玻璃的定義與通性

關(guān)于玻璃的定義與通性第1頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

隨著人們認(rèn)識(shí)的深化，玻璃的定義也在不斷地修改和補(bǔ)充，有狹義和廣義的玻璃定義類型。（一）狹義的定義玻璃：采用無(wú)機(jī)礦物為原料，經(jīng)熔融、冷卻、固化，具有無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。（二）廣義的定義玻璃是呈現(xiàn)玻璃轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的非晶態(tài)固體。

玻璃轉(zhuǎn)變現(xiàn)象是指當(dāng)物質(zhì)由固體加熱或由熔體冷卻時(shí)，在相當(dāng)于晶態(tài)物質(zhì)熔點(diǎn)絕對(duì)溫度的2/3～1/2溫度附近出現(xiàn)熱膨脹、比熱等性能的突變，這一溫度稱為玻璃轉(zhuǎn)變溫度。第2頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、玻璃的通性一種具有無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體，其原子不像晶體那樣在空間作長(zhǎng)程有序的排列，而近似于液體那樣具有短程有序。玻璃像固體保持一定的外形，而不像液體態(tài)一樣能在本身的重力作用下流動(dòng)。

第3頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

玻璃態(tài)物質(zhì)具有以下五個(gè)特性：（一）各向同性近程有序、遠(yuǎn)程無(wú)序，不像晶體那樣按定向排列，玻璃態(tài)物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)排列總的說(shuō)是無(wú)規(guī)則的，是統(tǒng)計(jì)均勻的，因此，它的物理化學(xué)性質(zhì)在任何方向都是相同的。例如硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、折射率、導(dǎo)電率等。而非等軸結(jié)晶態(tài)物質(zhì)在不同方向上的性質(zhì)是不同的，表現(xiàn)為各向異性。必須指出，當(dāng)結(jié)構(gòu)中存在內(nèi)應(yīng)力時(shí)，玻璃均勻性就遭受破壞，玻璃就顯示出各向異性，例如產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。此外，由于玻璃表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的差異，其表面與內(nèi)部的性質(zhì)也不相同。第4頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）介穩(wěn)性玻璃態(tài)物質(zhì)一般是由熔融體過(guò)冷卻而得到。在冷卻過(guò)程中粘度急劇增大，質(zhì)點(diǎn)來(lái)不及作有規(guī)則排列而形成晶體，沒(méi)有釋出結(jié)晶潛熱(凝固熱)，因此，玻璃態(tài)物質(zhì)比相應(yīng)的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)含有較大的能量。它不是處于能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)，而屬于亞穩(wěn)狀態(tài)。

第5頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

按熱力學(xué)觀點(diǎn)，玻璃態(tài)是不穩(wěn)定的，它有自發(fā)釋放能量向晶體轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)；但由于玻璃常溫粘度很大，動(dòng)力學(xué)上是穩(wěn)定的，實(shí)際上玻璃又不會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)化成晶體。僅在具備一定條件時(shí)，克服析晶活化能，即物質(zhì)由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)的勢(shì)壘，才能使玻璃析晶。第6頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（三）熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)是漸變的、可逆的，在一定溫度范圍內(nèi)完成，無(wú)固定熔點(diǎn)。玻璃態(tài)物質(zhì)由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w是在一定溫度區(qū)域(軟化溫度范圍)內(nèi)進(jìn)行的，它與結(jié)晶態(tài)物質(zhì)不同，沒(méi)有確定的熔點(diǎn)。在此范圍內(nèi)，玻璃液由粘性體經(jīng)粘塑性體、粘彈性體逐漸轉(zhuǎn)變成為彈性體。這種性質(zhì)的漸變過(guò)程正是玻璃具有良好加工性能的基礎(chǔ)。第7頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（四）物理、化學(xué)性質(zhì)隨成分變化的連續(xù)性玻璃的成分(在一定范圍內(nèi))可以連續(xù)變化，與之相應(yīng)，玻璃性質(zhì)隨成分發(fā)生連續(xù)和逐漸的變化。第8頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

