全性强, 形状可塑性 等
传统传感器 无法比拟的特点，能解决许多传统传
感器无法解决的问题。
155
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。
156
(1)光纤温度传感器
比较成熟的多为 非本征型,有单探头的 点式
测量,适用于窑炉、钢厂等行业的温度控制；
分布式 光纤温度传感器，适用于监测 温度变
化 的场合，如地铁、化工库、油库、图书馆、电
气系统、博物馆和办公大楼、娱乐场以及森林防
火等。
157
(2)医用光纤传感器
心血管器件 公司的 PH系列，用于心脏外科手
术的监护；
光敏 公司的 PO2,PCO2,PH的 体温监测 系统
可同时显示四种血液气体参数；
TSI别公司出售的 Laserflo Blood Profusion监侧
器，可测量血管血流；
158
用荧光法测 抗原对药物的反应 用的 光纤生化
传感器等。
日本生产的小型 光纤氧浓度 传感器可装在人
工心脏中。
美国、英国、意大利、瑞典、荷兰等国都推
出了 光纤血压计 。
159
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。
160
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。
161
玻璃激光器 的独特优点：
如，可以广泛 改变化学组成 和 制造工艺 以获得许多
重要的性质，如 荧光性,高度 热稳定性, 负的温度
折射率, 高度光学均匀性 等。
掺入玻璃中的 激活离子种类和数量限制较小,
容易得到 各种尺寸和形状 。
此外激光玻璃的 价格 也较激光晶体 便宜,因此，
激光玻璃得到了广泛的应用。
162
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。
163
一、对激光玻璃的要求
激光玻璃 是由 基础玻璃 渗入 激活离子 形成的。
激光玻璃的各种 物理化学性质 主要由 基础玻璃
决定，而它的 光谱性质 则主要由 激话离子 决定。
164
基础玻璃 和 激活离子 彼此 相互联系相互影响 。
激活离子 对 玻璃的激光性能 有一定的影响。
基础玻璃 对 玻璃的光谱性质 也相当重要，它主
要通过 配位体与激活离子的作用 而影响 激活离子的
吸收光谱 。
165
激光玻璃必须满足下面五个要求
(1)激活离子的 发光机构 必须有 亚稳态,能形成
三能级 或 四能级 机构；并要求 亚稳状态 有较长寿命，
使 粒子数 易子积累达到 反转 。
(2)激光玻璃 必须有合适的 光谱性质 。吸收光谱
要与光泵的 辐射光谱 尽量重叠，吸收系数越高，激
活能量越高。
166
(3)基质玻璃 要有良好的 透明度,对激光波长的
吸收尽可能小，从而能使 光激发的能量 充分 被激活
离子 吸收转化为 激光 。
(4)必须有良好的 光均匀性,以免光线通过玻璃
后 波面变形 并产生误差，使阀值升高，效率降低。
也应有良好的 化学稳定性 和一定的 机械强度,失透
性小。
(5)必须有良好的 热光稳定性 。若 光激发 的一部
分 光能 转化为 热能,就有可能 损坏玻璃 。
167
二、掺钕玻璃基础成分
掺钕激光玻璃 是最先获得实际应用的，也是目前
使用最广的 激光玻璃 。
激活离子 Nd3+是 四能级机构,在 光泵区域 有较
多和较强的吸收带，而在 近红外区 有较窄和较集中
的 荧光线 。
由于 Nd 3+能在室温下工作，因此它是最佳的激
活离子。
168
掺钕激光玻璃 中，吸收光谱中 最强的吸收 在
570 ~ 590 nm,跃迁的终态与基态的能级差为
1950 cm-1。
从 4G7/2通过 非辐射跃迁 到达 较低的激发态
4F3/2再向 4I11/2跃迁，便发出波长为 1.06 um的激光。
169
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 Nd2O3的 适宜含量 为 3％ ~ 5％。
Nd3＋ 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。
170
硅酸盐系统钕玻璃 使用范围最广，其组成以
摩尔分数表示大致为,SiO2 65％ ~ 85％,R2O3
0 ~ 5％,RO 5％ ~ 10％,R2O 10％ ~ 20％。
171
硅酸盐系统 激光玻璃 按成分大致分为三种
K2O-- BaO--SiO2系统的 钡冕玻璃 ;
R2O--CaO--SiO2系统的钙 冕玻璃 ;
Li2O--CaO--(MgO)--Al2O3--SiO2高弹性玻璃 。
172
其中,K2O--BaO--SiO2系统玻璃是最早的
掺钕激光基础玻璃,它的 熔化温度低, 荧光寿
命长, 激光输出效率高, 工艺条件也较成熟,
只是 化学稳定性稍差,对耐火材料 侵蚀较大 。
173
三,掺钕玻璃制造工艺
掺钕破璃制造工艺要解决三个问题：
制造 大尺寸棒状玻璃 (钕玻璃棒长度已达 2m)；
降低非激活吸收,使玻璃中杂质含量降到 10-6；
避免 结石 及其他 夹杂物,提高光学均匀性。
174
初期制造掺钕玻璃采用 铂坩埚熔炼 。现在
生产钕玻璃的主要方法是 陶瓷坩埚熔炼 。
用 陶瓷坩埚熔炼钕玻璃 关键在于 克服耐火
材料侵蚀产生的条纹,同时要 克服杂质所引起
的非激活吸收,为此，必须选择 合适的耐火材
料 来制造坩埚及搅拌浆。
175
四、激光玻璃的敏化和杂质破坏
在玻璃中掺入一定量 激活剂 的同时，还掺入
一二种 敏化剂 。
常用的敏化剂是 Cr3+,Mn2+等 过渡金属离子 。
它们在玻璃中有很宽的吸收带。
176
由于 敏化剂 也吸收 光激发的能量,并通过不
同的方式 将吸收的能量转移给激活剂,所以，敏
化剂的引入 使激活剂的吸收光谱 得到扩展和增强，
从而 增大光谱利用率,达到提高输出效率的目的。
177
掺钕玻璃中 对波长 1.06 um激光的吸收 主
要来源于 杂质离子, 色心 和 杂质颗粒,这些
吸收对激光玻璃十分有害。
上面这些吸收中心引起的破坏，统称为
杂质破坏 。
178
杂质破坏机理 分为两类：
一类是 杂质颗粒吸收 引起的；
另一类是 玻璃体吸收 引起的，包括 杂质
离子 和 色心 。
其中，以 杂质颗粒吸收 引起的破坏最严
重，如铂颗粒、锑颗粒等。
179
造成玻璃内部的 光学不均匀性的原因 有两种：
一种是 局部化学成分的不同,如气泡、条纹
和结石等；
另一种是由于 内应力或热历史的不同 使玻璃
内 各部分折射率不同 所致。
180
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 。
181
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。
182
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 。
183
(1) 在通讯中应用
激光在通讯中的作用日益重要。使用掺钕
玻璃已成功地制造出第一台 光导纤维激光谐振
器,同样也成功地制成了 含铒光纤放大器,后
者用于高密的频谱多路传输。
184
(2)在核聚变领域的应用
激光玻璃的另一应用领域是 核聚变领域 。美
国首先提出采用 激光玻璃 触发 聚变反应 。
由于 红宝石激光器 不能胜任，因此 玻璃化学
专家 和 激光物理专家 共同研制出一种 无铂夹杂物
的 含钕磷酸盐玻璃 。
185
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。
186
我们把 出现可逆的或不可逆的显色、
消色现象的物质 称为 光致变色材料 。
光色玻璃 就是其中的一类光致变色
材料。
187
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 )。
188
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。
189
光色玻璃 大致可以分为三类：
掺 Ce3+或 Eu3+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 。
190
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。
191
一、光致变色原理
光色玻璃的 光色特性 是 许多可变量的函
数,这些可变量包括 玻璃的基础组分, 光敏
相的种类 和 聚焦状态, 分相热处理条件 以及
其他许多因素。
192
光色玻璃的 变色过程 和 照相过程 有一些
相似。
在照相中,入射光子 将胶卷上的 银离子
分解成为 银原子和卤素,通过 显影的化学反
应,把 卤素 从原来的位臵 扩散出去,这一过
程是不可逆的。
193
在 光色玻璃 中,光子 也将 银离子 变为 银原子,
但 卤素 并 没有 从晶体 --玻璃的界面上 扩散 出去，
仍存在于银原子附近；
当 光照去除 后,卤素 仍旧可以和 银 结合成卤
化物。
194
光吸收峰值 和玻璃所含 碱类 有关，随着 碱
金属离子半径的增加 吸收带 峰值向 长波区域 漂
移；
不同的 卤化银 对玻璃的 光色性能 也有影响，
光吸收峰值 随着 卤素原子序数的增加 而向 长波
区 延伸。
195
为了使玻璃具有 良好的光色性,即提高对 激
活辐射的灵敏度 和 加快色心的破坏 速度，在玻璃
成分中常常添加 敏化剂 。
其中,Cu2O是最有效的敏化剂之一。
196
此外，对于 光色玻璃,一般要求它们具有
两个条件,
Ａ、当基础玻璃 在高温熔化时,卤化银有
较高溶解度 ；
Ｂ,当温度降低时 则使 卤化银 能从玻璃中
析出 。
197
卤化物敏化 的 光色玻璃 有许多优点，
其中最突出的是它们 在使用过程中 不易
产生疲劳 。
198
二、光色玻璃制作工艺
基础玻璃配合料 一定的气氛下高温熔炼
毛坯成型
退火进行变色性能热处理
按产品要求进行精加工
一般光色玻璃采用 熔融法 生产，它的基本流程为：
199
其中,基础玻璃 应包括 变色组成 及必要的 敏化
剂 等；另外，变色性能热处理后，仅当 银颗粒在
10--20 um时 才有光色效应。
基础玻璃 配合料 一定的气氛下高温熔炼
毛坯成型
退火进行 变色性能热处理
按产品要求进行精加工
200
除了使用 熔融法 制造光色破璃外，还可用 离
子交换法 将含有 卤素, 银 的 Na2O--Al2O3--B2O3--
SiO2玻璃浸入 AgNO3熔盐，使 Na+与 Ag+交换，
Ag+进入玻璃表面层，再经 热处理 使银与卤素聚集
成 AgX微晶体。
201
热处理 是 光色玻璃制造中的 主要工序。
未经热处理的光色破璃，因其中 变色组成颗
粒 较小 (例如银颗粒小于 5 um),没有光色效应。
经热处理后,颗粒长大到一定的尺寸范围
(例如银颗粒在 10--20 um)才有光色效应。
202
热处理的 温度 和 时间 主要由玻璃的 温度 --粘
度关系 决定。
玻璃的热处理温度 通常 在 转变点 和 软化点
之间,即高于退火温度 20--l00℃ 。
203
玻璃的热处理时间 在 较高温度 下只需几分钟，
在 较低的温度 下需要几小时。
在一般情况下，都避免使用过高的温度，以
防止 玻璃变形 或者 乳浊 。
204
三、无银的光色玻璃
虽然 卤化银光色玻璃 有许多优点，但在许
多应用场合由于 用量大,如 高级建筑物的玻璃
窗, 汽车的挡风玻璃 等，需要耗费大量的银，
从而 经济上不能承受,因此必须大力开发 无银
的光色玻璃 。
205
在 无银的玻璃 加入一些 变价的金属氧化物
如 Ce,Eu,Mn,W,Mo等的氧化物，制成的
玻璃经 过热处理 或用 紫外线辐照 后，玻璃就会
具有 光色性能 。
206
因为热处理 (或紫外线辐照 )后，在玻璃中形
成了 着色中心 。
着色中心 在 77K温度下 均为稳定的，而 在＞
60℃ 时 则全部是非稳定的。
着色中心 形成之后，使得玻璃 在可见光波段
的 光敏性 增加，产生了 附加吸收 。
207
例如，用 一价铜离子 作为添加剂加入 玻璃配合
料 中，得到 卤化铜光色玻璃 。
这种玻璃 未经热处理时,在 紫外、可见光波段
均为透明的 ；
热处理后,透明度显著下降，并出现 乳光,且
吸收限 向长波方向移动 。
208
可是,卤化铜光色玻璃 即使在加工时，也
会发现 吸收 与 乳光增强 现象，这对实际应用是
不利的。
但是,卤化铜光色玻璃 的优点是具有 比较
快的变暗速度 和 褪色速度,而且 变暗幅度也大 。
209
在 无银 的、添加 变价金属氧化物 制成的各种
光色玻璃中，以添加 Ce3+,Eu2+离子的光色玻璃
的 光敏性最低 。
有人还研究了以 镉硼硅酸盐 为基的光色玻璃，
这种玻璃的 光化学特性 非常稳定，在 1250次 变暗 --
褪色循环 后，其 光色性 仍然完好。
210
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。
211
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 显示装臵的元件 中
的应用,光色玻璃的光色性 是十分有价值的；
212
若黑板上的书写用 光调谐笔,所写的东西
在一定时间后 自然能消失，则可以不用粉笔，
不擦黑板；
当 光色互变性足够快 时，可用于 光阀, 相
机镜头, 紫外线剂量计 等；
213
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 。
