玻璃基礎(chǔ)理論介紹

會(huì)計(jì)學(xué)1玻璃基礎(chǔ)理論介紹主要內(nèi)容1.玻璃是什么及玻璃結(jié)構(gòu).2.玻璃三個(gè)主要特性.3.玻璃種類.4.玻璃粘度.5.玻璃主要成分.6.熱導(dǎo)率.7.電導(dǎo)率.8.熱膨脹和應(yīng)力.9.玻璃機(jī)械強(qiáng)度.10.玻璃表面張力.11.有關(guān)玻璃其它方面的一些理論知識(shí).第1頁(yè)/共43頁(yè)1.玻璃是什么及玻璃結(jié)構(gòu)1.玻璃是什么?玻璃在幾千年前就在自然界中被發(fā)現(xiàn)物質(zhì),有著廣泛的應(yīng)用.在一些情況下,如果液體的冷卻速度非?？?液體或變的很粘,不同的粒子流動(dòng)性很低,這樣就失去規(guī)則結(jié)構(gòu),象這樣的材料稱之為玻璃.玻璃是不規(guī)則的結(jié)構(gòu)、非晶體并且是不均勻的.玻璃在加熱后化學(xué)鍵在不同的時(shí)間內(nèi)斷開(kāi).不同的材料有不同的結(jié)構(gòu),如食鹽或金屬其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是立方體,是規(guī)則的結(jié)構(gòu)、結(jié)晶體并且是均勻的.金屬在加熱后化學(xué)鍵在相同的時(shí)間內(nèi)斷開(kāi).玻璃結(jié)構(gòu):第2頁(yè)/共43頁(yè)1.玻璃是什么及玻璃結(jié)構(gòu)1.什么是理想的晶體結(jié)構(gòu)?(也稱規(guī)則結(jié)構(gòu)).當(dāng)結(jié)晶速度大于冷卻速度時(shí)就可以形成理想的晶體結(jié)構(gòu),也稱規(guī)則結(jié)構(gòu),反之就形成不理想的非晶體結(jié)構(gòu),也稱不規(guī)則結(jié)構(gòu).規(guī)則結(jié)構(gòu):不規(guī)則結(jié)構(gòu):第3頁(yè)/共43頁(yè)1.玻璃結(jié)構(gòu)溫度熔化點(diǎn)固體液體玻璃金屬第4頁(yè)/共43頁(yè)

2.玻璃三個(gè)主要特性1.玻璃有哪三個(gè)主要特性?玻璃沒(méi)有固定的熔點(diǎn),只有一個(gè)熔解范圍.玻璃在低溫下是熱的不良導(dǎo)體.玻璃在高溫下是熱的良導(dǎo)體.玻璃有很高的表面張力.

第5頁(yè)/共43頁(yè)3.玻璃種類1.玻璃的種類有哪些?玻璃的種類有三大類:軟料玻璃、硬料玻璃和石英玻璃或二氧化硅玻璃.軟料玻璃包括:石灰料玻璃和鉛玻璃.軟料玻璃膨脹系數(shù):à=90-100X10-7/度

硬料玻璃包括:硼硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻璃.硬料玻璃膨脹系數(shù):à=35-40X10-7/度

石英玻璃或二氧化硅玻璃膨脹系數(shù):à=6.5X10-7/度第6頁(yè)/共43頁(yè)

3-1.石灰料玻璃1.石灰料玻璃的主要成分是那些?71%的二氧化硅,玻璃生成體.17%的氧化鈉,軟化劑.5%的氧化鈣,增加化學(xué)耐用性.2.主要運(yùn)用:室內(nèi)光源的玻殼.(例如:GLS及TL)3.主要規(guī)格:(1)290蘇打石灰料玻璃.(2)291鉛玻璃.(3)203玻璃.(4)241玻璃.(5)320玻璃防風(fēng)化玻璃.(由于天氣因素造成腐蝕,如高的濕度弱化玻璃,使玻璃表面模糊).第7頁(yè)/共43頁(yè)

3-2.鉛玻璃1.鉛玻璃的主要成分是那些?62%的二氧化硅,玻璃生成體.21%的氧化鉛,增加防電解能力.7%的氧化鈉和,7%的氧化鉀.