圖為R20—SiO2系統(tǒng)玻璃彈性模量的變化。從圖中可以看出，玻璃的彈性模量隨著Na2O或K2O的增加而下降；隨著Li2O的增加而上升，而且這種變化是連續(xù)的和漸變的。第9頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（五）由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性與可逆性玻璃態(tài)物質(zhì)從熔融狀態(tài)冷卻(或相反加熱)過(guò)程中，其物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生逐漸和連續(xù)的變化；而且是可逆的。下圖是物質(zhì)從熔融狀態(tài)冷卻，在冷卻過(guò)程中內(nèi)能與體積的變化情況。第10頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

從圖可以看出：在結(jié)晶情況下，從熔融態(tài)(液體)到固態(tài)過(guò)程中，內(nèi)能與體積(或其它物理化學(xué)性質(zhì))在它的熔點(diǎn)發(fā)生突變(沿ABCD變化)。而冷卻形成玻璃時(shí)，其內(nèi)能和體積性能(或其它物理化學(xué)性質(zhì))卻是連續(xù)的和逐漸的變化(沿ABKFE變化)。KF區(qū)域一般稱“轉(zhuǎn)變區(qū)”(一般以Tg-Tf溫度區(qū)表示之)，是玻璃態(tài)物質(zhì)所特有的。第11頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

從圖可以看出，玻璃在溫度T0的比容可能是V1、V2或V3，它決定于玻璃的降溫速度。還可以看出，玻璃的轉(zhuǎn)變溫度也隨降溫速度的增大而增高。因此Tg溫度與試驗(yàn)條件有關(guān)。第12頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖3－14玻璃性質(zhì)隨溫度的變化

abcda’b’c’d’d”c”b”a”ⅠⅡⅢTgTf溫度性質(zhì)

玻璃性質(zhì)隨溫度的變化可分為三類(見(jiàn)圖)：①玻璃的電導(dǎo)、比容、熱焓等是按I曲線變化；②玻璃的熱容、膨脹系數(shù)、密度、折射率等是按II曲線變化；③玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)和一些機(jī)械性質(zhì)（如彈性常數(shù)等）按III曲線變化。第13頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、氧化物玻璃

分單組分、多組分氧化物玻璃。單組分氧化物玻璃有B2O3、SiO2、GeO2、P2O5

等。有實(shí)用價(jià)值是石英玻璃。多組分氧化物構(gòu)成二元，多元系統(tǒng)玻璃，主要包括：硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽、碲酸鹽、硒酸鹽、鋁酸鹽、鎵酸鹽、砷酸鹽、銻酸鹽、鉍酸鹽、鈷酸鹽、釩酸鹽、鉬酸鹽與鎢酸鹽玻璃以及其它含氧玻璃。玻璃的分類

玻璃根據(jù)其化學(xué)成分，可分幾大類：第14頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、鹵素化合物玻璃

有氟化物（BeF2）玻璃和氯化物（ZnCl2）玻璃，具有優(yōu)異的紅外透過(guò)性能。第15頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、硫?qū)僭鼗衔锊Ａ?/p>

砷-硫（硒、碲）系統(tǒng)玻璃，其代表為As2S3和As2Se3。硫系玻璃具有半導(dǎo)體性質(zhì)，又稱為“玻璃半導(dǎo)體”。第16頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、混合玻璃

由氧化物與鹵化物，氧化物與硫系化合物，硫系化合物與鹵化物等混合形成。具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，如玻璃快離子導(dǎo)體。第17頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三五、金屬玻璃

某些金屬（如Ni、Fe、Co、Cr）和合金（如Pb-Si，Au-Si-Ge）的熔體以106℃/s的速度急冷可獲得金屬玻璃。保持了金屬的延展性，高的強(qiáng)度和硬度，耐腐蝕。含F(xiàn)e、Co、Ni的金屬玻璃有良好的磁學(xué)性能。第18頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三硅酸鹽玻璃的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、硅酸鹽玻璃的組成

