玻璃工藝培訓(xùn)第1章

玻璃工藝學(xué)主講：趙彥釗

玻璃是一種古老而又被賦予諸多現(xiàn)代內(nèi)涵的材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，玻璃材料的應(yīng)用越來越廣泛，在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中的作用越來越重要。

具有一系列非?？少F的特性：透明、堅硬、良好的耐蝕、耐熱和電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)；能夠用多種成形和加工方法制成各種形狀和大小的制品；可以通過調(diào)整化學(xué)組成改變其性質(zhì)，以適應(yīng)不同的使用要求。窗玻璃日用玻璃器皿玻璃夾層玻璃鋼化玻璃儀器玻璃光學(xué)玻璃玻璃絕緣燈頭變色玻璃高強玻璃微晶玻璃生物玻璃玻璃纖維玻璃棉光導(dǎo)纖維瓶罐玻璃玻璃的定義（傳統(tǒng)）

玻璃是熔融、冷卻、固化的非結(jié)晶（在特定條件下也可能成為晶態(tài)）的無機物，是過冷的液體。三條件：非晶體熔融物冷卻無機物玻璃的定義（廣義）

結(jié)構(gòu)上完全表現(xiàn)為長程無序的、性能上表現(xiàn)出玻璃轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的非晶態(tài)物質(zhì)。

轉(zhuǎn)變現(xiàn)象：Tg=1/2~2/3Tm

性質(zhì)無突變（比熱、等）美麗的傳說

腓尼基商船

天然堿船沙灘上過夜

搬來幾大塊堿料，圍起爐灶，盛起篝火，才燒成一頓晚餐。

玻璃是由砂子制成的，砂子是玻璃的主要原料，而堿則起著助熔的作用。

第一章玻璃基本知識（一）玻璃態(tài)物質(zhì)的特性1.各向同性

質(zhì)點無序排列而呈統(tǒng)計均勻結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)2.亞穩(wěn)性

所有玻璃都有析晶傾向3.無固定熔點4.可逆性

溫變過程中性質(zhì)產(chǎn)生逐漸連續(xù)的變化且可逆5.可變性

性質(zhì)隨成分（一定范圍）發(fā)生連續(xù)和逐漸的變化1.無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說*(W.H.Zachariasen1932年）基本觀點：[SiO4]是基本結(jié)構(gòu)單元三維空間作無序排列，R+、R2+填充在網(wǎng)絡(luò)空隙實驗證實：WarrenX-ray結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)學(xué)說重點：多面體排列的連續(xù)性、均勻性和無序性（二）玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說OSi玻璃態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點：短程有序（微觀）長程無序（宏觀）2.晶子學(xué)說（列別捷夫）基本觀點：玻璃有無數(shù)晶子組成晶子有晶格畸變，晶子到無定形介質(zhì)是漸變實驗證實：X-ray結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)學(xué)說重點：玻璃的有序性、不均勻性和不連續(xù)性

（三）玻璃結(jié)構(gòu)中氧化物的分類

1.分類標準根據(jù)無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說，按元素與氧結(jié)合單鍵能大小分。

2.網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物·單鍵能>80kcal/mol·可單獨成?！り栯x子半徑小電荷大·離子共價混合鍵如：SiO2B2O3P2O5GeO2

3.網(wǎng)絡(luò)外體氧化物networkmodifier（NM）·單鍵能<60kcal/mol

·不可單獨成?！るx子半徑大電荷小·離子鍵如：Li+

Na+K+Ca2+Sr2+(小場強)

Th4+In3+Zr4+（大場強）作用：a.斷網(wǎng)b.補網(wǎng)c.積聚4.中間體氧化物·單鍵能60~80kcal/mol

·一般不能單獨成?！るx子鍵占主導(dǎo)，有共價性·兩種配位可互相轉(zhuǎn)化#轉(zhuǎn)化條件:游離氧多時四配位少時六配位同時存在進入網(wǎng)絡(luò)次序[BeO4][AlO4][GaO4][BO4][TiO4][ZnO4](四)各種氧化物在玻璃中的作用

1.

網(wǎng)絡(luò)形成體的作用（1）SiO2構(gòu)成硅酸鹽玻璃網(wǎng)絡(luò)骨架，隔離[BO4]（2）P2O5磷酸鹽玻璃骨架。硅酸鹽中：核化劑、乳濁劑（3）B2O3

硼酸鹽玻璃骨架硅酸鹽中少量可得較特殊玻璃（pyrex）

磷酸鹽中可形成[BPO4],結(jié)構(gòu)變?yōu)榧軤?/p>

2.堿金屬氧化物的作用在硅酸鹽玻璃中使四面體網(wǎng)絡(luò)斷裂，結(jié)構(gòu)疏松，性質(zhì)變差

Li+場強大，“積聚”作用明顯。等量取代K+

、Na+使性質(zhì)變好?；旌蠅A效應(yīng)（中和效應(yīng)）定義——二元堿硅玻璃中，當玻璃中堿金屬氧化物總量不變，用一種氧化物取代另一種，玻璃與擴散有關(guān)的性質(zhì)不成直線變化，而出現(xiàn)明顯的極值。3.二價金屬氧化物概述兩類堿土金屬（惰性氣體型）

ZnO、

CdO、PbO（18，18+2電子構(gòu)型）*斷網(wǎng)作用（無堿玻璃中明顯）

*

積聚作用*壓制效應(yīng)——在含堿硅酸鹽系統(tǒng)中隨RO量的增加，使R+的擴散系數(shù)下降。效應(yīng)強弱：BaO>PbO>CaO>CdO>ZnO>MgO解釋：（1）R2+填入空隙中，阻礙R+的擴散（2）“積聚”作用使網(wǎng)絡(luò)加強，R+的擴散系數(shù)4.

Al2O3在玻璃結(jié)構(gòu)中的作用存在形式（1）以六配位八面體處于網(wǎng)絡(luò)空隙（NM）（2）游離氧較多時以[AlO4]進入網(wǎng)絡(luò)（改善性能原因）[AlO4]帶負電，需[SiO4]隔開（五）玻璃熱歷史等相關(guān)詞語一、玻璃的熱歷史1.定義：指玻璃從高溫液態(tài)冷卻，通過轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域和退火溫度區(qū)域的經(jīng)歷。2.意義：熱歷史結(jié)構(gòu)性質(zhì)二、玻璃在轉(zhuǎn)變區(qū)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)變化1.轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域[Tg

,Tf]Tg--轉(zhuǎn)變溫度=1012.4

PaS

Tf--膨脹軟化點=108~10PaS

T<Tg

時質(zhì)點調(diào)整基本停止（非常緩慢）T>Tf

時質(zhì)點調(diào)整很快，瞬時達到平衡。[Tg

,Tf]時質(zhì)點需一定時間才可達到平衡位置。2.退火溫度區(qū)域退火下限---3min內(nèi)應(yīng)力可消除5%(<退火點50~150度)退火上限---3min內(nèi)應(yīng)力可消除95%(相當于退火點