玻璃的電導(dǎo)率介紹

玻璃材料在不同的狀態(tài)下，電導(dǎo)率表現(xiàn)差異，常溫下和高溫下的性質(zhì)截然不同，下面就這特性做如下分析：

  固體硅酸鹽玻璃一般具有優(yōu)異的電絕緣性,屬于典型的電介質(zhì)。但是,再好的電介質(zhì),也能通過(guò)一定的電流(電介質(zhì)的電導(dǎo)率小于10-100-1.cm-1).按機(jī)理不同,物質(zhì)中的電流傳導(dǎo)分為離子導(dǎo)電和電子導(dǎo)電兩種。 

絕大多數(shù)硅 酸鹽玻璃電介質(zhì),屬于離子導(dǎo)電。在離子導(dǎo)電的情況下,電流由 Me+傳導(dǎo),Me2+陽(yáng)離子也參與傳導(dǎo),但所占比例小得多,而陰離子除F-外,極少參與傳導(dǎo)。

沒(méi)有事實(shí)說(shuō)明固體硅酸鹽玻璃中的Me3+陽(yáng)離子和02-陰離子參與了電流傳導(dǎo).含一種陽(yáng)離子的玻璃,比電導(dǎo)率用下株式表示:x=aFckzkuk(0-1.cm-1)(4-30)式中a-一極化團(tuán)的離解度;F-一法拉第常數(shù);C-一玻璃中陽(yáng)離子含量,mol/cm3;z一陽(yáng)離子電荷;u一陽(yáng)離子運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度,cm/(s.V).只有在半導(dǎo)體玻璃中,包括硫?qū)倩锊ＡА?無(wú)堿玻璃和某些含過(guò)渡元素氧化物的堿金屬氧化物玻璃,電子導(dǎo)電才起重要作用。值得指出,玻璃在固態(tài)和熔融態(tài)電導(dǎo)率變化的規(guī)律是不同的,應(yīng)理解成它們與成分有不同的關(guān)系。

按照J(rèn).T.李特爾頓(Littleton)和K.C.葉甫斯特洛皮也夫的資料,熔融玻璃的離子電導(dǎo)率與熔體黏度7有關(guān),服從下式:X"7=常數(shù)(4-31)式中,n為該玻璃與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)。關(guān)系式(4-31) 意味著,溫度升高時(shí),黏度降低比電導(dǎo)率升高的程度要快,其差值保持恒定。

 玻璃表面電阻率和體積電阻率：

  此式在玻璃高黏度區(qū)(107~1013Pa·s)或低黏度區(qū)(《103Pa·s)是正確的,但兩者有不同的常數(shù)n。 而在中間區(qū),指數(shù)n是變化的.電介質(zhì)的溫度穩(wěn)定性以比電阻等于100M0.cm,即1080·cm 的溫度TK-100表征。

在分析固態(tài)玻璃的電性質(zhì)時(shí),除體積電導(dǎo)率外,還必須考慮表面電導(dǎo)率。D在玻璃表面存在水化膜、低于100~120"C的溫度范圍內(nèi);

2.在玻璃表層可與周圍氣體介質(zhì)進(jìn)行氧化-還原反應(yīng)的條件下; 

3.在玻璃制品表面有人為的半導(dǎo)體膜、絕緣膜及透光膜的情況下,表面電導(dǎo)率較大,甚至有舉足輕重的作用。表面比電導(dǎo)率x和表面比電阻率o.是指邊長(zhǎng)1cm的正方表面上的電導(dǎo)率(電阻率)。

當(dāng)溫度低于100'C時(shí),潮濕空氣中,玻璃的表面電導(dǎo)率比體積電導(dǎo)率大得多.表面電導(dǎo)率主要取決于玻璃的組成、空氣的濕度和溫度。 溫度和濕度增加,表面電阻率增加。

 玻璃的表面狀態(tài)對(duì)表面電導(dǎo)率影響很大。玻璃表面涂層是改變玻璃表面電導(dǎo)率的方法。 如采用涂覆憎水層(如有機(jī)硅化合物、石蠟等)可降低玻璃表面導(dǎo)電性; 表面涂覆具有半導(dǎo)體性質(zhì)的氧化物或金屬薄膜可增加玻璃表面電導(dǎo)性。

如果不特別說(shuō)明,下面討論的是體積電性質(zhì)。關(guān)于玻璃的導(dǎo)電機(jī)理,可從過(guò)程的活化能值推斷。活化能U。(見(jiàn)式p=A,e)玻璃體積電阻率p及電流傳導(dǎo)機(jī)理之間存在統(tǒng)計(jì)平均關(guān)系,即在P200c和T平衡條件中,氧化物玻璃發(fā)生電子導(dǎo)電的活化能值比陽(yáng)離子導(dǎo)電時(shí)小。

圖4-6示出陽(yáng)離子導(dǎo)電區(qū)和電子導(dǎo)電區(qū)的統(tǒng)計(jì)平均界線。 硫?qū)倩锊ＡШ头锊ＡР淮嬖谶@種界線。玻璃的電導(dǎo)率與其化學(xué)組成、溫度及熱力史有關(guān)。堿金屬氧化物對(duì)玻璃電導(dǎo)率影響特別顯著,存在混合堿效應(yīng)。 

 引人少量Al2O3時(shí),形成[AlO4],電阻率降低,較多引入時(shí),形成[AIOs],電阻率升高.當(dāng)B203為[BO4]時(shí),電阻率升高,當(dāng)B203為[BO3]時(shí),電阻率降低,高場(chǎng)強(qiáng),高配位的離子如Y3+,La3+等填充在網(wǎng)絡(luò)空隙中,阻礙了金屬離子的移動(dòng),使電導(dǎo)率降低.電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加,Tg以下,玻璃的結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,可用下式表示:lgK=A-B/T(4-32)Tg~T.以上,玻璃結(jié)構(gòu)的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生了重排,離子的電導(dǎo)活化能不再保持常數(shù),上式不再適用.T以上,可用下株式表示:B1lgk=A1-元e(4-33)A1,B1,a1是與玻璃組成有關(guān)的常數(shù)。

在電真空工業(yè)中,常用TK-100(即電阻率為100M·cm時(shí)所需溫度)來(lái)衡量玻璃的電絕緣性.TK-100越高,玻璃的電絕緣性越好。熱處理對(duì)玻璃的電導(dǎo)率有很大的影響,離子導(dǎo)電的玻璃經(jīng)淬火后其電導(dǎo)率較退火玻璃高,玻璃微晶化后能大大提高其電絕緣性,提高程度與析出晶相的種類及玻璃相的組成有關(guān)。

 此外,分相也會(huì)影響玻璃的電導(dǎo)率,但不同的分相結(jié)構(gòu),影響也不同。

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