214
近年来,光色材料 和 电色材料, 生物材料
的研究结合得更加紧密,以光色玻璃为主 的各
种 无机光色材料 发展很快。
215
第五节 半导体玻璃
普通玻璃一般是一种绝缘体，人们制成
了一些 电阻介于绝缘体和导体之间的玻璃 --
半导体玻璃 。
216
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。
217
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 。
218
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 。
219
半导体玻璃 具有 光电转变 的 特性。
比如,在金属板上 镀上一层 硒玻璃, 可以作为
电视 光导摄像管 的 靶面材料 。
目前，飞往月球的宇宙飞船就装有这种 光导摄
像管,它能拍摄 月球的清晰照片 发回地面。
220
有些 半导体玻璃 对温度比较敏感,只要 温度
稍有变化，其电阻就会改变 。
利用这一特性可以制成 热敏电阻,通过电阻
值的变化来测知温度。
221
有的 半导体玻璃 不接受太阳光中的红外线,
这种半导体玻璃称作 红外玻璃,在军事上用作制
造 红外照相机镜头, 侦察仪器 及制造 电子计算机
的储存器 。
222
有的 半导体玻璃 可作为制造 太阳能电池
材料,这是由于这种 半导体玻璃 对太阳光的
吸收能力极大,可用于制造 高效太阳能电池 。
223
一、半导体玻璃分类
一般 半导体 的电阻率介于导体和绝缘体之
间，在 10-6 ~ 107 ?.m,并分为 本征半导体 和 杂质
半导体 两种。
224
其中,杂质半导体 包括 空穴型 (p型 )半
导体 和 电子型 (n型 )半导体 。
玻璃半导体 主要属于 杂质半导体 类型。
225
玻璃半导体分为以下两类
(1)氧化物 玻璃
(2)非氧化物 玻璃
226
(1) 氧化物玻璃
在这类玻璃中，含有大量 钒, 铁, 钨, 钴, 镍
等过渡元素。 研究得较多的是 钒磷酸盐玻璃 和 铜硼
酸盐玻璃 。
如,V2O5--P2O5—BaO,CuO--B2O3—CaO等。
227
氧化物玻璃 的导电性是由于 过渡金
属离子 具有两种不同价态而引起的 电子
跃迁过程 所造成的。
这种玻璃通常是 n型半导体。
228
氧化物玻璃 的 电阻率 在 10--106?.m之间,载
流子密度 为 1010cm-3,迁移率 一般在 10-8 ~ 10 –2
cm 2,V-1,s-1。
表征氧化物玻璃的 热电转换常数 --赛贝克系
数 在 100--1000 V·K-1(300℃ 以下 )范围变化。
229
(2)非氧化物玻璃 (硫系玻璃 )
这类玻璃是 As,Sb,Ti,P,Ge,Si等元素
的 硫化物, 硒化物, 碲化物 以适当比例 混合熔融
而成。
230
非氧化物玻璃 的电导率 随成分而变,
界限从 10-12 ~ 10-1 S,m-1。
这类玻璃是 电子导电 。
231
二、玻璃半导体的制备方法
氧化物玻璃半导体的 熔制温度 随组成而变化,
当 P2O5,WO3等含量增加时，熔制温度相应提高。
坩埚可选用 陶瓷质 或 石英质 的 。
232
硫系玻璃的 析晶倾向较大, 合成条件 和 称
量误差 对电性能有较大的影响。
因此，其 原料纯度 一般高于 99.99％ (质量
分数 ),称量精度 达 2 ? 10-4 g。
233
硫系玻璃 通常 在抽成真空 的石英 安瓿 中熔制。
由于 一面熔制, 一面转动,故 析晶倾向小的
可以自然冷却, 析晶倾向大的则需把安瓿投入冰
水 (或干冰 )中淬冷,以确保玻璃态的生成。
234
三、玻璃半导体的特性
(1)玻璃半导体的 伏安特性
(2)玻璃半导体 存贮器件的特性
235
(1)玻璃半导体的伏安特性
由于玻璃半导体的种类不同，其电性能
也不同，这主要表现在,开关效应, 和,存
贮效应,两个方面 。
236
开关效应
原先处于 兆欧级 高阻绝缘态 (,关态, )的 玻
璃半导体,当外加电压超过一定数值 (阀值 )时，
就会在 l0-9 s 内，变成只有 几个欧姆 的 低电阻态
(,开态, )，这种特性称为,开关效应,。
237
存贮效应
当 玻璃半导体 由 高阻绝缘态 变成 低阻态 后，
不需要维持电压 便能 永久地保持在低阻态,具有
永久记忆特性 。
玻璃半导体的这种特殊性质称为, 存贮效
应,。
238
然而，对于具有,存贮效应,的 玻璃半
导体 来说，如果 瞬时 对其加一个 大脉冲电流
后，它又会恢复到 兆欧级的 高阻态 。
利用这种 高低阻态可逆变化 的特性可制
作 电存贮器件 。
239
存贮效应产生的原因
硫系玻璃 在阀值电压作用下 较容易 晶
化,形成小的 晶态区域,俗称 导电丝 ；
240
导电丝 的直径通常为 3--5 um,它的电
导率比 玻璃态区域 高几个数量级，达到 低
阻态 ；
由于 脉冲电流的作用,使 已形成的导
电丝 重新 熔化掉,从而达到高阴态，故可
以反复存贮。
241
许多 硫系玻璃 具有 存贮特性 。
如 Te--Ge—X ( X,As,Sb,P,S等元素 )、
Se--As--Ge,S--Sb--I等系统。
其中，组成为 Se8lGe15S2Sb2的硫系玻璃是
典型的电存贮材料 。
242
(2)玻璃半导体存贮器件的特点
① 结构简单, 体积小, 读出速度快,
可达 10-9s级，这对提高电子计算机的 运算
速度 很重要；
243
② 对 杂质的敏感性 不强,抗辐射能力 强。
这对需要抗辐射的 导弹, 宇宙飞船 以及 原子能
反应堆的器件 很有价值；
③ 无功耗记忆 。
244
四、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：
245
玻璃半导体的应用
246
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 。
247
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 。
248
第六节 非线性光学玻璃
249
第七节 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。
250
无机非金属材料 作为 医用生物材料 尽管
已有较长的历史，但真正把 生物玻璃 提出作
为 一种新型无机材料,并将它同 生物医学 联
系在一起，是在 20世纪 70年代初期由 Hewch
研究开发而成的。
251
无机非金属材料 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。
252
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。
253
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 。
254
常用的模拟人体溶液有两种：
1,Tris缓冲液；
2、离子浓度与人的体液中含量相
近的模拟人体溶液。
255
理论研究发现，当 生物玻璃 浸在 类人体
溶液 中时，将在表面建立起 双电层 和 负的
Zeta电势,从而诱导含碳的 羟基磷灰石 在 生
物玻璃表面 的 沉积 和 结晶 。
而 羟基磷灰石 是被公认在与 硬或软体组
织 连接中起关键作用的物质。
256
除溶液实验外,生物玻璃 在 动物移植实验 中发
现了与 硬或软组织 的有机联结。
基于这些研究成果，已有 生物玻璃制品 出现在
市场上。
257
但是,生物玻璃 能否在世界 广泛的应用,
能否给 人类医疗健康 带来突破性进展，将取
决于科学研究对 无机材料怎样与有机体相联
结的 进一步了解，以及更为广泛地 积累动物
和人体的实验数据 。
258
一、生物玻璃材料的种类
生物玻璃材料 大致可分为两大类：
一类是 非活性的 或 近似惰性的 ；
另一类则是 生物活性的 。
259
1．非活性生物玻璃
(1) 人工骨用 生物玻璃
(2) 治疗用 生物玻璃
(3) 人工齿冠用 生物微晶玻璃
260
(1) 人工骨用生物玻璃
在 生物材料 中也有 优异的新玻璃 。
例如,微晶玻璃材料 MgO--Al2O3--
TiO2--SiO2--CaF2 。
261
微晶玻璃材料 MgO--Al2O3--TiO2--SiO2--
CaF2具有好的 耐酸碱腐蚀性,高的 抗折, 抗压
强度,良好的 耐磨性能,可以作为 与骨头直接
相连 的高强度材料。
262
(2)治疗用生物玻璃
近年来,插入生物体内 起 治疗癌症 作用的
生物玻璃 发展很决，已进入临床试验。
这类玻璃主要有两种体系，并且这两种 生
物玻璃 具有 生物相容性,在体内是 稳定无害 的。
263
一种是以含有 Fe2O3,A12O3,Li2O等成
分的 有较强磁性 的 磷酸盐微晶玻璃 。
将其埋入 肿瘤部位 附近，当把该部位 臵
于交流磁场下 时，材料由于 磁滞损耗 而发热，
于 42--45℃ 杀死癌细胞。
264
另一种是以 Y2O3-Al2O3--SiO2系统玻璃为代
表的玻璃。
这种生物玻璃经 中子线 照射，把玻璃中的
钇 变成半衰期为 64 h 的 ? 射线,将其植入 肿瘤
部位 附近,?射线可杀死癌细胞。
265
(3) 人工齿冠用生物微晶玻璃
这类玻璃具有 可铸造, 可切削研磨加工 ； 审
美性高 ； 强度高 ； 导热系数低, 对齿髓温度刺激
性小 ； 生物相容性好 ； 与天然齿类似, 可透过 X
射线 ； 不溶出对人体有害离子 等一系列优点。
266
根据玻璃中析出晶相的成分,人工齿
冠用生物微晶玻璃 又可分为 SiO2系 的云母
系及 CaO--P2O5系的 磷酸钙 或 磷灰石 系。
267
①组成 ( 质量分数,％ )为 61SiO2,14K2O、
12MgO,8MgF,5ZrO2的 DICOR玻璃,经 微
晶化后 得有 55％ (体积分数 )的 云母相 析出，是
SiO2系玻璃 代表。
268
②组成 ( 质量分数,％ )为
50SiO2.10Al2O3.10P2O5.20CaO.10MgO的
Bioramic微晶玻璃,有 30％ --40％ (体积
分数 )的 磷灰石, 三磷酸钙 和 透辉石 析出。
269
2．活性生物玻璃
(1)Na2O--CaO—SiO2—P2O5系统生物玻璃
(2)Na2O—K2O—MgO—CaO—SiO2—P2O5系统生物
微晶玻璃
(3)MgO--CaO--SiO2--P2O5系统生物微晶玻璃
(4)Na2O--K2O—MgO--CaO--Al2O3--SiO2--P2O5系统
金云母生物微晶玻璃
270
(1)Na2O--CaO—SiO2—P2O5系统生物玻璃
代表组成是 (质量分数,％ ),45SiO2,24.5Na2O、
24.5CaO,6P2O5(牌号为 45S5),这种玻璃埋入骨的
缺损部,30天内玻璃与骨形成牢固的化学结合，表
明它具有生物活性。
271
这种生物玻璃的 抗折强度 只有 70--
80MPa,不能用于强度高的 人工骨 和 关节 。
但它可埋在拔牙后的 齿槽骨 内，也可用作
中耳的锤骨 等。
272
(2)Na2O--K2O—MgO—CaO--SiO2--P2O5系统生物
微晶玻璃
代表 组成 是 (质量分数,％ ),4.8Na2O,0.4K2O、
2.9MgO,34.0CaO,46.2SiO2,11.7P2O5。
这种玻璃在模拟 体液中的离子释放水平 比 生物
玻璃 低得多 (几分之一 )，具有更好的稳定性。
273
它能和 骨组织 产生牢固的化学结合。这种玻
璃 抗折强度 可达 147 MPa,抗压强度 为 490 MPa，
可用作 人工齿根 和 腭骨 。
274
(3)MgO--CaO--SiO2--P2O5系统生物微晶玻璃
具有代表性的是 A-W微晶玻璃 (质量分数,％ )：
4.6MgO,44.9CaO,34.2SiO2,16.3 P2O5,
0.5CaF2,经 微晶化处理 后，不仅含 磷灰石相,而
且还含有 硅灰石晶体 。
275
这种玻璃具有更好的 机械性能, 抗折强度
达 178 MPa,断裂韧性 值为 2.0 MPa·m1/2,抗压
强度 高达 1039.5 MPa。
它还可 切削加工,便于应用。例如，它可
作 承受很大弯曲应力 的 长管骨, 椎骨 的臵换材
料。
276
(4)Na2O--K2O—MgO--CaO--Al2O3--SiO2--
P2O5系统金云母生物微晶玻璃
组成范围是 (质量分数,％ ),(19--54)SiO2、
(8--15)Al2O3,(2--21)MgO,(3--8)R2O,(3--23)F-、
(10--34)CaO和 (2--10)P2O5。
277
当 CaO-- P2O5量少时，析出 金云母相 ；
反之，当 CaO-- P2O5量高时，易析出
磷灰石相 。
278
控制适当成分,可得到 40％ (体积分
数 )的 磷灰石 和 20％ 金云母 的 可切削生物
玻璃 (也可得 20％磷灰石和 70％金云母的
可切削生物玻璃 )。
279
将这种 可切削生物玻璃 植入生物体中，
其表面能形成 磷灰石层 以及 能和周围骨组织
产生牢固的化学结合 。
280
此外，还有具有 强磁性的 (FeO,Fe2O3)--CaO-
-B2O3--P2O5系微晶玻璃；
有 可弯曲柔韧性 而能制成 玻璃纤维 的掺 MgO、
Na2O,K2O,TiO2等氧化物的 Ca-Al2O3--SiO2--
P2O5系统玻璃；
CaO, P2O5＝ 1的 定向结晶玻璃 (抗折强度高达
588.4 MPa)等。