主要由以SiO2為主的各種氧化物所組成，根據(jù)各種氧化物中元素與氧鍵合的單鍵能及在玻璃結(jié)構(gòu)中所起的作用不同可將它們分為玻璃形成體、玻璃中間體、玻璃調(diào)整體，見(jiàn)表2-3-1。第19頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

①玻璃形成體，單鍵強(qiáng)>335kJ/mol，這類氧化物能單獨(dú)形成玻璃，其正離子稱為網(wǎng)絡(luò)形成離子。這類物質(zhì)常為SiO2、B2O3等。

②玻璃調(diào)整體（網(wǎng)絡(luò)變性體），單鍵能<250kJ/mol，這類氧化物不能形成玻璃，而是改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變，其正離子稱為網(wǎng)絡(luò)變性離子。這類物質(zhì)常為R2O、RO。

③玻璃中間體，作用介于玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)變性體之間，常為R2O3等。第20頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

這三類氧化物以不同的品種、比例，組成各具特色的玻璃。根據(jù)玻璃中主要氧化物的品種可將硅酸鹽玻璃分為五類。第21頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第22頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

玻璃的組成決定了玻璃的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，通?？筛鶕?jù)對(duì)某種玻璃的性能要求去設(shè)計(jì)玻璃的成分，然后再組織生產(chǎn)。第23頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、玻璃的結(jié)構(gòu)因素

玻璃結(jié)構(gòu)是指玻璃中質(zhì)點(diǎn)在空間的幾何配置、有序程度以及它們彼此間的結(jié)合狀態(tài)。現(xiàn)代玻璃結(jié)構(gòu)理論主要是晶子學(xué)說(shuō)和無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)。玻璃性質(zhì)的變化規(guī)律和玻璃的結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，這些因素是：第24頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（一）硅氧骨架的結(jié)合程度硅酸鹽系統(tǒng)玻璃，SiO2以各種[SiO4]的形式存在，系統(tǒng)中存在“橋氧”（雙鍵）和“非橋氧”（單鍵），二者的比例不同，各種玻璃的物理化學(xué)性質(zhì)也相應(yīng)發(fā)生變化。

[SiO4]四面體的性質(zhì)首先與硅氧骨架的結(jié)合程度（鍵合度）有關(guān)。第25頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第26頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

需要指出的是：當(dāng)玻璃中同時(shí)含有兩種以上的金屬氧化物時(shí)，當(dāng)堿金屬氧化物含量大于33.3％時(shí)，即使Y<2,也能形成玻璃，而且某些性能隨金屬離子數(shù)的增加而變好，這類玻璃具有和一般硅酸鹽玻璃不同的特殊性質(zhì)，我們稱為“逆向玻璃”或“逆性玻璃”或“離子玻璃”。逆性玻璃的特點(diǎn)有兩點(diǎn)：

第27頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

第一，在結(jié)構(gòu)上它與通常玻璃是逆性的。一般玻璃的結(jié)構(gòu)以玻璃形成物為主體，靠橋氧來(lái)連接，金屬離子處于網(wǎng)絡(luò)空穴中，它僅起補(bǔ)助性作用。逆性玻璃恰恰相反，靠金屬離子來(lái)連接多面體。

第二，逆性玻璃在性質(zhì)上也發(fā)生逆轉(zhuǎn)性。一般玻璃的性質(zhì)是隨著SiO2的減少而降低。而逆性玻璃則相反，堿金屬和堿土金屬含量愈多，結(jié)構(gòu)愈強(qiáng)固，而某些物理性質(zhì)卻向著一般玻璃的相反方向變化，如粘度、膨脹系數(shù)和介電損耗等。下圖就是這種逆轉(zhuǎn)的例子。第28頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第29頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