2.主要運(yùn)用:室內(nèi)光源的燈芯和汽車燈.3.主要規(guī)格:(1)01玻璃(30%氧化鉛)(2)78玻璃(36%氧化鉛)(3)291玻璃(21%氧化鉛)燈泡應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)玻璃.

備注:由于環(huán)境因素,現(xiàn)在許多工廠換用360玻璃,是一種無(wú)鉛玻璃里面鉛的功能用鋇來(lái)代替,有時(shí)指的是鋇玻璃.第8頁(yè)/共43頁(yè)3-3.硼硅酸鹽玻璃1.硼硅酸鹽玻璃的主要成分是那些?72%的二氧化硅,玻璃生成體.17%的三氧化二鋇,玻璃硬化劑.5%的氧化鈉.

2.主要運(yùn)用:室外光源HID燈中使用,較低的膨脹系數(shù)可防熱爆.3.主要規(guī)格:(1)8486玻璃,生產(chǎn)玻殼.(2)8487玻璃,生產(chǎn)玻管.

第9頁(yè)/共43頁(yè)3-4.鋁硅酸鹽玻璃1.鋁硅酸鹽玻璃的主要成分是那些?60%的二氧化硅,玻璃生成體.5%的三氧化二鋇.17%的三氧化二鋁,玻璃硬化劑.2.主要運(yùn)用:室外光源特種HID燈中使用,金鹵燈和汽車燈,因?yàn)槠浞罒岜员扰鸸杷猁}玻璃更高.3.主要規(guī)格:(1)180玻璃.(2)1724玻璃.(3)1725玻璃.

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3-5.石英玻璃或二氧化硅玻璃1.石英玻璃或二氧化硅玻璃的主要成分是那些?石英玻璃或二氧化硅玻璃是100%的二氧化硅.

2.主要運(yùn)用:HID電弧管,鹵鎢燈和汽車燈.它有特殊的防熱爆性和非常高的軟化點(diǎn).3.主要規(guī)格:(1)300玻璃.(2)214玻璃.

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3-6.摻雜石英玻璃1..摻雜石英玻璃在石英玻璃中加入少量其它材料可改變純石英的特性。a.飛利浦521成分:同300類似.但摻雜了Al,Ce,Ti和K以降低粘度,可以增加生產(chǎn)速度。主要應(yīng)用:汽車燈(H4)最高溫度850oCb.飛利浦361成分:類似于300，但摻雜了鈰,鈦和鋁以改變UV輸出。主要應(yīng)用:鹵鎢燈

和H.I.D.燈最高溫度850oC

第12頁(yè)/共43頁(yè)3-7.維克玻璃C.維克玻璃成分:一種經(jīng)過(guò)化學(xué)處理，去除添加物再熔合的硼硅酸鹽玻璃。這種玻璃較便宜，而且比用天然晶體生產(chǎn)的石英光學(xué)性能更好。

96%SiO2

4%B2O3主要應(yīng)用:過(guò)去在Philips內(nèi)制造汽車燈。最高溫度850oC第13頁(yè)/共43頁(yè)

4.玻璃粘度1.什么是粘度？粘度是流動(dòng)的阻力,可用dPa.s表示(十分之一帕.秒,或泊來(lái)表示).例如:在糖水中和在水中攪動(dòng)湯勺,比較受到的阻力,粘度同流動(dòng)性\成反比關(guān)系,溫度越高,粘度越低.下面是一些粘度的例子:-water水 (20oC):visc.0.01poise-syrup糖漿 (20oC):visc.300poise-wax蠟 (20oC): visc.1010poise-softglass軟料玻璃 (20oC): visc.1020poise (600oC):visc.1010poise

(1200oC):visc.103poise第14頁(yè)/共43頁(yè)Visc.(Pois粘度1014.510131012.4107.4104102Strainpoint屈服點(diǎn):Theviscositypointwherestressesarerelievedinhours應(yīng)力能在幾小時(shí)內(nèi)消失的粘度點(diǎn)