281
二、生物玻璃结构特征
从玻璃 生成角度 看,生物玻璃 大多属于 磷
酸盐 有关的玻璃以及 磷酸盐的复合材料,或者
是 含磷的硅酸盐玻璃 以及一些 氟铝硅酸盐玻璃 。
282
从玻璃 组成分析 来看，这些玻璃中大多含有
双键氧 和 硅氧键 及 铝氟键 。因此,在某些网络形
成体里 所占比例较少的 生物玻璃 中,网络基团 为
众多的 网络外体 分开。
283
在某些网络形成体里 所占比例较少的 生物
玻璃 中，多数在结构上具有 连续程度较差的 网
络骨架,仅少数如 MgO—A12O3-SiO2系统微晶
玻璃 具有特别好的 化学稳定性 。
284
在某些网络形成体里 所占比例较少的 生物玻
璃 结构中，虽然大部分已 被晶体占有,但尚有小
部分是仍维持 较高的化学稳定性的玻璃相,因而
不易发生 降解反应 。
285
此外，在含 磷灰石金云母微晶玻璃 中,母
体玻璃 同样出现分相，这也是促使 氟磷灰石 形
成的必要条件。
286
实际上，对于 生物玻璃材料的研究 和当前 技
术上需要解决的总目标 是使 制得的玻璃 具有既与
生物体相适应 而又容易 发生降解 的特性。
对于 生物玻璃一些主要组成 则要求其能 参与
生物体的代谢 而不至于 对反应产生阻抑作用 及甚
至呈现出毒性；
287
三、生物玻璃的制备
多数玻璃都含有 CaO和 P2O5,从熔制玻璃的技
术角度来讲,一般 P2O5组分都以 磷酸盐 作为原料引
入，以免因 P2O5的大量挥发而使玻璃组成难以控制。
通常，作为 生物玻璃的原料,要求其 纯度 有保证，
不能含有 超过限量 或 未知的对生物体有害的成分 。
288
高碱 和 含磷较高的生物玻璃 的熔制温度最高，
约在 1300 ~ 1350℃,但以 CaO--A12O3--P2O5系统
为基础的玻璃，常在 1500℃ 下用铂坩埚熔制。
289
熔制的玻璃视 使用要求的不同,可 水淬 或 浇
注成型 。
当玻璃需要 微晶化热处理 时，一般在 600℃
左右 保温核化,然后在 更高些温度 (如 700℃ )范
围内 使之晶化 。
290
对 CaO—MgO--SiO2系统玻璃来说,微晶化
可和 烧结过程 一起进行。例如以过 350目筛 (44
um)的 预制玻璃粉末 为原料，压块后，在 1050℃
下烧结保温 2h,然后随炉冷却。这样即可得到
仅存少量 闭口气孔 的 微晶玻璃材料 。
291
但是,生物玻璃的制备 也不全按 经典玻璃制备
方法 来获得清澄透明的均匀玻璃，特别是不少系统
由于 CaO,P2O5,SiO2的存在，往往容易 引起分相
而使 玻璃混浊 甚至失透。
因此，在有些情况下,生物玻璃 便和 陶瓷制备
方法相结合。
292
例如，采用 陶瓷 与 富磷玻璃 按一定配比 混合,
然后 成型烧结 ；或者把玻璃先 水淬 或 粉料,磨细
后，作为 生物活性釉层 涂施于基体上；或者也可
以用 粉体原料 配成浆料，涂施于陶瓷基体上,直
接烧熔 而成为具有 生物活性 的釉层。
293
综上所述，目前,生物玻璃 在世界各国已引起
了许多科学家和研究者的兴趣，他们正在 采取不同
的材料制备工艺和技术 来开展各种 应用试验研究,
其研究目的是为了 从中筛选出一些最有实用价值的
材料 。这些材料将是 安全无毒可靠 的，它们既能 生
物相容,又具有 较高的生物活性 。
294
四、生物玻璃的研究进展
随着人们对 生物玻璃研究 的不断深人，
一些具有高新科技水平的 生物玻璃 被开发
出来，有些产品已经投入市场。
295
1．用于治疗癌症的生物玻璃
过去治疗癌症的方法 是以 切除患处 的外科手术
疗法为主，但器官一旦切除，往往不能再生。
化学疗法, 免疫学疗法, 放射线疗法, 热疗法
等虽保住了机体，但仍会 损害正常细胞,
296
因此，人们一直希望能开发出 既可杀死癌细
胞,同时 又能保护正常细胞 的疗法；
目前，人们开发出了几种 可埋入肿瘤附近,
对癌细胞进行直接放射 或 热处理,来杀死癌细胞
而又不损伤 正常组织 的玻璃材料。
297
(1)放射疗法用玻璃
放射线中 ? 射线 射程短，在生物组织中 1cm
以上的距离都不受其影响，也不用担心 它使其
他元素产生放射性 。把可放射 ?射线的化学元素
掺人 化学耐久性好的材料 中，制成 ?射线源材料 。
298
把 ?射线源材料 植入 肿瘤 附近，就可以达到
直接照射癌细胞 又可 不损伤周围正常组织 的目
的。
例如 用这种材料 制成直径为 20 ~ 30 um的 小
球,从血管注入，并留在 肿瘤的毛细管 内，该
小球既可 射出 ?射线 又能 阻断癌细胞的营养供给 。
299
由于 放射能 的 半衰期短,放射能急速衰减，
因此可不断注入。
由于该材料配制时是用 非放射性元素,在治
疗前要 用中子照射 并加以 放射化处理 。
适于这种目的材料有 2种玻璃,含钇 玻璃和
含磷 玻璃。
300
(2)热疗用玻璃
肿瘤部的 神经与血管 都不发达，血流量小，
冷却慢，故 容易加热 。同样道理，由于肿瘤部氧
的供应缺乏，癌细胞耐热性差，加热至 43℃ 以上
它就死亡。因此,把肿瘤加热至 43℃ 左右 的 热疗
法 是一种没有副作用的治癌方法。
301
在肿瘤附近 植入 强磁体,施加 交变磁场, 体
内深部的肿瘤 既被加热同时又无损于正常组织,
在强磁体上 覆以 生物活性优良的外层,则其还可
长期埋人体内进行多次热治疗。
这种 强磁体材料 有如下两系生物玻璃，即
Li2O--Fe2O3--P2O5系和 Fe2O3-CaO-SiO2系。
302
2．生物玻璃人工骨
生物玻璃 是一种透明的 有生物活性的 材料，
包括硅、钠、钙和磷，是被证明具有连接骨组织
能力的材料。这种 生物活性材料 被定义为 一种能
够引起组织间特殊生物反应从而导致移植材料与
组织之间骨形成的材料 。
303
生物活性材料 通过 体液循环,在 生
物玻璃, 软组织 和 骨 之间存在着密切的
离子交换，从而导致了 生物化学的结合 。
304
相对于其他的 人造移植材料,这种 离子
交换 创造了一种环境，最终导致如正常骨组
织的矿物质形态一样的 羟基碳酸盐磷灰石
(HCA)层 的形成，从而能够允许更迅速的 骨修
复 与 再生 。
305
(1) HCA层
这种 生物玻璃最初形成的 HCA层与人类 骨组织
的矿物质 形态相似，因而被认为是一种自然产生的
物质而非人工合成的。
伴随着 HCA层的形成,胶原的沉积 和 细胞的分
化 等 组织学行为 亦同时发生，从而导致 化学性的结
合 和进一步的 缺损的愈合 。
306
(2) 骨再生
通过 羊的动物实验 证实，在富于血液供
应的 软骨下骨 植入 生物玻璃 与 自体骨 各占 50
％的 混合材料 与 植入自体骨 得到类似的结果。
307
在兔模型中，与 羟基磷灰石 相比较,生物玻
璃微粒 确实能 刺激 更迅速的 骨生长,这种修复的
组织确实是 骨组织,而井非是一些 异质的骨 加固
材料的合成，比如常见的 羟基磷灰石颗粒 。
308
(3)骨生长
生物玻璃微粒 形式 的优势在于 其成分能被新
骨组织所利用 并和它 合为一体参与骨生长 。
机体 对于生物玻璃的迅速反应 及 正常骨结构
的形成 都证明，在临床上,生物玻璃微粒 有利于
钙质的沉积 。
309
第八节 玻璃材料的发展
随着现代科技水平的迅速提高，人们对玻璃提
出了各种特殊的要求，各种 功能独特的玻璃 纷纷问
世，比如具有更好的 光学, 热学, 化学, 力学 及 磁
学 等方面性能，以满足 特别用途 的需要的玻璃。
310
传统的玻璃 通过不断 改进 和 创新,发展
成为名目繁多的 新型玻璃材料 。
如今,玻璃 不仅作为重要的 无机结构材
料,而且也是 新型的功能材料之一 。
311
一、新的玻璃系统
从 纯硅酸盐 系统发展至以 硅酸盐, 硼酸盐
及 磷酸盐为主 的玻璃系统，并进一步出现了 锗
酸盐, 碲酸盐, 钼酸盐, 锑酸盐, 砷酸盐, 铋
酸盐, 铝酸盐 及 钡酸盐 等新的氧化物玻璃系统。
从 纯氧化物 玻璃发展至 卤化物, 硫属化物
和 合金化合物 等 非氧化物玻璃 。
312
从上述不同类型玻璃混合而成的 混合玻璃,
例如,氧化物 与 卤化物 混合的 氧氟化物 ；
氧化物 与 硫系化物 混合的 As2S3--As2Se3--
RnOm(其中 RnOm＝ Sb2O3,PbO,CuO、
HgO等 )三元玻璃 ；
硫系化物 与 卤化物 混合的 合氟碲酸盐玻璃,
以及 阴离子混合 的 氮氧化物破璃 。
313
二、新的玻璃功能
玻璃已从单纯的 透光材料 和 包装材料 发展成具
有 光, 电, 磁 和 声 等特性的各种特殊材料。
玻璃本身 也从早期的 单纯材料 发展为 元件 (如透
镜、激光器件、超声延迟线等 )。
随着 智能玻璃 (Smart Glass)的发展,近年来玻璃
已跨进了 器件的时代,从而使玻璃更向 器件 发展。
314
此外，由于 生物玻璃的研究成功,玻璃已
从一种 无生命的材料 发展成为 有机体的修补或
替换材料,即 在特定条件下 可对身体器官如骨
骼、牙齿等有机体进行 修补 或 替换 。
315
除了前面介绍的几种 新型玻璃 外，还有
光敏玻璃, 磁光玻璃, 声光玻璃, 透红外玻
璃, 耐辐射玻璃, 高介电玻璃, 强磁性玻璃,
法拉第旋转玻璃, 闪烁玻璃 以及 超离子导体
玻璃 等。
316
总之，随着 时间的变化 和 科学技术的进步,
玻璃材料的 含义及内容 也必将不断丰富和发展，
其重要的特征之一是 材料与器件 成为统一体。
317
三、新的玻璃工艺
制备玻璃的传统方法 --坩埚和池窑 的 高温熔
融法 本身发展了 电加热, 高频感应加热, 高压真
空熔炼 以及 太阳炉熔化 和 等离子火焰熔化, 激光
熔化 等多种手段。
318
此外,制备玻璃的方法 已有 气相合成,
真空蒸发和溅射, 气相沉积, 低温合成, 高
能射线辐照 以及当前发展相对较快的 溶液凝
胶法 工艺。
319
成型技术 从传统的 板材, 管材, 成瓶, 成纤
等发展到 玻璃薄膜, 微粉末 和 纤维,即 从三维发
展成二维和一维 。另外，还有 空心和实心 及各种
粒径范围的 玻璃微珠 。
320
近年来，发展迅速的 玻璃表面处理手段 之一 —
—玻璃深加工工艺 更是令人瞩目。它不仅简化了生
产工艺，降低了成本，而且开发了许多改性玻璃品
种，如高稳定性、高强度、绝缘、导电、半透光、
反射、吸热及绚丽多彩的艺术装饰玻璃。
321
物理处理方法 以 物理钢化工艺 为代表，还
有 磨抛工艺, 喷砂, 车制 等 冷加工 以及 激光加
工工艺 等。
化学处理方法 则包括 化学钢化 (离子交换增
强 ),化学蚀剂, 化学抛光, 表面扩散着色 以及
化学涂层 等上艺。
322
四、其他新型玻璃的应用
1．具有 磁记录特性 及 光磁特性 的功能玻璃
2,载体用 功能玻璃
3,环境监测 玻璃
323
1．具有磁记录特性及光磁特性的功能玻璃
磁盘用玻璃 开发较晚，主要由于其存在 易
损, 强度不够 等缺点，作为解决的办法可 使用
离子交换法 化学强化 或 结晶化 改善强度。
324
近来,磁盘的小型化 使 玻璃的安全性 得到
了显著的提高，而且 磁膜的形成 已经计算机自
动化。
磁盘玻璃 的使用已成为可能，但存在的问
题在于其 脱离高度 。
325
为了 高密度的记录,要求有 0.1um以下的 脱
离高度,为此 玻璃基板 一方面必须要 确保严格的
乎整性 ；另一方面还必须要 有网纹和若干凹凸率 。
326
用 特殊的溅射 制成 岛状的网纹 可获得 0.05
um的 脱离高度, 在结晶化条件下 玻璃表面进行
轻度化学腐蚀 也可得到 0.1um以下的网纹，这
些技术对制备 高密度记录用基板 是非常有效的。
327
光盘 和 塑料盘 的竞争很激烈，如果能利用
溶胶 --凝胶法 在玻璃基盘上 制得精密的 图形通
道沟,玻璃盘将是很有希望的。
328
胶溶 -凝胶法可 在溶胶状时 制成 预定形状的
沟,其厚度非常薄，水平方向的收缩几乎可以忽
略。因此,在玻璃基盘上 精密的通道沟就可以制
成，这对于 玻璃盘 来讲是非常有前景的途径。
329
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。
330
将 Na2O—B2O3—SiO2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 (HＦ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。
331
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 。
332
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 。
333
3,环境监测玻璃
K2O--CaO-SiO2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。
334
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。
335
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 。
第三章 功能玻璃
由于原子能、电子工业、计算机、医疗、
激光等 近代科学技术的发展 及 国防工业 的需要，
玻璃材料 和其他 无机非金属材料 一样，发展非
常迅速。
2
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 的、有 专门用途 的、或者制造 工