目前“逆向玻璃（invertglass）”已發(fā)展到其他氧化物玻璃系統(tǒng)，如硼酸鹽、磷酸鹽等。這些玻璃系統(tǒng)中形成“逆向玻璃”的共同點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)外體氧化物的含量大于玻璃生成體氧化物，還有的玻璃系統(tǒng)中不含玻璃生成體氧化物，或者只含中間體氧化物，同時(shí)含有大量網(wǎng)絡(luò)外體氧化物。逆向玻璃的離子性成分很高，也有人稱為“離子玻璃”。第30頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）陽(yáng)離子的配位狀態(tài)玻璃中場(chǎng)強(qiáng)大的陽(yáng)離子（小離子半徑和高電荷）所形成的配位多面體是牢固的，當(dāng)由于各種原因引起配位數(shù)改變時(shí)，可使玻璃某些性質(zhì)改變。玻璃物理化學(xué)中，目前對(duì)陽(yáng)離子配位數(shù)改變研究較多的有硼效應(yīng)、鋁效應(yīng)和相應(yīng)的硼鋁效應(yīng)等。第31頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（三）離子的極化程度——與光性能、電性能有關(guān)

（四）離子堆積的緊密程度——機(jī)械性能、力學(xué)性能、熱性能

1.熱歷史有關(guān)：快冷——疏松慢冷——緊密

2.離子半徑大小有關(guān)。第32頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三f＝·S·

（2-3-1）三、熔融玻璃液的性質(zhì)（一）玻璃的粘度粘度：指面積為S的兩平行液層以一定的速度梯度dv/dx移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力f。

式中η為粘度，為帕·秒。（1帕·秒=10泊）玻璃粘度是玻璃的一個(gè)重要物理性質(zhì)。它對(duì)玻璃的溶化、成型、退火、熱加工和熱處理等都有密切關(guān)系。第33頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三1．玻璃粘度與溫度的關(guān)系（1）粘度－溫度曲線圖2-3-1為硅酸鹽玻璃的粘度-溫度曲線。

在整個(gè)玻璃粘度溫度曲線上，沒(méi)有如熔融金屬或鹽類在凝固點(diǎn)時(shí)那樣的粘度突變點(diǎn)。玻璃熔體在冷卻過(guò)程中粘度不斷地增長(zhǎng)稱為玻璃的硬化或固化。冷卻過(guò)程中玻璃液粘度增加的快慢稱為硬化速度。硬化速度與玻璃本身粘度-溫度關(guān)系有關(guān)；還取決于玻璃的冷卻速度。第34頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三B短性玻璃：隨溫度變化，粘度變化速率快，又稱為快凝玻璃。A長(zhǎng)性玻璃：隨溫度變化，粘度變化速率慢，又稱為慢凝玻璃。

對(duì)于組成不同的玻璃，粘度－溫度曲線形狀相似，但隨溫度變化，粘度變化速率不同，這種情況稱為玻璃具有不同的料性：第35頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（2）粘度的特性溫度特性溫度或特征粘度：在玻璃溫度-粘度曲線上（見(jiàn)圖2-3-1，存在著一些代表性的點(diǎn)。A.應(yīng)變點(diǎn)粘度為1014.5泊（logη：14.5）時(shí)的溫度稱為應(yīng)變點(diǎn)。在此溫度，玻璃不能產(chǎn)生粘性流動(dòng)，低于此溫度，玻璃中的應(yīng)力無(wú)法消除。玻璃退火下限。B.退火點(diǎn)又稱轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)化溫度和脆性溫度，常用Tg表示。退火點(diǎn)是粘度為1013泊時(shí)的溫度。消除應(yīng)力的上限溫度。第36頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三C.變形點(diǎn)（垂點(diǎn)）由于自垂而開(kāi)始急劇變曲的溫度稱為垂點(diǎn)。粘度范圍1010～1011泊的溫度。D.

