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Rb2O＞Cs2O＞K2O＞Na2O＞Li2O
BaO＞SrO＞CaO＞CdO＞ZnO＞MgO＞BeO
從硅酸鹽玻璃的整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，玻璃的網(wǎng)絡(luò)骨架對(duì)膨脹起著重要作用。Si-O組成三維空間網(wǎng)絡(luò)，剛性不易膨脹。而B-O雖然其鍵能較Si-O大，但由于B-O組成[BO3]層狀或鏈狀網(wǎng)絡(luò)，因此B2O3玻璃的熱膨脹系數(shù)較SiO玻璃大得多。當(dāng)[BO3]轉(zhuǎn)變成[BO4]時(shí)，又能使硼酸鹽玻璃的熱膨脹系數(shù)降低。同理R2O和RO加入到玻璃中，由于其使網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，導(dǎo)致a上升。Al2O3與B2O3作用相近，在足夠的“游離氧”條件下能轉(zhuǎn)變?yōu)樗拿骟w而進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)斷網(wǎng)起到修補(bǔ)作用，使a下降。此外高鍵強(qiáng)、高配位離子如La+、In3+、Zr4+、Th4+處于網(wǎng)絡(luò)空隙中，對(duì)周圍的硅氧四面體起積聚作用，因此使a下降。
玻璃的熱膨脹系數(shù)很大程度決定于玻璃的化學(xué)組成，并受所在溫度區(qū)間的影響，此外，還和玻璃的熱歷史有關(guān)。
玻璃的熱膨脹系數(shù)可以通過(guò)加和法進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)玻璃從熔體狀態(tài)冷卻時(shí)，在轉(zhuǎn)變區(qū)，at曲線上有轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在轉(zhuǎn)變溫度以下，玻璃熱膨脹系數(shù)與溫度基本成線性關(guān)系，并受外界的影響較小，主要決定于玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)外離子的配位狀態(tài)影響。在常溫下玻璃這類性質(zhì)大致上可以看成各氧化物組分性質(zhì)的總和。玻璃的熱膨脹系數(shù)a玻可通過(guò)下式計(jì)算。
a玻=a1w1+ a2w2+…+anwn
式中：w1、 w2、…wn玻璃種各氧化物組成的含量，%；
a1、 a2、…an各該組分的熱膨脹計(jì)算系數(shù)。
從20世紀(jì)初期20世紀(jì)70年代，許多玻璃科學(xué)家多玻璃熱膨脹系數(shù)進(jìn)行廣泛而系統(tǒng)的研究和總結(jié)，形成了一系列玻璃熱膨脹系數(shù)計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)下表。
|
氧化物 |
溫克爾曼-肖特（20~100℃） |
英格里斯-脫涅爾（0~100℃） |
適用瓶罐玻璃（80~170℃） |
適用器皿藝術(shù)玻璃 |
|
SiO2 |
0.267 |
0.05 |
0.28 |
0.1 |
|
B2O3 |
0.033 |
-0.66 |
-0.60 |
0.5 |
|
Li2O |
0.667 |
—— |
6.56 |
—— |
|
Na2O |
3.330 |
4.32 |
3.86 |
4.9 |
|
K2O |
2.830 |
3.90 |
3.20 |
4.2 |
|
Al2O3 |
1.667 |
0.14 |
0.24 |
0.4 |
|
CaO |
1.667 |
1.63 |
1.36 |
_ |
|
MgO |
0.033 |
0.45 |
0.73 |
- |
|
ZnO |
0.600 |
0.70 |
—— |
1.0 |
|
BaO |
1.000 |
1.40 |
1.08 |
1.9 |
|
PbO |
1.300 |
1.06 |
——1 |
1.35 |
|
ZrO2 |
—— |
0.23 |
—— |
—— |
|
P2O5 |
0.667 |
—— |
—— |
1.0 |
|
CuO |
0.733 |
—— |
—— |
0.9 |
|
Mn2O3 |
0.733 |
—— |
—— |
0.9 |
|
Cr2O3 |
1.700 |
—— |
—— |
1.5 |
|
CoO |
1.467 |
—— |
—— |
1.5 |
|
Na3AlF6 |
—— |
—— |
—— |
2.4 |
|
Na2SiF6 |
—— |
—— |
—— |
2.2 |
上表適用于硅酸鹽玻璃。
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