Annealingpoint退火點(diǎn):Theviscositypointwherestressesarerelievedinminutes.應(yīng)力能在數(shù)分鐘內(nèi)消除的粘度點(diǎn)

PhilipsSofteningpoint:菲利浦軟化點(diǎn)：Glasscanbedeformedbyanappliedforceandinternalstressesarerelievedinseconds.在施加外力情況下玻璃會(huì)變形，應(yīng)力能在數(shù)秒內(nèi)消除

AmericanSofteningpoint:美國(guó)軟化點(diǎn)：Theviscositypointwheretheglassdeformsbyitsown(surfacetension,gravity)andtheglassstartstostick.玻璃自己就會(huì)變形的粘度點(diǎn)（表面張力，重力），玻璃開(kāi)始可以粘住。Workingpoint:工作點(diǎn)：Theviscositypointwhereglasscanbeprocessedoncommercialmachines.玻璃可以在商業(yè)設(shè)備上加工的粘度點(diǎn)

。Meltingpoint熔化點(diǎn)：Temp.liquidviscousbrittle4.玻璃粘度第15頁(yè)/共43頁(yè)4.玻璃粘度注意:這些點(diǎn)的粘度值對(duì)所有的玻璃都是相同的.對(duì)于不同的玻璃,唯一不同的是這些點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度值.第16頁(yè)/共43頁(yè)4.玻璃粘度Temp.VISC.S.P.A.P.P.S.P.A.S.P.W.P.ABGlassAissofterthanB硬料玻璃和軟料玻璃第17頁(yè)/共43頁(yè)4.玻璃粘度Temp.VISC.S.P.A.P.P.S.P.A.S.P.W.P.ABGlassAislongerthanB長(zhǎng)料玻璃和短料玻璃第18頁(yè)/共43頁(yè)5.玻璃成分1.玻璃的主要成分是什么？玻璃有三個(gè)主要成分:(1)玻璃成形體(石英砂或二氧化硅).(2)熔化點(diǎn)降低劑(如:蘇打或氧化鈉).(3)影響玻璃性能的添加劑.第19頁(yè)/共43頁(yè)

冷玻璃是不良導(dǎo)體.優(yōu)點(diǎn):可以局部加熱,如果需要可以手工加熱.缺點(diǎn):容易產(chǎn)生應(yīng)力.熱玻璃是良導(dǎo)體.優(yōu)點(diǎn):有熱流,可以利用,必須控制.缺點(diǎn):在其余部分不變形的情況下,很難工作在小的區(qū)域.6.熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率：兩個(gè)相差1度的單位表面上熱量流過(guò)的速率。熱傳導(dǎo)的3種基本方式:1.傳導(dǎo).2.輻射.3.對(duì)流玻璃在低溫下是熱的不良導(dǎo)體,玻璃在高溫下是熱的良導(dǎo)體第20頁(yè)/共43頁(yè)6.熱導(dǎo)率舉例:

材料

熱導(dǎo)系數(shù)J/msoC銅:

370鑄鐵:

72硬橡膠:

0.035蘇打石灰玻璃20oC:

0.8蘇打石灰玻璃20oC:1000oC:

30蘇打石灰玻璃20oC:1200oC:

60第21頁(yè)/共43頁(yè)7.電導(dǎo)率在金屬中通過(guò)自由電子的遷移導(dǎo)電在玻璃中通過(guò)離子的遷移導(dǎo)電電解:Na+