軟化點(diǎn)又稱軟化溫度，常用Tf表示。粘度為4.5×107泊時(shí)的溫度。大致相應(yīng)于操作溫度的下限。第37頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三E.流動(dòng)溫度粘度105泊時(shí)的溫度，處于成型粘度范圍內(nèi)。是玻璃成形操作基準(zhǔn)點(diǎn)之一。F.熔化溫度TS

粘度為10～102泊時(shí)的溫度。熔化。

Tg～TS對(duì)玻璃成型、熔制具有重要的意義。第38頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.玻璃粘度與組成的關(guān)系（1）首先決定于硅氧四面體的連接程度，即隨O/Si比的上升而下降。第39頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（2）引入堿金屬氧化物R２O（Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O等）時(shí)，粘度降低。（3）二價(jià)金屬離子對(duì)粘度的影響比較復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)降低粘度的順序：

BaO＞SrO＞CaO＞MgOCaO、ZnO表現(xiàn)較特別，低溫時(shí)使粘度增加，高溫時(shí)使粘度降低。第40頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（4）Al2O3對(duì)粘度的影響也比較復(fù)雜。用量一般不超過(guò)10％，使粘度增加。

B2O3含量較少時(shí)，粘度隨含量升高而升高。B2O3含量為15％趨于最高點(diǎn)，以后部分[BO4]變成[BO3]三角體，粘度下降。（5）稀土氧化物、氯化物及硫酸鹽在熔體中一般起降低粘度作用。第41頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）玻璃的表面張力玻璃與另一相接觸的相界面上，在恒溫、恒容下增加一個(gè)單位表面所作的功。

也可定義為：作用在單位長(zhǎng)度液體表面使之收縮的力。熔融玻璃表面質(zhì)點(diǎn)受到內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的作用而趨向于熔體內(nèi)部，使表面有收縮的趨勢(shì)。表面張力在玻璃的澄清、均化、成形，玻璃液與耐火材料相互作用等過(guò)程中起著重大的作用。在一定程度上決定了氣泡的成長(zhǎng)和溶解速度。第42頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.與組成的關(guān)系較復(fù)雜，規(guī)律性不強(qiáng)。芒硝、Na2SiF6、NaCl可降低表面張力。2.與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜。高溫時(shí)作用速度快，低溫時(shí)作用速度慢。3.玻璃表面張力與氣氛的關(guān)系還原氣氛下的表面張力約比氧化氣氛下增加20％。

第43頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第44頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第45頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

第二類性質(zhì)和玻璃成分間的關(guān)系比較簡(jiǎn)單，一般可以根據(jù)玻璃成分和某些特定的加和法則進(jìn)行推算。當(dāng)玻璃從熔融狀態(tài)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)變區(qū)域冷卻時(shí)，它們往往產(chǎn)生突變，見(jiàn)圖。屬于這類性質(zhì)的有折射率(n)、分子體積(Vm)、色散、密度、彈性(E)模量、剛性模量(G)，硬度、熱膨系數(shù)以及介電常數(shù)等。第46頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第47頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（一）玻璃的密度石英玻璃密度為2.21kg×103/m3，普通鈉鈣硅酸鹽玻璃的密度為2.5～2.6kg×103/m3。玻璃的密度主要取決于：

1、構(gòu)成玻璃的原子的質(zhì)量；

2、原子堆積緊密程度；

3、配位數(shù)。一般來(lái)講：

1、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密或網(wǎng)絡(luò)外結(jié)構(gòu)被填空，密度增加；

2、溫度升高，密度下降；

3、壓力增加，密度增加。四、玻璃的物理、化學(xué)性質(zhì)第48頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）玻璃的機(jī)械強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度比抗張強(qiáng)度大8～10倍?？箟簭?qiáng)度介于500～2000MPa之間，而抗張強(qiáng)度則在40～120MPa之間。影響玻璃強(qiáng)度的主要因素有：（1）玻璃成分的影響有完整的、強(qiáng)的Si-O鍵的強(qiáng)度較高。在石英玻璃中加入R+離子后，強(qiáng)度降低。引入少量的Al2O3，使結(jié)構(gòu)緊密，能提高強(qiáng)度。第49頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（2）玻璃的缺陷對(duì)強(qiáng)度的影響表面微裂紋的存在，玻璃的微不均勻性，玻璃中的宏觀和微觀缺陷嚴(yán)重影響玻璃的強(qiáng)度。（３）溫度對(duì)玻璃強(qiáng)度的影響

