材料概論玻璃精品課件

1、材料概論玻璃第1頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四玻璃玻璃的結(jié)構(gòu)特征玻璃的主要原料和作用玻璃的生產(chǎn)工藝過程玻璃在我國國民經(jīng)濟中的作用和比重平板玻璃的生產(chǎn)方式和發(fā)展方向光導(dǎo)玻璃纖維的工作原理和制作方法第2頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四玻璃一種較為透明的固體物質(zhì)，在熔融時形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化而不結(jié)晶的硅酸鹽類非金屬材料。普通玻璃化學(xué)氧化物的組成(Na2OCaO6SiO2),主要成份是二氧化硅。廣泛應(yīng)用于建筑物，用來隔風(fēng)透光，屬于混合物 。玻璃簡單分類主要分為平板玻璃和深加工玻璃。 第3頁，共20頁，2022年，5月20日，4

2、點18分，星期四玻璃的主要原料和作用 SIO2是重要的玻璃形成氧化物，它能提 高 玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)性能、電學(xué)性能、熱學(xué)性能等。但其含量過高則會提高熔化溫度而且可能導(dǎo)致析晶。 引入SIO2原料的主要有硅砂和砂巖。 (1）硅砂 也叫石英砂，它主要由石英顆粒組成。質(zhì)地純凈的硅砂為白色，一般硅砂因含有鐵的氧化物和有機質(zhì)而呈淡黃色或紅褐色。第4頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四 （2）砂巖 砂巖由石英顆粒（沙子）形成，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通常呈淡褐色或紅色，主要含硅、鈣、黏土和氧化鐵。砂巖是一種沉積巖，主要由砂粒膠結(jié)而成的，其中砂里粒含量要大于50%。絕大部分砂巖是由石英或長石組成的。

3、 AL2O3能夠降低玻璃析晶傾向，提高化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度，改善熱穩(wěn)定性，但當(dāng)其含量過多時（大于5%），就會增高玻璃液的黏度，是熔化和澄清發(fā)生困難，反而增加析晶傾向，并容易使玻璃原板上出現(xiàn)波筋等缺陷。 引入AL2O3的原料主要在長石和高嶺土上。玻璃的主要原料和作用第5頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四 CaO 加入適量的氧化鈣，能降低玻璃演的高溫黏度，促進(jìn)玻璃眼的熔化和澄清。溫度降低時，能增加玻璃液黏度，有利于提高引上速度。缺點是含量增高時，會增加玻璃的析晶傾向，減少玻璃的穩(wěn)定性，提高退火溫度。引入氧化鈣的時石灰石、方解石。 MgO氧化鎂其作用與氧化鈣類似，但沒有氧化鈣增

4、加玻璃析晶傾向的缺點，因此可用適量氧化鎂代替氧化鈣，但過量則會出現(xiàn)透輝石結(jié)晶，提高退火溫度，降低玻璃對水的穩(wěn)定性。引入氧化鎂的是白云石。玻璃的主要原料和作用第6頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四 Na2O、K2O 氧化鈉、氧化鉀為良好的助溶劑，降低玻璃液的黏度，促進(jìn)玻璃液的熔化和澄清，還能大大降低玻璃析晶傾向，缺點則是降低玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度。引入氧化鈉的原料是純堿和芒硝。 BaO 氧化鋇是二價網(wǎng)絡(luò)外體氧化物。它能增加玻璃的折射率、密度、光潔度和化學(xué)穩(wěn)定性；少量的BaO（0.5%）能加速玻璃的熔化，但是含量過高時，由2BaO+O2=2BaO2的反應(yīng)，使澄清困難。含B

5、aO玻璃吸收輻射線的能力較大，但會耐火材料侵蝕較嚴(yán)重 。玻璃的主要原料和作用第7頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四 B2O3 氧化硼是玻璃生成氧化物，它以BO3和BO4為結(jié)構(gòu)組元，在硼硅酸鹽玻璃中與硅氧四面體共同組成結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò).能降低玻璃的膨脹系數(shù)，提高玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、增加玻璃的折射率、改善玻璃的光澤、提高博得機械強度。B2O3在高溫是能降低玻璃的粘度，在低溫時提高玻璃的粘度，所以含B2O3較高的玻璃，成型的溫度范圍較窄，因之可以提高機械速度。B2O3還起助熔劑的用，加速玻璃的澄清和降低玻璃的結(jié)晶能力。B2O3常隨水蒸氣揮發(fā)，硼硅酸鹽玻璃液表面上因B2O3揮發(fā)減