鈉離子遷移改變玻璃成分改變膨脹系數(shù)引起應(yīng)力開(kāi)裂!!!燈泡漏氣第22頁(yè)/共43頁(yè)7.電導(dǎo)率直流電在直流情況下,相對(duì)小的Na+離子逐步從正極向負(fù)極遷移.也就是在正極周圍的Na離子減少,在負(fù)極Na離子增加,這就改變了兩邊玻璃的成分,改變了玻璃的膨脹系數(shù),應(yīng)力也就會(huì)產(chǎn)生.應(yīng)力開(kāi)裂漏氣燈!這種現(xiàn)象稱為“電解”,相對(duì)小的Na+離子具有最大的遷移率,因此能自由地向負(fù)極遷移.第23頁(yè)/共43頁(yè)7.電導(dǎo)率交流電在交流情況下Na+不能從一個(gè)極向另外一個(gè)極遷移但仍會(huì)發(fā)生電解.在抽真空的燈中,電子從熱鎢燈絲上發(fā)射到相對(duì)冷的打扁處.打扁表面就充負(fù)電,Na+離子從電極向表面遷移.同樣因?yàn)椴ＡС煞趾团蛎浵禂?shù)的改變,引起開(kāi)裂.溫度越高,電解速度就越快.因?yàn)殡S著鈉含量的增加電導(dǎo)率也會(huì)增加,直接的解決辦法是減少鈉含量.然而,這樣會(huì)提高熔化點(diǎn),對(duì)加工帶來(lái)不利的影響.第24頁(yè)/共43頁(yè)7.電導(dǎo)率鉛和鋇離子比較大,可用以阻止鈉離子的遷移,也就減緩了電解~ACPb2+第25頁(yè)/共43頁(yè)8.熱膨脹和應(yīng)力LΔL根據(jù)公式:ΔL=xLxΔT可以推導(dǎo)出:

=ΔL/(LxΔT)

膨脹系數(shù)=膨脹長(zhǎng)度/(初始長(zhǎng)度x溫度變化)

金屬ΔL溫度.第26頁(yè)/共43頁(yè)8.熱膨脹和應(yīng)力玻璃中的應(yīng)力有：1.機(jī)械應(yīng)力.2.熱致應(yīng)力.3.永久應(yīng)力.4.暫時(shí)應(yīng)力.5.一種玻璃內(nèi)的應(yīng)力6.兩種玻璃形成的應(yīng)力.7.壓應(yīng)力.8.張應(yīng)力.玻璃在壓應(yīng)力下強(qiáng)度很高.玻璃在張應(yīng)力下強(qiáng)度也很高,但:張應(yīng)力+表面損傷開(kāi)裂!!!第27頁(yè)/共43頁(yè)8.熱膨脹和應(yīng)力舉例:機(jī)械應(yīng)力這種應(yīng)力存在的條件:1.僅在固體材料中.2.當(dāng)外力存在時(shí)才有.第28頁(yè)/共43頁(yè)8.熱膨脹和應(yīng)力熱致暫時(shí)應(yīng)力存在的條件:1.只有在固體材料中才存在.2.只有溫差存在時(shí)才存在.