艺有明显差别 的一些 新品种“玻璃” 。
3
功能玻璃 近年来发展迅速，它除了具有 普
通玻璃 的 一般性质 以外，还具有许多 独特的性
质,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。
4
新型 功能玻璃材料 的开发主要依赖于如
CVD,PVD,等离子溅射, 溶胶凝胶, 材
料复合 等各种高新技术、新工艺 在玻璃制造
中 的巧妙运用。
5
随着 材料制备手段 的不断提高和发展，新技
术、新工艺的出现，玻璃材料的开发日新月异，
具有各种 探索性能的玻璃 不断的涌现出来。
新型功能玻璃 就是采用 高纯原料, 新型技术,
新的制备方法 或 在特殊的条件下 形成的具有某种
特殊功能 的玻璃或无机非晶态材料。
6
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。
7
(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；
8
(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；
9
(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；
10
(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。
11
新型功能玻璃 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。
12
第一节 微晶玻璃
微晶玻璃是指通过 玻璃热处理 来控制 晶
体的生长发育 而获得的一种 多晶材料 。它既
有 玻璃 的基本性能，也有陶瓷 多晶体 的特征。
13
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。
14
特殊性能 的微晶玻璃材料，如 零膨胀, 高
强度, 可切削 以及不同 电性能 的材料，可以通过
下面两种方法而制得：
１、控制 基质玻璃成分的变化；
２、控制 析出晶相类型及微晶大小。
15
传统的 微晶玻璃 为 Li2O--Al2O3--SiO2和 MgO--
Al2O3--SiO2系统，前者在玻璃中形成 锂辉石, 石
英固溶体,这些晶体具有 负膨胀系数 。
通过热处理，控制原始玻璃中的 晶相 及 玻璃
相的比例,可制成一系列 从负到正膨胀系数 的微
晶玻璃。
16
若将 晶体尺寸 控制在一定范围内，则可制成
透明或半透明 材料。
组成成分在 Li2O--SiO2和 Li2O--2SiO2区的微
晶，利用 晶体与玻璃 对氢氟酸 侵蚀性能 的差别，
通过 光刻 可以制成 薄板电子元件 。
17
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。
18
微晶玻璃的分类
从 外观 看，有 透明 微晶玻璃和 不透明 微晶玻璃；
按 微晶化原理 分为 光敏 微晶玻璃和 热敏 微晶玻璃；
按照 性能 分为 耐高温, 耐热冲击, 高强度, 耐磨,
易机械加工, 易化学蚀刻, 耐腐蚀, 低膨胀, 零膨胀,
低介电损失, 强介电性, 强磁性 和 生物相容 等种类。
19
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；
20
按 所用材料, 微晶玻璃 则分为 技术
微晶玻璃和 矿渣 微晶玻璃两类；
此外，还可按 所含氧化物特点 等方
法分类。
21
一、微晶玻璃的性质
1,力学 性质
2,热学 性质
3,化学稳定 性
4,光学 性质
5,电学 性质
22
1．力学性质
(1)机械强度
(2)硬度及耐磨性
(3)弹性模量
23
(1) 机械强度
微晶玻璃 的机械强度比 一般玻璃, 陶瓷 材料
以及某些 金属材料 高得多。
抗压强度 为 0.59 ~ 1.02 GPa,抗弯强度 为 88.2
~ 220.5 MPa,抗张强度 为 49 ~ 137.2 MPa；
24
特殊 的或 增强 的微晶玻璃,抗弯强度 高达
411.6 ~ 548.8 MPa。
微晶玻璃的 抗冲击强度 为 2.94 ~ 9.811 MPa，
是普通玻璃的 l ~ 2 倍，但仍属于 脆性材料 。
25
属于 高强度的微晶玻璃,有以下三种：
Li2O—MgO--Al2O3--SiO2
Li2O--ZnO--Al2O3--SiO2
(BaO,PbO)--Al2O3--SiO2--TiO2系统。
26
当 高膨胀系数 (9.0 × 10-6 ~ 10.0 × 10 –6 K-1，
25 ~ 300 ℃ )的微晶玻璃的表面 被覆上 比其膨胀系
数小 (1.0 × 10 –6 ~ 3.9 × 10 –6 K -1)的 涂层 后，可
获得很高的强度。
27
(2) 硬度及耐磨性
微晶玻璃 硬度很高,具有突出的 耐磨 性能。
其硬度高于 高碳钢, 花岗岩,接近 淬火工具钢 的
硬度。维氏硬度 5.9 ~ 9.3 GPa。
28
属于 高硬度的微晶玻璃 有以下三种系统：
CaO--Al2O3--SiO2；
MgO--BaO--Al2O3；
CaO--TiO2--CeO2。
29
(3)弹性模量
微晶玻璃的 弹性模量 一般为 88 ~ 98 GPa,泊
松比 为 0.215～ 0.29。
此外，微晶玻璃比铝轻，密度值为 2.4 ~ 2.6
g· cm -3。
30
2,热学性质
(1)热膨胀系数；
(2)热稳定性；
(3)软化温度。
31
(1) 热膨胀系数
采用 不同组成 及 热处理方法,可以制得 多种膨
胀系数 (膨胀系数值为 -1.2 × 10-6 ~ 20.0 × 10 -6 K-1)
的微晶玻璃。
32
如以 石英为主晶相 的 Li2O-Al2O3-SiO2系统
玻璃，膨胀系数值为 -4 × l0-7 ~ 4 × l0 -7 K-1，
最高 使用温度 为 800 ~ 850℃ 。
由于这种微晶玻璃是透明的，所以可代替
透明的石英玻璃 。
33
以 锂辉石为主晶相 的 Li2O-Al2O3-SiO2系统玻
璃，膨胀系数值为 7 × 10-7 ~ 11 × 10-7 K-1 ( 25 ~
300℃ ),最高安全 使用温度 为 1170℃,烧至红热
态投入水中也不破裂，用于制 烹饪器皿 等。
34
(2) 热稳定性
由于微晶玻璃 膨胀系数值低, 抗张强度
高,所以具有 优良的热稳定性 。有的可以经受
100 ~ 150℃ 的温度剧变而不破坏，有的还能在
温差高 达 400℃ 的条件下使用。
35
(3)软化温度
由于 微晶玻璃 中含有 大量晶体,所以在晶体
熔化点以下时，其 粘度 几乎与 温度 没有关系。
当 晶体熔化 后，其 粘度显著降低,故在微晶
玻璃所含晶体的熔化温度以下时，它有比 一般玻
璃 高得多的使用温度，其负荷软化温度为 560 ~
1340℃ 。
36
微晶玻璃在 25～ 400℃ 时的 比热容 为
7.74× 10 2 ~ 9.21× 10 2 J／ ( kg · K )。
微晶玻璃的 导热性比较低,是 热绝缘
材料 。在 25℃ 时，各种微晶玻璃的 热导率
为 0.796 ~ 4.19 w.m-1.K-1
37
3．化学稳定性
微晶玻璃的 耐酸耐碱 性高于 一般玻璃,
大致同 硼硅酸盐玻璃 相当。对 王水 有非
常高的稳定性，仅有轻微的侵蚀。
38
例如,
以 石英为主晶相 的微晶玻璃，在 90℃ 时与 15
％ HCl 作用，经 24 h,其侵蚀量为 0.04％ ~ 0.05％，
以 锂辉石为主晶相 的微晶玻璃，其侵蚀量则
为 0.02％ ~ 0.03％。
39
4．光学性质
光敏微晶玻璃 具有 感光显影 性质，可像一般
照片的胶片一样进行 曝光和显影 。
以 Au,Ag和 Cu等金属为 成核剂 的玻璃，可
用镂空图案的铅皮、铁片、照相底片等 贴在玻璃
表面,然后 用紫外线照射 进行曝光。
40
曝光后的玻璃，加热到 高于退火温度 进行热处
理。最终,紫外线照射的部分,被 晶化 或着 色,而
没有被照射部分 仍然 透明 或 颜色不变,因此，所需
的图案就 在玻璃中 显示出来。其中,热处理过程 也
称为 显影过程 。
41
5．电学性质
(1)介电常数
(2)介电损失系数
42
(1) 介电常数
一般玻璃 的介电常数为 4～ 20，最高的是 40
(25℃,1000 Hz)。
以 BaTiO3,NaNbO3,PbTiO3为主晶相的 强介电
性微晶玻璃 (BaO(PbO))--TiO2--Al2O3--SiO2,Na2O--
Nb2O5--SiO2系统，其介电常数高于 100。
43
一般微晶玻璃在 高频, 高温 的条件下，也有
很高的 介电常数 (5 ~ 10)。
温度变化 对微晶玻璃影响很小，在 25 ~ 800℃
间，其介电常数仅相差 0.3％。
44
在高频、高温条件下，微晶玻璃 击穿电压 也
非常 高,一般为 2.3 × 107 ~ 7.1 × 107 V／ m。
无碱 微晶玻璃 MgO(BaO) ~ Al2O3·SiO2,其 主晶
相 为 堇青石,有良好的电绝缘性，其电阻率为
l08.6 ?, cm。
45
堇青石
堇青石 (Iolite)属 斜方 晶系,化学式 为
Mg2Al4Si5O18, 硬度 为 7.5 ~ 8,比重 为 2.57～ 2.61，
折射率 为 1.542 ~ 1.551，断口处呈 油脂光泽 。
附
46
堇青石的 颜色 很像蓝宝石，但是，由于常含有
水，所以又称为 水蓝宝石 。
由于 堇青石 具有 蓝宝石的颜色 及 有光泽 且 价格
便宜,因此更被戏称为 穷人家的蓝宝石 。
堇青石的 能量 是 相当稳定 的，且不能 以加热的
方式 来改变它的颜色，是一种货真价实的 宝石 。
附
47
(2) 介电损失系数
在高温、高频条件下，微晶玻璃 介电损失
系数很低,某些微晶玻璃在 10 10 Hz,500℃ 时
介电损失系数 值为 0.010。
48
以 BaTiO3,NaNbO3,PbTiO3为主晶相的
强介电性微晶玻璃 在 25℃, 1000Hz时的 介电
损失系数 为 0.008 ~ 0.025。
49
二、微晶玻璃的核化、晶化与成核剂
微晶玻璃的微晶化 包括以下几个过程：
(1)玻璃结构 发生微调；
(2)晶核 的形成；
(3)基本晶相 的形成及生长；
(4)介稳相 转变为 稳定晶相 及 残余玻璃 。
50
(1)玻璃结构发生微调
不改变 玻璃态,但 物理性能 发生变化称
为,预晶化,，它主要是由 近程有序 向 远程
无序 微调；
51
(2) 晶核的形成
激起 基本结晶相 的形成，这一过
程是结晶的根本；
52
(3)基本晶相的形成及生长
这一过程，使 介稳相 接近于 玻
璃的组成 ；
53
(4)介稳相 转变为 稳定晶相 及 残余玻璃 。
54
以上四个过程，是由 两段热处理 完成：
第一阶段是 玻璃结构微调 及 晶核的形成 ；
第二阶段为 均匀结晶,即 核化处理 及 晶化处理 。
55
微晶玻璃 结晶过程中的 核化与晶化 多数属于 非
均相核化 的类型。
其 基本原理 是：加入 玻璃配合料 中的 成核剂,
在熔制过程中，均匀地溶解于玻璃熔融体中。当玻
璃处在 析晶温度区 时，成核剂能 降低 晶核生成所需
要克服的 势垒,从而 核化 可以 在较低的温度下 进行。
56
这种晶化类型的特点是 核化与晶化 在整
个玻璃体内 均匀地进行,新晶相 在成核剂上
附析长大 成为细小的晶体。
微晶玻璃 成核剂 可分为 贵金属 及 氧化物
两大类。
57
1,贵金属成核剂
常见的 贵金属成核剂 有 Au,Ag,Cu,Pt、
Ru,Rh及 Pd等；它们在玻璃中呈 离子状态,吸
收电子后转变为 原子态 。
58
由于 贵金属成核剂 在玻璃中 溶解度较小,
因此，它们 以胶体形式析出,从而转变成 玻璃
析晶 的 成核剂 。其胶粒的大小一般为 8 ~ l0 nm。
59
2,氧化物成核剂
常用的氧化物成核剂 有 TiO2,ZrO2和 P2O5。
它们易溶于 硅酸盐玻璃, 配位数 较高，并且 阳
离子的场强 较大，在热处理过程中，容易 从硅酸盐
网络中 分出，导致 分相, 结晶 。
60
ZrO2在 玻璃熔体 中 (尤其是在 低碱
玻璃 中 )难以溶解。但当它同 P2O5共同
使用 时，则能显著提高其溶解度，因而
得到广泛应用。
61
过渡元素的氧化物，如 Cr2O3,Fe2O3、
V2O5,NiO,MnO等也可作为 成核剂,但
由于它们能使 玻璃着色,故较少采用 。
62
三、微晶玻璃基本生产过程
微晶玻璃由于产品种类不同，其具体的 工艺路
线 也各有特点。
各种 微晶玻璃 共同的 生产工艺流程 如下：
63
所有上述工序中,热处理 是微晶玻璃生产
的关键工序。
配合料制备 玻璃熔融 成型
加工微晶化处理再加工
64
微晶 玻璃配方及生产工艺 条件应满足下面的五
个的要求：
１、玻璃 易熔制 且 不被污染 ；
２、熔制及成型过程中 不析晶,
３、成型后的玻璃有良好的 加工性能 ；
４,微晶化处理时 能迅速 实现整体析晶,
５、产品能 满足设计的理化性能 要求。
65
微晶玻璃 生产工序中,热处理 是微晶玻璃生产
的关键工序。因为微晶玻璃的 结构 取决于 热处理的
温度条件 。
66
微晶玻璃 热处理中，先后发生以下四个过程：
分相
晶核生成
晶体生长
二次结晶生长
67结晶化热处理过程图
热处理温度条件 可以归纳为 阶梯型温度处
理 和 等温型温度处理 两种类型，如下图所示：
（ a） 阶梯温度制度
（ b） 等温温度制度
68
1．阶梯温度处理
阶梯温度处理一般 采用分段的方式 进行。