6、少，會產(chǎn)生富含B2O3析晶料皮，當(dāng)B2O3引入量過高時，由于BO3增多，玻璃的膨脹系數(shù)反而增加，發(fā)生反?，F(xiàn)象即硼反?，F(xiàn)象 引入氧化硼的原料是硼酸和硼砂。玻璃的主要原料和作用第8頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四玻璃的結(jié)構(gòu)特征 一、玻璃態(tài)的通性1.各向同性：均質(zhì)玻璃在各個方向的性質(zhì)如折射率、硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)等性能相同。 2. 介穩(wěn)性：當(dāng)熔體冷卻成玻璃體時，它能在較低溫度下保留高溫時的結(jié)構(gòu)而不變化。 3.可逆漸變性：熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化是可逆和漸變的。 4.連續(xù)性：熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變時物理化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化是連續(xù)的 第9頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分

7、，星期四玻璃的結(jié)構(gòu)特征 二、幾種典型的玻璃結(jié)構(gòu)1、石英玻璃2、鈉鈣硅玻璃3、硼酸鹽玻璃4、其他氧化物玻璃第10頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四玻璃的生產(chǎn)工藝過程 原料預(yù)加工。將塊狀原料（石英砂、純堿、石灰石、長石等）粉碎，使潮濕原料干燥，將含鐵原料進(jìn)行除鐵處理，以保證玻璃質(zhì)量。 配合料制備。 熔制。玻璃配合料在池窯或坩堝窯內(nèi)進(jìn)行高（15501600度）加熱，使之形成均勻、無氣泡，并符合成 型要求的液態(tài)玻璃。 成型。將液態(tài)玻璃加工成所要求形狀的制品，如平板、各種器皿等。 熱處理。通過退火、淬火等工藝，消除或產(chǎn)生玻璃內(nèi)部的應(yīng)力、分相或晶化，以及改變玻璃的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。 第11頁

8、，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四平板玻璃的生產(chǎn)方式和發(fā)展方向平板玻璃也稱白片玻璃或凈片玻璃。 其化學(xué)成分一般屬于鈉鈣硅酸鹽玻璃，組成范圍是：SiO27073%（重量，下同）；Al2O303%；CaO612%；MgO04%；Na2O+K2O1216%。它具有透光、透明、保溫、隔聲，耐磨、耐氣候變化等性能。平板玻璃主要物理性能指標(biāo)：折射率約1.52；透光度85%以上（厚2毫米的玻璃，有色和帶涂層者除外）；軟化溫度650700C;熱導(dǎo)率0.810.93瓦/（米開）；膨脹系數(shù)91010-6/開；比重約2.5；抗彎強度1660兆帕。 第12頁，共20頁，2022年，5月20日，4點

9、18分，星期四平板玻璃的生產(chǎn)方式和發(fā)展方向傳統(tǒng)成型方法 1、手工成型 主要有吹泡法、冕法、吹筒法等。這些方法由于生產(chǎn)效率低，玻璃表面質(zhì)量差，已逐步被淘汰，只有在生產(chǎn)藝術(shù)玻璃時采用。 2、機械成型 主要有壓延、有槽垂直引上、對輥（也稱旭法）、無槽垂直引上、平拉和浮法等壓延法是將熔窯中的玻璃液經(jīng)壓延輥輥壓成型、退火而制成，主要用于制造夾絲（網(wǎng)）玻璃和壓花玻璃。有槽垂直引上法、對輥法、無槽垂直引上法等工藝基本相似，是使玻璃液分別通過槽子磚或輥子、或采用引磚固定板根，靠引上機的石棉輥子將玻璃帶向上拉引，經(jīng)退火、冷卻、連續(xù)地生產(chǎn)平板玻璃。平拉法是將玻璃垂直引上后，借助轉(zhuǎn)向輥使玻璃帶轉(zhuǎn)為水平方向。這些方法