低溫強(qiáng)度隨溫度的上升而下降，在200℃左右強(qiáng)度為最低點(diǎn)，高于200℃時(shí)，強(qiáng)度逐漸增加?？赡苁撬苄宰冃我?。（４）玻璃中應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度的影響分布不均勻的殘余應(yīng)力，使強(qiáng)度大為降低。強(qiáng)化（鋼化）后，玻璃表面存在壓應(yīng)力，強(qiáng)度提高。第50頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（三）玻璃的彈性定義：玻璃在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力去除后能恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)。彈性模量：表示材料抵抗變形的能力。

在低溫下和常溫下玻璃基本上是服從虎克定律的彈性體。玻璃的彈性模量由它的化學(xué)組成所決定，同時(shí)受到溫度和熱處理的影響。（1）組成內(nèi)部組成質(zhì)點(diǎn)間化學(xué)鍵越強(qiáng)變形越小，E越大。（2）熱處理

淬火玻璃E<退火玻璃E約2~7%（3）溫度

TE第51頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（四）玻璃的脆性脆性：材料在受力過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生塑性變形就斷裂的現(xiàn)象叫脆性。在常溫下玻璃是典型的脆性體。玻璃的脆性由它的化學(xué)組成所決定，同時(shí)受到溫度和熱處理的影響。

1、R+、R2+使脆性增大，且隨其半徑增大而上升。

2、淬火試樣脆性比退火樣大5~7倍。第52頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（五）玻璃的硬度

意義：玻璃抵抗其它物體侵入其內(nèi)部的能力。玻璃的硬度決定于化學(xué)組成，同時(shí)受到溫度和熱處理的影響。

1、網(wǎng)絡(luò)生成離子使硬度提高，網(wǎng)絡(luò)外體使硬度降低。

a、多鉛的或含堿性氧化物高的玻璃，硬度較小。

b、石英玻璃和含有10～12％B2O3的硼酸鹽玻璃硬度最大。

2、T高，硬度降低。第53頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（六）玻璃的熱膨脹性

玻璃的熱膨脹是由于溫度上升時(shí)造成玻璃質(zhì)點(diǎn)熱振動(dòng)的振幅增加，導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)間距增大，使玻璃呈現(xiàn)膨脹。

常溫：質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近作簡(jiǎn)諧振動(dòng)（熱運(yùn)動(dòng)）；高溫：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)幅度增大，質(zhì)點(diǎn)間距也變大。玻璃的熱膨脹系數(shù)大小主要決定于：（1）組成玻璃的氧化物中各陽(yáng)離子和氧離子之間的引力f＝2Z/a2，Z為陽(yáng)離子的原子價(jià)，a為正負(fù)離子的中心距離。f愈大，膨脹愈小；反之，則愈大。（2）網(wǎng)絡(luò)骨架。Si-O組成三度空間網(wǎng)絡(luò)，剛性大，不易膨脹。加入R2O和氧化物后，膨脹系數(shù)增大。引入的少量Al2O3，膨脹系數(shù)下降。第54頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（七）玻璃的電學(xué)性質(zhì)導(dǎo)電性：

在常溫下一般玻璃是電絕緣材料，1011～1013·m。但轉(zhuǎn)變溫度Tg點(diǎn)以上，導(dǎo)電率迅速提高，到熔融狀態(tài)，玻璃變成良導(dǎo)體。10-2～3×10-3·m。玻璃的電導(dǎo)率隨組成而改變，堿性氧化物含量越多，電導(dǎo)率就越高。其中影響最大的是Na+，其次為L(zhǎng)i+及K＋。二價(jià)堿土金屬氧化物對(duì)電導(dǎo)率的影響較一價(jià)堿金屬氧化物小，影響且隨原子半徑增大而減少。