第一阶段是 在一定温度下 保温,使玻璃中产生
尽可能多的 晶核 ；
第二阶段是 在较高一些的温度下,令 晶体生长,
使 基础玻璃 转化为 以微晶结构为主 的 微晶玻璃 。
69
多数 微晶玻璃 经过 两个阶段热处理 就完
成了 全部结晶化 过程。
有时，有些微晶玻璃也需要 在更高的温
度下 进行 第三次热处理,才能得到所需设计
的晶相。
70低膨胀微晶玻璃热处理过程图
例如，用 Li2O--Al2O3--SiO2系统生产 低膨胀微
晶玻璃 时，就要 分三个阶段热处理 才能得到不透明
的制品，如下图所示。
71
2．等温处理
某些系统的基础玻璃，由于 晶核形成 的温度区
域与 晶体生长 的温度区域重叠。因此，在它们共同
范围中的某一温度下，能 同时进行 晶核形成 和 晶体
生长 两个过程。
72
当基础玻璃中的 晶核形成 和 晶体生长 两个过
程 同时进行时,可以采用 等温处理 来进行微晶化
处理。
热处理时，应注意选择 适当的晶化速度,以
避免 制品软化变形 或 应力过大 而破裂。
73
四、复相微晶玻璃
传统的 微晶玻璃 是通过 高温熔融 获得玻璃后
再 经过热处理 得到的。随着 溶胶 --凝胶 科学技术
的发展，微晶玻璃的研究领域也大大扩展。
74
近年来，利用 溶胶 --凝胶方法 获得了一
系列重要的 微晶玻璃 材料，尤其是在 非线
性光学, 功能材料, 电子材料 等领域。这
些 新型的微晶玻璃 展示了重要的应用前景
和特有的科学研究价值。
75
复相微晶玻璃 是在 复相陶瓷 的基础上提出的，
它是一类 重要的 具有独特性能 的 新型微晶玻璃 。
从广义上讲,复相微晶玻璃 是指 微晶功能相
同 玻璃相 之间通过 相的复合,从而获得 具有一系
列特殊性能的 新型功能材料 。
76
复相微晶玻璃 按照 功能相的不同 进行分
类，主要有以下几种。
(1)金属单质 复相微晶玻璃
(2)氧化物半导体 复相微晶玻璃
(3)化合物半导体 复相微晶玻璃
(4)铁电 复相微晶玻璃
(5)铁磁 复相微晶玻璃
77
(1)金属单质复相微晶玻璃
传统的典型 金属单质微晶玻璃 是 光敏微晶玻璃 。
用溶胶 --凝胶法将 金属单质 Au,Ag等 在 SiO2玻
璃中 均匀析出，形成的 复相结构 的材料，具有独特
的 光学性能 和 半导体特性,这种材料在 压敏, 气敏,
湿敏 等领域具有广泛的潜在应用。
78
(2)氧化物半导体复相微晶玻璃
以 氧化物半导体 如 ZnO,CdO,FeO等过
渡金属氧化物 与玻璃复合 而形成的 复相结构,
通常具有良好的 电性能,这类材料在 电压敏 等
方面有着广阔的应用前景。
79
(3)化合物半导体复相微晶玻璃
以 CdS,PbS,CdTe,Cd 1-x Hg xTe等 II--IV
族化合物，以及 Al P等 III--V族化合物半导体与玻
璃复合能形成一类新型精细复合功能材料。
这些材料在 非线性光学, 光致发光, 场致发
光 等 领域具有优良的性能和良好的应用前景。
80
(4)铁电复相微晶玻璃
很早人们采用 熔融工艺 开始研究 铁电微晶玻璃,
主要包括 BaTiO3,PbTiO3,NaNbO3等体系。
利用该方法制备 复相微晶玻璃 主要集中在 含有
晶体取向的 微晶玻璃的制备方面。
熔融工艺 方法的主要有以下三个方面的缺点：
81
1、通常需要在 1400 ~ 1600℃ 左右的温度熔
融，极大地 限制了难熔组分 和 易挥发组分 的使用。
２、这种方法比较容易 出现杂相,极易产生
热力学 亚稳晶相 。
82
3、是 功能晶相含量不能太高 。
这是因为，首先要 形成玻璃相,成分中必须
有 玻璃形成氧化物,而 易形成铁电相的组分 往往
又不是 玻璃形成氧化物,而添加 玻璃形成氧化物
就必然降低 铁电相 的含量，从而降低其性能。
83
用溶胶 --胶法可以使 BaTiO3,PbTiO3等高
介电常数的 铁电相 与 玻璃相 在很大范围内复合，
形成具有 铁电性能 的复合功能材料。
84
铁电性能 的复合功能材料，具有良好的 介
电频率 和 介电温度 特性，它对研究 铁电体尺寸
效应,对制备 高性能电介质材料 和 微电子厚膜
浆料 等方而具有重要的理论和实用价值。
85
(5)铁磁复相微晶玻璃
铁磁性微晶玻璃 传统工艺已有广泛的研究，
而用溶胶 --凝胶法将纳米 MnFe2O4,NiFe2O4、
ZnFe2O4,BiFeO3等 铁磁相 和 玻璃相 复合是近年
才引起重视的研究方向 。
86
用溶胶 --凝胶法形成的具有 铁磁性的功能材
料,在 磁光控制, 吸波材料, 微波器件 等方面
具有重要的应用前景。
87
(6)其他复相微晶玻璃
将 光变色晶相 与 玻璃 复合形成的 光致变色复
相微晶玻璃 ；
将 光变色染料, 激光染料 等 有机功能相 与 玻
璃相 复合形成性能优良的 非线性光学材料 ；
88
将有 生物活性的功能晶相 或者 生物酶 与
玻璃相 复合形成 生物复相微晶玻璃,
这些 复相微晶玻璃 把 无机界与生物界 联
系起来，从而开辟出一个新材料领域。
89
五、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。
90
1．微晶玻璃装饰板材
(1)耐候性好，抗污染。
由于 天然石材 均有一定的 吸水性,这一特点将
导致其 渗水, 渗碱,不能长期 抗大气及雨水的污染,
使污染物浸蚀石材表体，从而影响其原有的色泽。
91
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。
因此 微晶玻璃板材 耐候性好, 抗污染,可
大大降低建筑物维护保养成本。
92
(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。
93
微晶玻璃装饰板材 的 表面光洁度 更是远远高
于 天然石材,其光泽亮丽柔和，并能使建筑物富
有豪华壮观气派，从而达到非凡的装饰效果，尤
其是 纯白, 纯黑 及 纯单一色彩 的微晶玻璃更是天
然石材所不及的 。
94
(3)优良的机械、化学稳定性可确保安全性
微晶玻璃是 无机硅酸盐材料 经 高温晶化 精
制而成，其结构 均匀致密,比天然石材更为 坚硬,
耐磨, 耐酸碱,能经受全天候风吹、日晒雨淋而
不变色、不褪色，加上 机械强度性能优越,能 抗
强力冲击 而不破裂，可确保建筑物安全性。
95
(4)易于加工成各种规格，又有良好环保性能
微晶玻璃板材 可根据需要加工成各种厚度的 板
材和异型材,切割成各种规格。
另外，它是用 无机硅酸盐材料 加工而成，因此
微晶玻璃不含放射性物质,确保了环境无放射性污
染。这也是微晶玻璃优于天然石材的独到之处。
96
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。
97
用作 建筑隔堵 和 建筑砌块 的 微晶玻璃,其晶
化程度不像 装饰用微晶玻璃 要求那么高。因此，
可以克服 微晶玻璃成晶率低 的不足。
98
另一方面，微晶玻璃 原料广泛,可利用多种
工业废料。如利用 矿渣 在熔融状态下 用加进空气、
蒸气或水处理的方法制成的 泡沫矿渣 微晶玻璃，
作为 填充材料 和 结构材料 最宜用于轻质墙构筑物。
99
由于 微晶玻璃制品 具有很高的 耐热性,因此
还可作为 高温状态下 建筑结构材料 。
墙体材料 是 各种建筑中 用量最大的材料，微
晶玻璃将在 墙体材料 中，特别是 高层建筑中 发挥
大的作用，这也为废料利用开辟一条新途径。
100
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。
101
微晶玻璃波纹板 具有很 高的机械强度 和
吸水率为零 的优良性能，可广泛用作 屋面材
料 或 分层壁板的覆盖层 。
微晶玻璃 保温, 隔热, 耐磨性能 好，可
作 保暖 或 非保暖工业建筑物的屋盖、地板 等。
102
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。
103
例如,矿渣微晶玻璃制品,无论是 耐磨性,
强度 和 抗化学腐蚀能力 都比 陶瓷 高，同 石棉水
泥制品 相比，它具有不吸水、不弯曲等性能。
矿渣微晶玻璃 的 耐火性, 耐大气侵蚀 和 强
度 的技术指标都远远超过 建筑塑料,而且没有
毒性。
104
除了 纯微晶玻璃制品 外，还可以制备 复合
微晶玻璃制品,如 钢丝增强微晶玻璃,或 耐火
用的微晶玻璃钢, 防火用的泡沫 或 非泡沫微晶
玻璃扳 等。
105
第二节 光导纤维玻璃
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。
106
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。
107
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。
108
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。
109
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 。
110
将 多根光导纤维 粘合成块，切成平片,在各
种光电系统中 能作为具有 高的光学耦合效率 和 很
小畸变的传光介质 使用。
111
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。
112
一、光导纤维的传光原理
入射到两种 折射率不同介质 界面上的光，一
部分反射，另一部分经折射透射过去。
当光的入射角度变大到使折射角成 90度时,
就造成 入射光在界面上 的 全反射 。
113
光纤通信就是利用这种 内全反射 的原理。
即，入射到光纤内的光，如果能满足 芯和
包层界面上 内全反射 的条件，光就可 在纤维内
不断向前反射,沿着纤维轴 向前传输。
114
表面平滑的 透明玻璃纤维 能使光 在高、低折射
率界面 通过全反射而独立地、高效地传光。
为了使实际所传递的光 有足够的亮度,并利用
纤维传光的独立性 进行传像，因此把许多纤维集合
起来使用。
115
光导玻璃纤维 按 成分 分为 石英光纤, 多组
分光纤 和 非氧化物 (卤素 )光纤 三类；
按 折射率的变化 可分为 阶跃型 (包皮型 )光纤
和 梯度型 (渐变型 )光纤 两类。
116
包皮型光纤 由高折射率的 芯玻璃 和低折射
率的 皮玻璃 组成，后者为了保证光学绝缘，厚
度必须大于所传递波长的 1/2。
这种结构保证了 在一定入射角下 射入纤维
端部的光线始终 在芯 --皮界面上 达到全反射。
光线在这种纤维中以 折射形式 传播。
117
纤维的折射率 从中心至四周 逐渐 以近抛物线
形式 减小，光在纤维中传播时是 沿轴线方向 振荡
式进行，形成一种正弦形曲线。
118
梯度折射率纤维 能起透镜的作用，单根纤维
即可传像，相当于能弯曲的透镜，所以,梯度折
射率纤维 又称作 自聚焦纤维 。通常 利用离子交换
使光纤有 梯度折射率。
119
通信纤维 在 传光的模式 上又可分为 单模的 或
多模的 两种。
通常 包皮型纤维 为 多模纤维,但当纤维芯径降
至和传播光的波长可比拟，而芯 --皮折射率差又很
小时，纤维就相当于一个波导管，能进行 单模传递,
此时称为 单模纤维 。
120
包皮型光导纤维 用 数值孔径 (NA)来表征它的
集光能力，它是光纤的基本参数。
2122210 )(s in nnnNA ??? ?
no,介质 (一般为空气 )的折射率 ;
n1,芯玻璃的折射率 ;
n2、皮玻璃的折射率。
121
上述公式由 几何光学定律 推出，仅适用于
子午光线 (即入射于 纤维子午面上 的光线 )，所以
由此公式所得的ＮＡ又称,名义数值孔径,。
2122210 )(s in nnnNA ??? ?
122
由于 纤维芯 --皮界面 不完整性 引起光的吸收
和散射，从而使 有效数值孔径 总是小于,名义
数值孔径,。
光导纤维元件的 数值孔径 决定于 纤维元件
的材料,它不受 元件截面大小 的影响，因此有
广泛的选择余地。这是纤维光学 除弯曲传光外
的另一个重要的特点。
123
二、光导纤维对玻璃材料的要求
光导纤维 是由 玻璃材料 经 加热拉伸 并 迅速冷
却 制成的。
这种方式所形成的 玻璃纤维 与同成分的 块状
玻璃 在 光学和热学 性能上常会发生较大的差异。
124
由于在 玻璃纤维 中要求 包皮玻璃和芯玻璃
有大面积的粘结,而且 在拉制纤维的高温下,
包皮玻璃和芯玻璃 还会 相互作用,因而，所用
玻璃 的 热学性质和机械性质 的差别都将影响纤
维制品的强度。
125
在制成各种 电子管用 的 纤维面板 时，纤维
尚需经受 热压, 堵漏 和 管壳封接 等多次热处理。
因此，对制造 光导纤维 玻璃的各种性能要
求远比对 经典光学中 应用的 光学玻璃 的要求严
格得多。
126
1．对玻璃光学参数的要求
(1)折射率
(2)光透过率
(3)玻璃缺陷
127
(1)折射率
芯和皮玻璃 的折射率要 满足数值孔径的要求,
如通讯纤维、激光纤维和光电仪器等，对光导纤
维要求 数值孔径 位于 0.01 ~ 3.0之间 。
128
(2)光透过率
对制造纤维的 芯、皮玻璃 的 透明性 有特别高
的要求，其 光吸收系数 应远小于 0.001 cm-1。
(3)玻璃缺陷
不允许有 气泡, 条纹 和任何 夹杂物 等存在。
129
玻璃的光吸收系数 ?
用白光通过玻璃中,每厘米路程内 的 透过率
T的自然对数负值 表示,
DT /ln???