10、在70年代以前是通用的平板玻璃生產(chǎn)工藝 。第13頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四平板玻璃的生產(chǎn)方式和發(fā)展方向新式成型方法 浮法是將玻璃液漂浮在金屬液面上制得平板玻璃的一種新方法，是英國皮爾金頓公司于1959年研究成功的新工藝。它是將玻璃液從池窯連續(xù)地流入并漂浮在有還原性氣體保護(hù)的金屬錫液面上，依靠玻璃的表面張力、重力及機械拉引力的綜合作用，拉制成不同厚度的玻璃帶，經(jīng)退火、冷卻而制成平板玻璃(也稱浮法玻璃)。由于這種玻璃在成型時，上表面在自由空間形成火拋表面，下表面與焙融的錫液接觸,因而表面平滑，厚度均勻,不產(chǎn)生光畸變，其質(zhì)量不亞于磨光玻璃。這種生產(chǎn)方法具有成型操作簡易、

11、質(zhì)量優(yōu)良、產(chǎn)量高、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，80年代已被廣泛采用。如果在錫槽內(nèi)高溫玻璃帶表面上，設(shè)置銅鉛等合金作陽極，以錫液作陰極，通以直流電后，可使銅等金屬離子遷移到玻璃上表面而著色，稱作“電浮法”。也可以在錫槽出口與退火窯中間，設(shè)熱噴涂裝置而直接生產(chǎn)表面著色的顏色玻璃、熱反射玻璃等 第14頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四平板玻璃的生產(chǎn)方式和發(fā)展方向未來平板玻璃的主要用途 1、設(shè)施農(nóng)業(yè) 2、光伏發(fā)電（光伏用玻璃板） 3、光熱發(fā)電第15頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四光導(dǎo)玻璃纖維的工作原理和制作方法光導(dǎo)纖維又稱光學(xué)纖維。是能傳導(dǎo)光信號的纖維材料，一般

12、是直徑僅幾微米的帶包層的圓柱形石英玻璃纖維。 光導(dǎo)纖維傳光原理是不同折光率介質(zhì)界面的全反射現(xiàn)象，即光從折射率大的光密介質(zhì)以一定角度射向折射率的小光疏介質(zhì)時，光在界面會發(fā)生全反射而全部折回光密介質(zhì)。這一定的角度稱全反射臨界角。光導(dǎo)纖維的纖芯是光密介質(zhì)，而包層是光疏介質(zhì)，傳輸?shù)墓庑盘栔灰诮缑娴娜肷浣谴笥谂R界角，光就在纖芯中曲折反射前進(jìn)而不會泄漏。這種帶包層的光纖稱芯皮型光纖。纖芯和包層的折光率在界面突然變化的芯皮型光纖稱為階躍光纖；而折射率從纖芯的高折射率逐漸過渡變化到高層的低折射率，光在纖芯中波浪式前進(jìn)的芯皮層光纖稱為梯度型光纖。這是20世紀(jì)末應(yīng)用較多的兩種芯皮型光導(dǎo)纖維。 還有一類傳光原理不

13、同的自聚集光導(dǎo)纖維。這類光纖的材料和結(jié)構(gòu)，使傳輸?shù)墓鈺詣酉蚬饫w中心軸線靠攏，猶如光通過凸透鏡聚焦一樣，也可保證光在傳輸中不會泄漏。 光導(dǎo)纖維是由兩種或兩種以上折射率不同的透明材料通過特殊復(fù)合技術(shù)制成的復(fù)合纖維。第16頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四光導(dǎo)玻璃纖維的工作原理和制作方法預(yù)制棒和尾管的入庫拋光流程：將預(yù)制棒和尾管分別固定在機盡量使其切面對齊，經(jīng)過高溫持續(xù)加熱1小時，熔化焊接，磨平焊接口，冷卻取下。 拉絲過程測試參數(shù)、篩選參數(shù)第17頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四玻璃在我國國民經(jīng)濟中的作用和比重 玻璃工業(yè)屬基礎(chǔ)的原材料產(chǎn)業(yè)，與國民經(jīng)濟發(fā)展