注意:熱的一側(cè)是壓應(yīng)力第29頁(yè)/共43頁(yè)8.熱膨脹和應(yīng)力冷卻熱致永久應(yīng)力應(yīng)用:喇叭制造冷卻CCT應(yīng)力圖案第30頁(yè)/共43頁(yè)9.玻璃機(jī)械強(qiáng)度玻璃機(jī)械強(qiáng)度定義:如果表面出現(xiàn)不規(guī)則,抗張強(qiáng)度就會(huì)大大降低.當(dāng)我們?cè)谝粔K玻璃上施加一個(gè)拉力,在開(kāi)裂點(diǎn)的受力可根據(jù)開(kāi)裂的長(zhǎng)度(L)乘上一個(gè)因子最大axF.注意:a=放大因子,最大到200,主要取決于:1.刻痕長(zhǎng)度.2.刻痕點(diǎn)的清晰度.刻痕(也稱開(kāi)裂點(diǎn))拉力F拉力FL第31頁(yè)/共43頁(yè)10.表面張力材料都有趨向于最小的表面積/體積比球形第32頁(yè)/共43頁(yè)11.1玻璃其它方面知識(shí)1.為什么要添加額外的物質(zhì)到玻璃中?答:額外的添加物加入到玻璃中是為了影響玻璃的某些特性,例如:玻璃的膨脹性能;玻璃的熔化溫度;玻璃的軟化溫度;玻璃的軟化范圍(長(zhǎng)料或短料玻璃;防止電解(加入鉛).2.為什么玻璃沒(méi)有熔化點(diǎn)?答:因?yàn)椴Ａе鸩綇墓腆w轉(zhuǎn)化為液體.第33頁(yè)/共43頁(yè)11.2玻璃其它方面知識(shí)1.為什么在玻璃熔爐中要加入碎玻璃?答:為了更好地熔化,我們?cè)诓Ａ蹱t中加入同樣類型40%的碎玻璃.2.張應(yīng)力與壓應(yīng)力,哪一種對(duì)玻璃更有利?答:玻璃能承受的壓應(yīng)力是張應(yīng)力的15倍.3.什么原因造成玻璃中存在應(yīng)力?答:造成玻璃中應(yīng)力的原因是:加在玻璃上的外力.例如:彎曲、拉伸、撞擊等,或者是溫度大于屈服點(diǎn)的不規(guī)則的冷卻和加熱造成.第34頁(yè)/共43頁(yè)11.3玻璃其它方面知識(shí)1.指出至少五種原因,為什么燈泡制造中要使用玻璃?答:燈泡制造中使用玻璃是因?yàn)?它具有很好的透光性能;它具有足夠的氣密性;它具有很好的電氣性能和絕緣性能;它具有很好的化學(xué)和大氣影響抵抗力;它能在一個(gè)較寬的溫度范圍內(nèi)被加工;在加工前后能保持原來(lái)的屬性;另外,玻璃也是一種最便宜的材料.第35頁(yè)/共43頁(yè)11.6玻璃其它方面知識(shí)1.解釋為什么玻璃中有永久應(yīng)力比暫時(shí)應(yīng)力情況更嚴(yán)重?答:玻璃中有永久應(yīng)力比暫時(shí)應(yīng)力情況更嚴(yán)重有以下原因:永久應(yīng)力將一直存在在產(chǎn)品中,如果永久應(yīng)力太大,在產(chǎn)品使用期間的任何時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷.暫時(shí)應(yīng)力是一種臨時(shí)應(yīng)力,在生產(chǎn)過(guò)程中它會(huì)出現(xiàn),但在成品中不會(huì)存在.

2.何時(shí)玻璃中完全沒(méi)有應(yīng)力?答:當(dāng)玻璃溫度大于退火點(diǎn)或軟化點(diǎn)時(shí),玻璃中完全沒(méi)有應(yīng)力.第36頁(yè)/共43頁(yè)11.7玻璃其它方面知識(shí)1.如何發(fā)覺(jué)玻殼分化?答:風(fēng)化的特征是玻璃表面出現(xiàn)一些混濁(白點(diǎn)),使得玻璃不透明.2.什么原因造成玻璃分化?它經(jīng)常發(fā)生在哪里?答:玻璃的分化是空氣中濕氣侵蝕玻璃的結(jié)果.它經(jīng)常發(fā)生在玻殼的內(nèi)表面上.3.為什么我們要使用退火爐?答:我們使用退火爐逐步均勻地冷卻玻璃,減少溫差,獲得我們能接受的應(yīng)力.第37頁(yè)/共43頁(yè)11.9玻璃其它方面知識(shí)1.玻璃粘度曲線上SP、AP、PST、AST和WT這些參考點(diǎn)有什么樣的特征并且說(shuō)出這些點(diǎn)的具體名稱?答:SP、AP、PST、AST和WT這些參考點(diǎn)的特征是:SP是玻璃在此溫度下4個(gè)小時(shí)后,內(nèi)部應(yīng)力會(huì)降至可接受的水平.AP是玻璃在此溫度下15分鐘左右,內(nèi)部應(yīng)力會(huì)降至可接受的水平.PST是玻璃在此溫度下開(kāi)始變形,換句話說(shuō),它是玻璃加熱至不會(huì)因自重而變形之前的最高溫度.AST是玻璃在此溫度下迅速變形并開(kāi)始與其它物體粘結(jié),換句話說(shuō),玻璃在此溫度下因?yàn)樽灾囟杆僮冃?WT是玻璃在此溫度下已經(jīng)很軟,可以對(duì)它成型和工藝處理.答:玻璃粘度曲線上的參考點(diǎn)從下往上是:工作點(diǎn)(WT);美國(guó)軟化點(diǎn)(AST);飛利浦軟化點(diǎn)(PST);退火