式中,D为透光长度。
130
光学玻璃的等级
特级光学玻璃 ? < 0.001cm-1；
优级 ? < 0.002 cm-1；
一级 ? < 0.004 cm-1等。
最差的为六级 ? < 0.03 cm-1,也即每厘米
的吸收要小于 7%。
131
2．对玻璃物化性能要求
(1)粘度
(2)软化点
(3)热膨胀系数
(4)玻璃组成
(5)光纤玻璃的相容性
132
(1)粘度
有适宜的 温度粘度曲线,能够拉制纤维制品。
在工作温度区范围内,芯、皮玻璃的粘度相近 。
(2)软化点
有 较高的软化点,能烧去粘附在纤维上的有
机杂质，而且 在加热操作中, 光学参数 不易变化。
133
(3)热膨胀系数
芯玻璃的线膨胀系数 稍大于 皮玻璃 时，可
制得“结实”的纤维制品。
当 ?? < 45 ? 10 -7 K -1时，能制得最“结实”
的纤维元件 。
134
(4)玻璃组成
芯玻璃 和 皮玻璃 要有 相同的基本成分 。
对于 激光纤维 则应引入 钕、钬和镱 等氧化物；
对于 荧光纤维 (用紫外,X射线、高能粒子激
发后能发射荧光 )要引入 荧光活化剂 。
135
(5)光纤玻璃的相容性
在制造 光纤元件 时,芯皮边界 在各制造工
序中 均 不产生 析晶, 乳化, 发泡, 生色 等干扰
传光的现象。
136
三、光导纤维的制造
光纤制备工艺包括 光纤预制棒 的制备和 光
纤拉制 两部分。
光导纤维最简便的是用 管棒法控制,其装
臵见下图所示。
137
将 棒 --管组合件 逐渐
送入炉内，下端 抽出的丝
缠绕于鼓轮上。
用此法可制得芯径小于
15 um的单丝。
工艺要求 芯、皮料的
对应面 要精确 抛光 。
管棒法拉丝装臵图
138
光导纤维的另一个制备工艺为 双坩埚法 。
它采用 内外层同心 而 上下底又相通 的锥形坩
埚，把折射率不同的 芯、皮玻璃 分别加在坩埚内
外层中，同时熔化并拉制。
139
双坩埚法 优点,可以不断加入玻璃料而 连续生产 。
双坩埚法 缺点,Ａ,温度控制 要求 严格 ；
Ｂ,加料时 容易 生成气泡,引起
纤维 透光度 不良。
140
对通讯用 石英光纤,一般采用 气相沉积法 。
在 石英管内壁 或 石英棒外面 沉积一层 符合折
射率要求的掺杂石英,再拉成纤维。
141
四、光导纤维的新应用
光导纤维制成的元件树脂 孔径 可远大于 1，
而不受 截面大小 的限制，作为长束状时，可 弯
曲传光, 传像,因此应用十分广泛。
142
光导纤维特别有价值的是 在光通讯方面,采
用 激光光源 使每条光路单位时间能传送 3 ?1010b/s
的信息通带。因此，由于有 光学玻璃纤维 作传输
介质，使光通讯得到实用。
143
与同轴电缆的 微波通讯系统 相比,光通讯
具有 抗电磁干扰, 尺寸小, 质量轻, 耐辐射 和
易于铺设 等优点。因此,光通讯 已成为 光导纤
维应用 的一个重要领域。
144
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。
145
1．传 光
(1)光纤照明
(2)光纤装饰
(3)医用光纤
146
(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 光源可以放臵
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。
147
光纤照明 也常被用于 工业领域的特殊照明 。
理论上说,玻璃光纤 的寿命 没有限制，而 塑
料光纤 使用一段时间后会 变黄,影响传输 光的颜
色性能 ； 塑料光纤 还会逐步 变脆,因此 塑料光纤
的寿命 仅为数年。在 高温环境 中,玻璃光纤的寿
命 比 塑料光纤 更长久。
148
(2)光纤装饰
塑料光纤 柔软性好，不易断，成本低； 丽彩柱状
光纤,色彩鲜艳，视角开阔； 线性纤维 柔软、亮丽。
这些光纤被广泛用于 商品展示, 广告标志, 娱乐
场所, 建筑物 等方而的装饰。
它们也可用来制作各种 光纤工艺品,如壁画、光
纤花篮、插花、工艺灯等。
149
(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。
150
光纤为 医用激光 开辟了广阔的前景，能做
到在 做外科手术时 既不出血、无外伤或无较大
的切口，又没有尖锐物触痛病人。
在 激光血管造形术 方面,激光束 经过 光纤
可传送到 阻塞 部位，从而把 阻塞动脉血栓 清除。
151
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。
152
硬性传像束 (也称刚性相干纤维束 )可用于制
作 医用和工业用 硬管内窥镜 。其优点是可做得 细
长, 光路方向改变 不用棱镜等。
大截面 光纤传像束 在军事上的应用广泛，如
用于侦察兵装备的 光纤潜望镜,其核心部件都是
像素超过 40万个的 大截面传像束 。
153
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。
154
光纤传感技术 具有 灵敏度高, 电绝缘, 抗电
磁干扰, 抗化学腐蚀, 安全性强, 形状可塑性 等
传统传感器 无法比拟的特点，能解决许多传统传
感器无法解决的问题。
155
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。
156
(1)光纤温度传感器
比较成熟的多为 非本征型,有单探头的 点式
测量,适用于窑炉、钢厂等行业的温度控制；
分布式 光纤温度传感器，适用于监测 温度变
化 的场合，如地铁、化工库、油库、图书馆、电
气系统、博物馆和办公大楼、娱乐场以及森林防
火等。
157
(2)医用光纤传感器
心血管器件 公司的 PH系列，用于心脏外科手
术的监护；
光敏 公司的 PO2,PCO2,PH的 体温监测 系统
可同时显示四种血液气体参数；
TSI别公司出售的 Laserflo Blood Profusion监侧
器，可测量血管血流；
158
用荧光法测 抗原对药物的反应 用的 光纤生化
传感器等。
日本生产的小型 光纤氧浓度 传感器可装在人
工心脏中。
美国、英国、意大利、瑞典、荷兰等国都推
出了 光纤血压计 。
159
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。
160
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。
161
玻璃激光器 的独特优点：
如，可以广泛 改变化学组成 和 制造工艺 以获得许多
重要的性质，如 荧光性,高度 热稳定性, 负的温度
折射率, 高度光学均匀性 等。
掺入玻璃中的 激活离子种类和数量限制较小,
容易得到 各种尺寸和形状 。
此外激光玻璃的 价格 也较激光晶体 便宜,因此，
激光玻璃得到了广泛的应用。
162
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。
163
一、对激光玻璃的要求
激光玻璃 是由 基础玻璃 渗入 激活离子 形成的。
激光玻璃的各种 物理化学性质 主要由 基础玻璃
决定，而它的 光谱性质 则主要由 激话离子 决定。
164
基础玻璃 和 激活离子 彼此 相互联系相互影响 。
激活离子 对 玻璃的激光性能 有一定的影响。
基础玻璃 对 玻璃的光谱性质 也相当重要，它主
要通过 配位体与激活离子的作用 而影响 激活离子的
吸收光谱 。
165
激光玻璃必须满足下面五个要求
(1)激活离子的 发光机构 必须有 亚稳态,能形成
三能级 或 四能级 机构；并要求 亚稳状态 有较长寿命，
使 粒子数 易子积累达到 反转 。
(2)激光玻璃 必须有合适的 光谱性质 。吸收光谱
要与光泵的 辐射光谱 尽量重叠，吸收系数越高，激
活能量越高。
166
(3)基质玻璃 要有良好的 透明度,对激光波长的
吸收尽可能小，从而能使 光激发的能量 充分 被激活
离子 吸收转化为 激光 。
(4)必须有良好的 光均匀性,以免光线通过玻璃
后 波面变形 并产生误差，使阀值升高，效率降低。
也应有良好的 化学稳定性 和一定的 机械强度,失透
性小。
(5)必须有良好的 热光稳定性 。若 光激发 的一部
分 光能 转化为 热能,就有可能 损坏玻璃 。
167
二、掺钕玻璃基础成分
掺钕激光玻璃 是最先获得实际应用的，也是目前
使用最广的 激光玻璃 。
激活离子 Nd3+是 四能级机构,在 光泵区域 有较
多和较强的吸收带，而在 近红外区 有较窄和较集中
的 荧光线 。
由于 Nd 3+能在室温下工作，因此它是最佳的激
活离子。
168
掺钕激光玻璃 中，吸收光谱中 最强的吸收 在
570 ~ 590 nm,跃迁的终态与基态的能级差为
1950 cm-1。
从 4G7/2通过 非辐射跃迁 到达 较低的激发态
4F3/2再向 4I11/2跃迁，便发出波长为 1.06 um的激光。
169
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 Nd2O3的 适宜含量 为 3％ ~ 5％。
Nd3＋ 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。
170
硅酸盐系统钕玻璃 使用范围最广，其组成以
摩尔分数表示大致为,SiO2 65％ ~ 85％,R2O3
0 ~ 5％,RO 5％ ~ 10％,R2O 10％ ~ 20％。
171
硅酸盐系统 激光玻璃 按成分大致分为三种
K2O-- BaO--SiO2系统的 钡冕玻璃 ;
R2O--CaO--SiO2系统的钙 冕玻璃 ;
Li2O--CaO--(MgO)--Al2O3--SiO2高弹性玻璃 。
172
其中,K2O--BaO--SiO2系统玻璃是最早的
掺钕激光基础玻璃,它的 熔化温度低, 荧光寿
命长, 激光输出效率高, 工艺条件也较成熟,
只是 化学稳定性稍差,对耐火材料 侵蚀较大 。
173
三,掺钕玻璃制造工艺
掺钕破璃制造工艺要解决三个问题：
制造 大尺寸棒状玻璃 (钕玻璃棒长度已达 2m)；
降低非激活吸收,使玻璃中杂质含量降到 10-6；
避免 结石 及其他 夹杂物,提高光学均匀性。
174
初期制造掺钕玻璃采用 铂坩埚熔炼 。现在
生产钕玻璃的主要方法是 陶瓷坩埚熔炼 。
用 陶瓷坩埚熔炼钕玻璃 关键在于 克服耐火
材料侵蚀产生的条纹,同时要 克服杂质所引起
的非激活吸收,为此，必须选择 合适的耐火材
料 来制造坩埚及搅拌浆。
175
四、激光玻璃的敏化和杂质破坏
在玻璃中掺入一定量 激活剂 的同时，还掺入
一二种 敏化剂 。
常用的敏化剂是 Cr3+,Mn2+等 过渡金属离子 。
它们在玻璃中有很宽的吸收带。
176
由于 敏化剂 也吸收 光激发的能量,并通过不
同的方式 将吸收的能量转移给激活剂,所以，敏
化剂的引入 使激活剂的吸收光谱 得到扩展和增强，
从而 增大光谱利用率,达到提高输出效率的目的。
177
掺钕玻璃中 对波长 1.06 um激光的吸收 主
要来源于 杂质离子, 色心 和 杂质颗粒,这些
吸收对激光玻璃十分有害。
上面这些吸收中心引起的破坏，统称为
杂质破坏 。
178
杂质破坏机理 分为两类：
一类是 杂质颗粒吸收 引起的；
另一类是 玻璃体吸收 引起的，包括 杂质
离子 和 色心 。
其中，以 杂质颗粒吸收 引起的破坏最严
重，如铂颗粒、锑颗粒等。
179
造成玻璃内部的 光学不均匀性的原因 有两种：
一种是 局部化学成分的不同,如气泡、条纹
和结石等；
另一种是由于 内应力或热历史的不同 使玻璃
内 各部分折射率不同 所致。
180
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 。
181
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。
182
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 。
183
(1) 在通讯中应用
激光在通讯中的作用日益重要。使用掺钕
玻璃已成功地制造出第一台 光导纤维激光谐振
器,同样也成功地制成了 含铒光纤放大器,后
者用于高密的频谱多路传输。
184
(2)在核聚变领域的应用
激光玻璃的另一应用领域是 核聚变领域 。美
国首先提出采用 激光玻璃 触发 聚变反应 。
由于 红宝石激光器 不能胜任，因此 玻璃化学
专家 和 激光物理专家 共同研制出一种 无铂夹杂物
的 含钕磷酸盐玻璃 。
185
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。
186
我们把 出现可逆的或不可逆的显色、
消色现象的物质 称为 光致变色材料 。
光色玻璃 就是其中的一类光致变色
材料。
187
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 )。
188
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。
189
光色玻璃 大致可以分为三类：
掺 Ce3+或 Eu3+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 。
190
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。
191
一、光致变色原理
光色玻璃的 光色特性 是 许多可变量的函
数,这些可变量包括 玻璃的基础组分, 光敏
相的种类 和 聚焦状态, 分相热处理条件 以及
其他许多因素。
192
光色玻璃的 变色过程 和 照相过程 有一些
相似。
在照相中,入射光子 将胶卷上的 银离子
分解成为 银原子和卤素,通过 显影的化学反
应,把 卤素 从原来的位臵 扩散出去,这一过
程是不可逆的。
193
在 光色玻璃 中,光子 也将 银离子 变为 银原子,
但 卤素 并 没有 从晶体 --玻璃的界面上 扩散 出去，
仍存在于银原子附近；
当 光照去除 后,卤素 仍旧可以和 银 结合成卤
化物。
194
光吸收峰值 和玻璃所含 碱类 有关，随着 碱
金属离子半径的增加 吸收带 峰值向 长波区域 漂
移；
不同的 卤化银 对玻璃的 光色性能 也有影响，
光吸收峰值 随着 卤素原子序数的增加 而向 长波
区 延伸。
195
为了使玻璃具有 良好的光色性,即提高对 激
活辐射的灵敏度 和 加快色心的破坏 速度，在玻璃
成分中常常添加 敏化剂 。
其中,Cu2O是最有效的敏化剂之一。
196
此外，对于 光色玻璃,一般要求它们具有
两个条件,
Ａ、当基础玻璃 在高温熔化时,卤化银有
较高溶解度 ；
Ｂ,当温度降低时 则使 卤化银 能从玻璃中
析出 。
197
卤化物敏化 的 光色玻璃 有许多优点，
其中最突出的是它们 在使用过程中 不易
产生疲劳 。
198
二、光色玻璃制作工艺
基础玻璃配合料 一定的气氛下高温熔炼
毛坯成型
退火进行变色性能热处理
按产品要求进行精加工
一般光色玻璃采用 熔融法 生产，它的基本流程为：