14、有著極為密切的聯(lián)系。玻璃及其加工制品廣泛應(yīng)用于建筑、交通運輸、裝飾裝修、電子信息、太陽能利用及其他新興工業(yè)。它不僅用作生產(chǎn)資料，也是不可缺少的生活資料。 回首歷史，我們可以將中國玻璃工業(yè)的發(fā)展追溯到100年前，1903年之前，我國所用的平板玻璃都是從國外進(jìn)口。自1904年開始籌建2家屬于民族工業(yè)性質(zhì)的平板玻璃工廠以來，中國的玻璃工業(yè)已走過了100余年的發(fā)展歷程。解放前夕，偌大的中國只有3家總產(chǎn)量不過幾十萬重量箱的玻璃廠。改革開放初期，1978年我國平板玻璃總產(chǎn)量也僅有1784萬重量箱。中國玻璃工業(yè)的跨越式發(fā)展，是在改革開放后30年里實現(xiàn)的。這30年的歷史進(jìn)程，推動和見證了中國玻璃工業(yè)所發(fā)生的翻

15、天覆地的巨大變化。 今天，中國的玻璃工業(yè)已經(jīng)從過去幾乎是一張白紙發(fā)展成為世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的平板玻璃生產(chǎn)國，總產(chǎn)量達(dá)5.3億重量箱，占世界總產(chǎn)量的48，浮法技術(shù)主導(dǎo)了平板玻璃的發(fā)展，2007年浮法玻璃產(chǎn)量已占平板玻璃總產(chǎn)量的83以上；加工玻璃發(fā)展迅速，基本滿足了建筑業(yè)、汽車業(yè)和其他新興產(chǎn)業(yè)的需要，平板玻璃及加工玻璃產(chǎn)業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟發(fā)展和提高人民生活水平所不可或缺的重要材料工業(yè)。第18頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四玻璃在我國國民經(jīng)濟中的作用和比重?zé)o機非金屬新材料的發(fā)展對我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造與升級，對新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，對國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展都起著舉足輕重的作用，是對

16、世紀(jì)我國國防工業(yè)和國民經(jīng)濟不可缺少的重要關(guān)鍵材料。 玻璃纖維與特種玻璃纖維。其主要產(chǎn)品有無堿、中堿、高堿玻璃纖維；高強、高彈玻璃纖維；耐高溫、抗燒蝕高硅氧纖維；耐輻照纖維；低價電玻璃纖維；各種光學(xué)纖維等及其制品。它們具有耐高溫、電絕緣、隔熱以及光學(xué)特性等，廣泛用于電力、電子、石化、航空航天、核工業(yè)等領(lǐng)域。E玻璃纖維產(chǎn)量現(xiàn)躍居世界第四位，大部分產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，已出口美國、日本、歐洲等。特種玻璃纖維及制品的工藝技術(shù)水平不斷提高，如自行研制開發(fā)的20孔雙坩堝生產(chǎn)傳光束工藝技術(shù)、細(xì)編穿刺織物工藝技術(shù)等居國際領(lǐng)先地位。高強玻璃纖維是我國高性能復(fù)合材料的三大增強基材，也是目前唯一實現(xiàn)國產(chǎn)化的增強

17、基村，產(chǎn)品性能已達(dá)到前蘇聯(lián)、法國、美國同類產(chǎn)品水平。 第19頁，共20頁，2022年，5月20日，4點18分，星期四玻璃在我國國民經(jīng)濟中的作用和比重 玻璃鋼與高性能復(fù)合材料。其總產(chǎn)量居世界第五位，現(xiàn)正大力發(fā)展機械化成型工藝，生產(chǎn)企業(yè)正朝向?qū)I(yè)化、規(guī)?；较虬l(fā)展，產(chǎn)品已在國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)和宇航、艦船等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我國發(fā)射的各種衛(wèi)星、導(dǎo)彈?；鸺退斜鞯染捎昧俗孕醒兄粕a(chǎn)的玻璃鋼及高性能復(fù)合材料。 特種玻璃?，F(xiàn)已生產(chǎn)的產(chǎn)品有航空玻璃、安全玻璃、溶封玻璃、計量玻璃以及紅外、防紫外、電磁屏蔽玻璃等，計200多個品種， 除滿足我國航空、電子、汽車、現(xiàn)代建筑、公安部門發(fā)展的需要外，有些產(chǎn)品已經(jīng)出口。我國自行設(shè)計制造的各種飛機、火車、汽車、船艦用風(fēng)擋玻璃、電加溫玻璃、防彈抗鳥撞安全玻璃、屏蔽玻璃等，都是采用國內(nèi)生產(chǎn)的特種玻璃