199
其中,基础玻璃 应包括 变色组成 及必要的 敏化
剂 等；另外，变色性能热处理后，仅当 银颗粒在
10--20 um时 才有光色效应。
基础玻璃 配合料 一定的气氛下高温熔炼
毛坯成型
退火进行 变色性能热处理
按产品要求进行精加工
200
除了使用 熔融法 制造光色破璃外，还可用 离
子交换法 将含有 卤素, 银 的 Na2O--Al2O3--B2O3--
SiO2玻璃浸入 AgNO3熔盐，使 Na+与 Ag+交换，
Ag+进入玻璃表面层，再经 热处理 使银与卤素聚集
成 AgX微晶体。
201
热处理 是 光色玻璃制造中的 主要工序。
未经热处理的光色破璃，因其中 变色组成颗
粒 较小 (例如银颗粒小于 5 um),没有光色效应。
经热处理后,颗粒长大到一定的尺寸范围
(例如银颗粒在 10--20 um)才有光色效应。
202
热处理的 温度 和 时间 主要由玻璃的 温度 --粘
度关系 决定。
玻璃的热处理温度 通常 在 转变点 和 软化点
之间,即高于退火温度 20--l00℃ 。
203
玻璃的热处理时间 在 较高温度 下只需几分钟，
在 较低的温度 下需要几小时。
在一般情况下，都避免使用过高的温度，以
防止 玻璃变形 或者 乳浊 。
204
三、无银的光色玻璃
虽然 卤化银光色玻璃 有许多优点，但在许
多应用场合由于 用量大,如 高级建筑物的玻璃
窗, 汽车的挡风玻璃 等，需要耗费大量的银，
从而 经济上不能承受,因此必须大力开发 无银
的光色玻璃 。
205
在 无银的玻璃 加入一些 变价的金属氧化物
如 Ce,Eu,Mn,W,Mo等的氧化物，制成的
玻璃经 过热处理 或用 紫外线辐照 后，玻璃就会
具有 光色性能 。
206
因为热处理 (或紫外线辐照 )后，在玻璃中形
成了 着色中心 。
着色中心 在 77K温度下 均为稳定的，而 在＞
60℃ 时 则全部是非稳定的。
着色中心 形成之后，使得玻璃 在可见光波段
的 光敏性 增加，产生了 附加吸收 。
207
例如，用 一价铜离子 作为添加剂加入 玻璃配合
料 中，得到 卤化铜光色玻璃 。
这种玻璃 未经热处理时,在 紫外、可见光波段
均为透明的 ；
热处理后,透明度显著下降，并出现 乳光,且
吸收限 向长波方向移动 。
208
可是,卤化铜光色玻璃 即使在加工时，也
会发现 吸收 与 乳光增强 现象，这对实际应用是
不利的。
但是,卤化铜光色玻璃 的优点是具有 比较
快的变暗速度 和 褪色速度,而且 变暗幅度也大 。
209
在 无银 的、添加 变价金属氧化物 制成的各种
光色玻璃中，以添加 Ce3+,Eu2+离子的光色玻璃
的 光敏性最低 。
有人还研究了以 镉硼硅酸盐 为基的光色玻璃，
这种玻璃的 光化学特性 非常稳定，在 1250次 变暗 --
褪色循环 后，其 光色性 仍然完好。
210
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。
211
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 显示装臵的元件 中
的应用,光色玻璃的光色性 是十分有价值的；
212
若黑板上的书写用 光调谐笔,所写的东西
在一定时间后 自然能消失，则可以不用粉笔，
不擦黑板；
当 光色互变性足够快 时，可用于 光阀, 相
机镜头, 紫外线剂量计 等；
213
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 。
214
近年来,光色材料 和 电色材料, 生物材料
的研究结合得更加紧密,以光色玻璃为主 的各
种 无机光色材料 发展很快。
215
第五节 半导体玻璃
普通玻璃一般是一种绝缘体，人们制成
了一些 电阻介于绝缘体和导体之间的玻璃 --
半导体玻璃 。
216
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。
217
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 。
218
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 。
219
半导体玻璃 具有 光电转变 的 特性。
比如,在金属板上 镀上一层 硒玻璃, 可以作为
电视 光导摄像管 的 靶面材料 。
目前，飞往月球的宇宙飞船就装有这种 光导摄
像管,它能拍摄 月球的清晰照片 发回地面。
220
有些 半导体玻璃 对温度比较敏感,只要 温度
稍有变化，其电阻就会改变 。
利用这一特性可以制成 热敏电阻,通过电阻
值的变化来测知温度。
221
有的 半导体玻璃 不接受太阳光中的红外线,
这种半导体玻璃称作 红外玻璃,在军事上用作制
造 红外照相机镜头, 侦察仪器 及制造 电子计算机
的储存器 。
222
有的 半导体玻璃 可作为制造 太阳能电池
材料,这是由于这种 半导体玻璃 对太阳光的
吸收能力极大,可用于制造 高效太阳能电池 。
223
一、半导体玻璃分类
一般 半导体 的电阻率介于导体和绝缘体之
间，在 10-6 ~ 107 ?.m,并分为 本征半导体 和 杂质
半导体 两种。
224
其中,杂质半导体 包括 空穴型 (p型 )半
导体 和 电子型 (n型 )半导体 。
玻璃半导体 主要属于 杂质半导体 类型。
225
玻璃半导体分为以下两类
(1)氧化物 玻璃
(2)非氧化物 玻璃
226
(1) 氧化物玻璃
在这类玻璃中，含有大量 钒, 铁, 钨, 钴, 镍
等过渡元素。 研究得较多的是 钒磷酸盐玻璃 和 铜硼
酸盐玻璃 。
如,V2O5--P2O5—BaO,CuO--B2O3—CaO等。
227
氧化物玻璃 的导电性是由于 过渡金
属离子 具有两种不同价态而引起的 电子
跃迁过程 所造成的。
这种玻璃通常是 n型半导体。
228
氧化物玻璃 的 电阻率 在 10--106?.m之间,载
流子密度 为 1010cm-3,迁移率 一般在 10-8 ~ 10 –2
cm 2,V-1,s-1。
表征氧化物玻璃的 热电转换常数 --赛贝克系
数 在 100--1000 V·K-1(300℃ 以下 )范围变化。
229
(2)非氧化物玻璃 (硫系玻璃 )
这类玻璃是 As,Sb,Ti,P,Ge,Si等元素
的 硫化物, 硒化物, 碲化物 以适当比例 混合熔融
而成。
230
非氧化物玻璃 的电导率 随成分而变,
界限从 10-12 ~ 10-1 S,m-1。
这类玻璃是 电子导电 。
231
二、玻璃半导体的制备方法
氧化物玻璃半导体的 熔制温度 随组成而变化,
当 P2O5,WO3等含量增加时，熔制温度相应提高。
坩埚可选用 陶瓷质 或 石英质 的 。
232
硫系玻璃的 析晶倾向较大, 合成条件 和 称
量误差 对电性能有较大的影响。
因此，其 原料纯度 一般高于 99.99％ (质量
分数 ),称量精度 达 2 ? 10-4 g。
233
硫系玻璃 通常 在抽成真空 的石英 安瓿 中熔制。
由于 一面熔制, 一面转动,故 析晶倾向小的
可以自然冷却, 析晶倾向大的则需把安瓿投入冰
水 (或干冰 )中淬冷,以确保玻璃态的生成。
234
三、玻璃半导体的特性
(1)玻璃半导体的 伏安特性
(2)玻璃半导体 存贮器件的特性
235
(1)玻璃半导体的伏安特性
由于玻璃半导体的种类不同，其电性能
也不同，这主要表现在,开关效应, 和,存
贮效应,两个方面 。
236
开关效应
原先处于 兆欧级 高阻绝缘态 (,关态, )的 玻
璃半导体,当外加电压超过一定数值 (阀值 )时，
就会在 l0-9 s 内，变成只有 几个欧姆 的 低电阻态
(,开态, )，这种特性称为,开关效应,。
237
存贮效应
当 玻璃半导体 由 高阻绝缘态 变成 低阻态 后，
不需要维持电压 便能 永久地保持在低阻态,具有
永久记忆特性 。
玻璃半导体的这种特殊性质称为, 存贮效
应,。
238
然而，对于具有,存贮效应,的 玻璃半
导体 来说，如果 瞬时 对其加一个 大脉冲电流
后，它又会恢复到 兆欧级的 高阻态 。
利用这种 高低阻态可逆变化 的特性可制
作 电存贮器件 。
239
存贮效应产生的原因
硫系玻璃 在阀值电压作用下 较容易 晶
化,形成小的 晶态区域,俗称 导电丝 ；
240
导电丝 的直径通常为 3--5 um,它的电
导率比 玻璃态区域 高几个数量级，达到 低
阻态 ；
由于 脉冲电流的作用,使 已形成的导
电丝 重新 熔化掉,从而达到高阴态，故可
以反复存贮。
241
许多 硫系玻璃 具有 存贮特性 。
如 Te--Ge—X ( X,As,Sb,P,S等元素 )、
Se--As--Ge,S--Sb--I等系统。
其中，组成为 Se8lGe15S2Sb2的硫系玻璃是
典型的电存贮材料 。
242
(2)玻璃半导体存贮器件的特点
① 结构简单, 体积小, 读出速度快,
可达 10-9s级，这对提高电子计算机的 运算
速度 很重要；
243
② 对 杂质的敏感性 不强,抗辐射能力 强。
这对需要抗辐射的 导弹, 宇宙飞船 以及 原子能
反应堆的器件 很有价值；
③ 无功耗记忆 。
244
四、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：
245
玻璃半导体的应用
246
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 。
247
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 。
248
第六节 非线性光学玻璃
249
第七节 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。
250
无机非金属材料 作为 医用生物材料 尽管
已有较长的历史，但真正把 生物玻璃 提出作
为 一种新型无机材料,并将它同 生物医学 联
系在一起，是在 20世纪 70年代初期由 Hewch
研究开发而成的。
251
无机非金属材料 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。
252
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。
253
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 。
254
常用的模拟人体溶液有两种：
1,Tris缓冲液；
2、离子浓度与人的体液中含量相
近的模拟人体溶液。
255
理论研究发现，当 生物玻璃 浸在 类人体
溶液 中时，将在表面建立起 双电层 和 负的
Zeta电势,从而诱导含碳的 羟基磷灰石 在 生
物玻璃表面 的 沉积 和 结晶 。
而 羟基磷灰石 是被公认在与 硬或软体组
织 连接中起关键作用的物质。
256
除溶液实验外,生物玻璃 在 动物移植实验 中发
现了与 硬或软组织 的有机联结。
基于这些研究成果，已有 生物玻璃制品 出现在
市场上。
257
但是,生物玻璃 能否在世界 广泛的应用,
能否给 人类医疗健康 带来突破性进展，将取
决于科学研究对 无机材料怎样与有机体相联
结的 进一步了解，以及更为广泛地 积累动物
和人体的实验数据 。
258
一、生物玻璃材料的种类
生物玻璃材料 大致可分为两大类：
一类是 非活性的 或 近似惰性的 ；
另一类则是 生物活性的 。
259
1．非活性生物玻璃
(1) 人工骨用 生物玻璃
(2) 治疗用 生物玻璃
(3) 人工齿冠用 生物微晶玻璃
260
(1) 人工骨用生物玻璃
在 生物材料 中也有 优异的新玻璃 。
例如,微晶玻璃材料 MgO--Al2O3--
TiO2--SiO2--CaF2 。
261
微晶玻璃材料 MgO--Al2O3--TiO2--SiO2--
CaF2具有好的 耐酸碱腐蚀性,高的 抗折, 抗压
强度,良好的 耐磨性能,可以作为 与骨头直接
相连 的高强度材料。
262
(2)治疗用生物玻璃
近年来,插入生物体内 起 治疗癌症 作用的
生物玻璃 发展很决，已进入临床试验。
这类玻璃主要有两种体系，并且这两种 生
物玻璃 具有 生物相容性,在体内是 稳定无害 的。
263
一种是以含有 Fe2O3,A12O3,Li2O等成
分的 有较强磁性 的 磷酸盐微晶玻璃 。
将其埋入 肿瘤部位 附近，当把该部位 臵
于交流磁场下 时，材料由于 磁滞损耗 而发热，
于 42--45℃ 杀死癌细胞。
264
另一种是以 Y2O3-Al2O3--SiO2系统玻璃为代
表的玻璃。
这种生物玻璃经 中子线 照射，把玻璃中的
钇 变成半衰期为 64 h 的 ? 射线,将其植入 肿瘤
部位 附近,?射线可杀死癌细胞。
265
(3) 人工齿冠用生物微晶玻璃
这类玻璃具有 可铸造, 可切削研磨加工 ； 审
美性高 ； 强度高 ； 导热系数低, 对齿髓温度刺激
性小 ； 生物相容性好 ； 与天然齿类似, 可透过 X
射线 ； 不溶出对人体有害离子 等一系列优点。
266
根据玻璃中析出晶相的成分,人工齿
冠用生物微晶玻璃 又可分为 SiO2系 的云母
系及 CaO--P2O5系的 磷酸钙 或 磷灰石 系。
267
①组成 ( 质量分数,％ )为 61SiO2,14K2O、
12MgO,8MgF,5ZrO2的 DICOR玻璃,经 微
晶化后 得有 55％ (体积分数 )的 云母相 析出，是
SiO2系玻璃 代表。
268
②组成 ( 质量分数,％ )为
50SiO2.10Al2O3.10P2O5.20CaO.10MgO的
Bioramic微晶玻璃,有 30％ --40％ (体积
分数 )的 磷灰石, 三磷酸钙 和 透辉石 析出。
269
2．活性生物玻璃
(1)Na2O--CaO—SiO2—P2O5系统生物玻璃
(2)Na2O—K2O—MgO—CaO—SiO2—P2O5系统生物
微晶玻璃
(3)MgO--CaO--SiO2--P2O5系统生物微晶玻璃
(4)Na2O--K2O—MgO--CaO--Al2O3--SiO2--P2O5系统
金云母生物微晶玻璃
270
(1)Na2O--CaO—SiO2—P2O5系统生物玻璃
代表组成是 (质量分数,％ ),45SiO2,24.5Na2O、
24.5CaO,6P2O5(牌号为 45S5),这种玻璃埋入骨的
缺损部,30天内玻璃与骨形成牢固的化学结合，表
明它具有生物活性。
271
这种生物玻璃的 抗折强度 只有 70--
80MPa,不能用于强度高的 人工骨 和 关节 。
但它可埋在拔牙后的 齿槽骨 内，也可用作
中耳的锤骨 等。
272
(2)Na2O--K2O—MgO—CaO--SiO2--P2O5系统生物
微晶玻璃
代表 组成 是 (质量分数,％ ),4.8Na2O,0.4K2O、
2.9MgO,34.0CaO,46.2SiO2,11.7P2O5。
这种玻璃在模拟 体液中的离子释放水平 比 生物
玻璃 低得多 (几分之一 )，具有更好的稳定性。
273
它能和 骨组织 产生牢固的化学结合。这种玻
璃 抗折强度 可达 147 MPa,抗压强度 为 490 MPa，
可用作 人工齿根 和 腭骨 。
274
(3)MgO--CaO--SiO2--P2O5系统生物微晶玻璃
具有代表性的是 A-W微晶玻璃 (质量分数,％ )：
4.6MgO,44.9CaO,34.2SiO2,16.3 P2O5,
0.5CaF2,经 微晶化处理 后，不仅含 磷灰石相,而
且还含有 硅灰石晶体 。
275
这种玻璃具有更好的 机械性能, 抗折强度
达 178 MPa,断裂韧性 值为 2.0 MPa·m1/2,抗压
强度 高达 1039.5 MPa。
它还可 切削加工,便于应用。例如，它可
作 承受很大弯曲应力 的 长管骨, 椎骨 的臵换材
料。
276
(4)Na2O--K2O—MgO--CaO--Al2O3--SiO2--
P2O5系统金云母生物微晶玻璃
组成范围是 (质量分数,％ ),(19--54)SiO2、
(8--15)Al2O3,(2--21)MgO,(3--8)R2O,(3--23)F-、
(10--34)CaO和 (2--10)P2O5。
277
当 CaO-- P2O5量少时，析出 金云母相 ；
反之，当 CaO-- P2O5量高时，易析出
磷灰石相 。
278
控制适当成分,可得到 40％ (体积分
数 )的 磷灰石 和 20％ 金云母 的 可切削生物
玻璃 (也可得 20％磷灰石和 70％金云母的
可切削生物玻璃 )。
279
将这种 可切削生物玻璃 植入生物体中，
其表面能形成 磷灰石层 以及 能和周围骨组织
产生牢固的化学结合 。
280
此外，还有具有 强磁性的 (FeO,Fe2O3)--CaO-
-B2O3--P2O5系微晶玻璃；
有 可弯曲柔韧性 而能制成 玻璃纤维 的掺 MgO、
Na2O,K2O,TiO2等氧化物的 Ca-Al2O3--SiO2--
P2O5系统玻璃；
CaO, P2O5＝ 1的 定向结晶玻璃 (抗折强度高达
588.4 MPa)等。
281
二、生物玻璃结构特征
从玻璃 生成角度 看,生物玻璃 大多属于 磷
酸盐 有关的玻璃以及 磷酸盐的复合材料,或者
是 含磷的硅酸盐玻璃 以及一些 氟铝硅酸盐玻璃 。
282
从玻璃 组成分析 来看，这些玻璃中大多含有
双键氧 和 硅氧键 及 铝氟键 。因此,在某些网络形
成体里 所占比例较少的 生物玻璃 中,网络基团 为
众多的 网络外体 分开。
283
在某些网络形成体里 所占比例较少的 生物
玻璃 中，多数在结构上具有 连续程度较差的 网
络骨架,仅少数如 MgO—A12O3-SiO2系统微晶
玻璃 具有特别好的 化学稳定性 。
284
在某些网络形成体里 所占比例较少的 生物玻
璃 结构中，虽然大部分已 被晶体占有,但尚有小
部分是仍维持 较高的化学稳定性的玻璃相,因而
不易发生 降解反应 。
285
此外，在含 磷灰石金云母微晶玻璃 中,母
体玻璃 同样出现分相，这也是促使 氟磷灰石 形
成的必要条件。
286
实际上，对于 生物玻璃材料的研究 和当前 技
术上需要解决的总目标 是使 制得的玻璃 具有既与
生物体相适应 而又容易 发生降解 的特性。
对于 生物玻璃一些主要组成 则要求其能 参与
生物体的代谢 而不至于 对反应产生阻抑作用 及甚
至呈现出毒性；
287
三、生物玻璃的制备
多数玻璃都含有 CaO和 P2O5,从熔制玻璃的技
术角度来讲,一般 P2O5组分都以 磷酸盐 作为原料引
入，以免因 P2O5的大量挥发而使玻璃组成难以控制。
通常，作为 生物玻璃的原料,要求其 纯度 有保证，
不能含有 超过限量 或 未知的对生物体有害的成分 。
288
高碱 和 含磷较高的生物玻璃 的熔制温度最高，
约在 1300 ~ 1350℃,但以 CaO--A12O3--P2O5系统
为基础的玻璃，常在 1500℃ 下用铂坩埚熔制。
289
熔制的玻璃视 使用要求的不同,可 水淬 或 浇
注成型 。
当玻璃需要 微晶化热处理 时，一般在 600℃
左右 保温核化,然后在 更高些温度 (如 700℃ )范
围内 使之晶化 。
290
对 CaO—MgO--SiO2系统玻璃来说,微晶化
可和 烧结过程 一起进行。例如以过 350目筛 (44
um)的 预制玻璃粉末 为原料，压块后，在 1050℃
下烧结保温 2h,然后随炉冷却。这样即可得到
仅存少量 闭口气孔 的 微晶玻璃材料 。
291
但是,生物玻璃的制备 也不全按 经典玻璃制备
方法 来获得清澄透明的均匀玻璃，特别是不少系统
由于 CaO,P2O5,SiO2的存在，往往容易 引起分相
而使 玻璃混浊 甚至失透。
因此，在有些情况下,生物玻璃 便和 陶瓷制备
方法相结合。
292
例如，采用 陶瓷 与 富磷玻璃 按一定配比 混合,
然后 成型烧结 ；或者把玻璃先 水淬 或 粉料,磨细
后，作为 生物活性釉层 涂施于基体上；或者也可
以用 粉体原料 配成浆料，涂施于陶瓷基体上,直
接烧熔 而成为具有 生物活性 的釉层。
293
综上所述，目前,生物玻璃 在世界各国已引起
了许多科学家和研究者的兴趣，他们正在 采取不同
的材料制备工艺和技术 来开展各种 应用试验研究,
其研究目的是为了 从中筛选出一些最有实用价值的
材料 。这些材料将是 安全无毒可靠 的，它们既能 生
物相容,又具有 较高的生物活性 。
294
四、生物玻璃的研究进展
随着人们对 生物玻璃研究 的不断深人，
一些具有高新科技水平的 生物玻璃 被开发
出来，有些产品已经投入市场。
295
1．用于治疗癌症的生物玻璃
过去治疗癌症的方法 是以 切除患处 的外科手术
疗法为主，但器官一旦切除，往往不能再生。
化学疗法, 免疫学疗法, 放射线疗法, 热疗法
等虽保住了机体，但仍会 损害正常细胞,
296
因此，人们一直希望能开发出 既可杀死癌细
胞,同时 又能保护正常细胞 的疗法；
目前，人们开发出了几种 可埋入肿瘤附近,
对癌细胞进行直接放射 或 热处理,来杀死癌细胞
而又不损伤 正常组织 的玻璃材料。
297
(1)放射疗法用玻璃
放射线中 ? 射线 射程短，在生物组织中 1cm
以上的距离都不受其影响，也不用担心 它使其
他元素产生放射性 。把可放射 ?射线的化学元素
掺人 化学耐久性好的材料 中，制成 ?射线源材料 。
298
把 ?射线源材料 植入 肿瘤 附近，就可以达到
直接照射癌细胞 又可 不损伤周围正常组织 的目
的。
例如 用这种材料 制成直径为 20 ~ 30 um的 小
球,从血管注入，并留在 肿瘤的毛细管 内，该
小球既可 射出 ?射线 又能 阻断癌细胞的营养供给 。
299
由于 放射能 的 半衰期短,放射能急速衰减，
因此可不断注入。
由于该材料配制时是用 非放射性元素,在治
疗前要 用中子照射 并加以 放射化处理 。
适于这种目的材料有 2种玻璃,含钇 玻璃和
含磷 玻璃。
300
(2)热疗用玻璃
肿瘤部的 神经与血管 都不发达，血流量小，
冷却慢，故 容易加热 。同样道理，由于肿瘤部氧
的供应缺乏，癌细胞耐热性差，加热至 43℃ 以上
它就死亡。因此,把肿瘤加热至 43℃ 左右 的 热疗
法 是一种没有副作用的治癌方法。
301
在肿瘤附近 植入 强磁体,施加 交变磁场, 体
内深部的肿瘤 既被加热同时又无损于正常组织,
在强磁体上 覆以 生物活性优良的外层,则其还可
长期埋人体内进行多次热治疗。
这种 强磁体材料 有如下两系生物玻璃，即
Li2O--Fe2O3--P2O5系和 Fe2O3-CaO-SiO2系。
302
2．生物玻璃人工骨
生物玻璃 是一种透明的 有生物活性的 材料，
包括硅、钠、钙和磷，是被证明具有连接骨组织
能力的材料。这种 生物活性材料 被定义为 一种能
够引起组织间特殊生物反应从而导致移植材料与
组织之间骨形成的材料 。
303
生物活性材料 通过 体液循环,在 生
物玻璃, 软组织 和 骨 之间存在着密切的
离子交换，从而导致了 生物化学的结合 。
304
相对于其他的 人造移植材料,这种 离子
交换 创造了一种环境，最终导致如正常骨组
织的矿物质形态一样的 羟基碳酸盐磷灰石
(HCA)层 的形成，从而能够允许更迅速的 骨修
复 与 再生 。
305
(1) HCA层
这种 生物玻璃最初形成的 HCA层与人类 骨组织
的矿物质 形态相似，因而被认为是一种自然产生的
物质而非人工合成的。
伴随着 HCA层的形成,胶原的沉积 和 细胞的分
化 等 组织学行为 亦同时发生，从而导致 化学性的结
合 和进一步的 缺损的愈合 。
306
(2) 骨再生
通过 羊的动物实验 证实，在富于血液供
应的 软骨下骨 植入 生物玻璃 与 自体骨 各占 50
％的 混合材料 与 植入自体骨 得到类似的结果。
307
在兔模型中，与 羟基磷灰石 相比较,生物玻
璃微粒 确实能 刺激 更迅速的 骨生长,这种修复的
组织确实是 骨组织,而井非是一些 异质的骨 加固
材料的合成，比如常见的 羟基磷灰石颗粒 。
308
(3)骨生长
生物玻璃微粒 形式 的优势在于 其成分能被新
骨组织所利用 并和它 合为一体参与骨生长 。
机体 对于生物玻璃的迅速反应 及 正常骨结构
的形成 都证明，在临床上,生物玻璃微粒 有利于
钙质的沉积 。
309
第八节 玻璃材料的发展
随着现代科技水平的迅速提高，人们对玻璃提
出了各种特殊的要求，各种 功能独特的玻璃 纷纷问
世，比如具有更好的 光学, 热学, 化学, 力学 及 磁
学 等方面性能，以满足 特别用途 的需要的玻璃。
310
传统的玻璃 通过不断 改进 和 创新,发展
成为名目繁多的 新型玻璃材料 。
如今,玻璃 不仅作为重要的 无机结构材
料,而且也是 新型的功能材料之一 。
311
一、新的玻璃系统
从 纯硅酸盐 系统发展至以 硅酸盐, 硼酸盐
及 磷酸盐为主 的玻璃系统，并进一步出现了 锗
酸盐, 碲酸盐, 钼酸盐, 锑酸盐, 砷酸盐, 铋
酸盐, 铝酸盐 及 钡酸盐 等新的氧化物玻璃系统。
从 纯氧化物 玻璃发展至 卤化物, 硫属化物
和 合金化合物 等 非氧化物玻璃 。
312
从上述不同类型玻璃混合而成的 混合玻璃,
例如,氧化物 与 卤化物 混合的 氧氟化物 ；
氧化物 与 硫系化物 混合的 As2S3--As2Se3--
RnOm(其中 RnOm＝ Sb2O3,PbO,CuO、
HgO等 )三元玻璃 ；
硫系化物 与 卤化物 混合的 合氟碲酸盐玻璃,
以及 阴离子混合 的 氮氧化物破璃 。
313
二、新的玻璃功能
玻璃已从单纯的 透光材料 和 包装材料 发展成具
有 光, 电, 磁 和 声 等特性的各种特殊材料。
玻璃本身 也从早期的 单纯材料 发展为 元件 (如透
镜、激光器件、超声延迟线等 )。
随着 智能玻璃 (Smart Glass)的发展,近年来玻璃
已跨进了 器件的时代,从而使玻璃更向 器件 发展。
314
此外，由于 生物玻璃的研究成功,玻璃已
从一种 无生命的材料 发展成为 有机体的修补或
替换材料,即 在特定条件下 可对身体器官如骨
骼、牙齿等有机体进行 修补 或 替换 。
315
除了前面介绍的几种 新型玻璃 外，还有
光敏玻璃, 磁光玻璃, 声光玻璃, 透红外玻
璃, 耐辐射玻璃, 高介电玻璃, 强磁性玻璃,
法拉第旋转玻璃, 闪烁玻璃 以及 超离子导体
玻璃 等。
316
总之，随着 时间的变化 和 科学技术的进步,
玻璃材料的 含义及内容 也必将不断丰富和发展，
其重要的特征之一是 材料与器件 成为统一体。
317
三、新的玻璃工艺
制备玻璃的传统方法 --坩埚和池窑 的 高温熔
融法 本身发展了 电加热, 高频感应加热, 高压真
空熔炼 以及 太阳炉熔化 和 等离子火焰熔化, 激光
熔化 等多种手段。
318
此外,制备玻璃的方法 已有 气相合成,
真空蒸发和溅射, 气相沉积, 低温合成, 高
能射线辐照 以及当前发展相对较快的 溶液凝
胶法 工艺。
319
成型技术 从传统的 板材, 管材, 成瓶, 成纤
等发展到 玻璃薄膜, 微粉末 和 纤维,即 从三维发
展成二维和一维 。另外，还有 空心和实心 及各种
粒径范围的 玻璃微珠 。
320
近年来，发展迅速的 玻璃表面处理手段 之一 —
—玻璃深加工工艺 更是令人瞩目。它不仅简化了生
产工艺，降低了成本，而且开发了许多改性玻璃品
种，如高稳定性、高强度、绝缘、导电、半透光、
反射、吸热及绚丽多彩的艺术装饰玻璃。
321
物理处理方法 以 物理钢化工艺 为代表，还
有 磨抛工艺, 喷砂, 车制 等 冷加工 以及 激光加
工工艺 等。
化学处理方法 则包括 化学钢化 (离子交换增
强 ),化学蚀剂, 化学抛光, 表面扩散着色 以及
化学涂层 等上艺。
322
四、其他新型玻璃的应用
1．具有 磁记录特性 及 光磁特性 的功能玻璃
2,载体用 功能玻璃
3,环境监测 玻璃
323
1．具有磁记录特性及光磁特性的功能玻璃
磁盘用玻璃 开发较晚，主要由于其存在 易
损, 强度不够 等缺点，作为解决的办法可 使用
离子交换法 化学强化 或 结晶化 改善强度。
324
近来,磁盘的小型化 使 玻璃的安全性 得到
了显著的提高，而且 磁膜的形成 已经计算机自
动化。
磁盘玻璃 的使用已成为可能，但存在的问
题在于其 脱离高度 。
325
为了 高密度的记录,要求有 0.1um以下的 脱
离高度,为此 玻璃基板 一方面必须要 确保严格的
乎整性 ；另一方面还必须要 有网纹和若干凹凸率 。
326
用 特殊的溅射 制成 岛状的网纹 可获得 0.05
um的 脱离高度, 在结晶化条件下 玻璃表面进行
轻度化学腐蚀 也可得到 0.1um以下的网纹，这
些技术对制备 高密度记录用基板 是非常有效的。
327
光盘 和 塑料盘 的竞争很激烈，如果能利用
溶胶 --凝胶法 在玻璃基盘上 制得精密的 图形通
道沟,玻璃盘将是很有希望的。
328
胶溶 -凝胶法可 在溶胶状时 制成 预定形状的
沟,其厚度非常薄，水平方向的收缩几乎可以忽
略。因此,在玻璃基盘上 精密的通道沟就可以制
成，这对于 玻璃盘 来讲是非常有前景的途径。
329
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。
330
将 Na2O—B2O3—SiO2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 (HＦ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。
331
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 。
332
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 。
333
3,环境监测玻璃
K2O--CaO-SiO2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。
334
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。
335
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 。