第55頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（八）玻璃的折射率為1.5～1.75。與玻璃成分，密度、溫度、熱歷史有密切關(guān)系。

1、密度大，結(jié)構(gòu)致密，玻璃折射率大。石英玻璃密度小，具有較小的折射率。BaO、PbO折射率高。

2、一般溫度升高玻璃的折射率增大，也有例外。

3、當(dāng)玻璃內(nèi)存在應(yīng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。第56頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（九）玻璃的反射、吸收、透過(guò)反射率：從玻璃表面反射出去的光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度之比稱為反射率R。決定于玻璃表面光滑程度及光的入射角。入射角增加，反射率也增大。玻璃對(duì)光的表面反射導(dǎo)致光損失，使透過(guò)率降低。為了減少反射，可采取表面化學(xué)處理或涂膜等方法。入射到玻璃上的可見(jiàn)光中的一部分被選擇吸收，玻璃就著色，并呈現(xiàn)出與被吸收光互補(bǔ)的顏色。如果玻璃對(duì)任何波長(zhǎng)的光都有同樣的吸收，與此透過(guò)率相應(yīng)的呈現(xiàn)白色、灰色至黑色。玻璃著色大致可分為：金屬離子著色、膠體著色、光照老化著色、放射線和紫外線輻照著色。第57頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（十）玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性

玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性：指玻璃抵抗氣體（包括大氣在內(nèi)）或水、酸、堿、鹽類及其它化學(xué)試劑溶液侵蝕破壞的能力。玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性決定于：侵蝕介質(zhì)的種類和特性以及玻璃的抗蝕能力。1.玻璃的侵蝕對(duì)玻璃起作用的侵蝕介質(zhì)可分為兩組：

A、只能改變、破壞或溶解玻璃結(jié)構(gòu)組成中的R2O、RO等網(wǎng)絡(luò)調(diào)整物的物質(zhì)，如水、濕空氣、酸、中性鹽和酸性鹽的溶液。

B、不僅對(duì)上述的R2O、RO等起作用,而且也對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)中的硅氧骨架起作用的物質(zhì)，如氫氧化物溶液、碳酸鹽溶液、磷酸和磷酸鹽類溶液、氫氟酸和氟化物溶液等。另外還有高溫的金屬蒸汽、熔體或熔鹽等。第58頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（１）水對(duì)玻璃的侵蝕玻璃受水侵蝕時(shí)，玻璃中的金屬離子浸出，離子交換,水化形成Si[OH]4,形成硅酸凝膠,形成SiO2薄膜,稱為“保護(hù)膜層”。普通硅酸鹽玻璃中含有RO、R2O3等離子，具有一定的抗水侵蝕能力。（２）酸對(duì)玻璃的侵蝕除氫氟酸外，一般的酸并不直接與玻璃起反應(yīng)，它是通過(guò)水的作用侵蝕玻璃。濃酸對(duì)玻璃的侵蝕能力低于稀酸。

第59頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（３）堿對(duì)玻璃的侵蝕硅酸鹽玻璃一般不耐堿，堿對(duì)玻璃的侵蝕是通過(guò)OH-離子破壞硅氧骨架使SiO2溶解在溶液中。所以，在玻璃侵蝕過(guò)程中，不形成硅酸凝膠薄膜，而使玻璃表面層全部脫落。（４）玻璃的風(fēng)化玻璃置于空氣中，受到空氣中水汽、CO2、SO3等侵蝕。它們往往比水溶液具有更大的侵蝕性。對(duì)玻璃的侵蝕，先是以離子交換為主的釋堿過(guò)程，后來(lái)逐步過(guò)渡到以破壞網(wǎng)絡(luò)為主的溶蝕過(guò)程。上述過(guò)程稱為風(fēng)化。呈現(xiàn)霧狀白斑、虹彩、貼片等現(xiàn)象。第60頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三２.影響玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的因素（１）玻璃組成的影響硅氧含量愈多，硅氧四面體[SiO4]互相連接程度愈大，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性越高。以SiO2

、Al2O3、ZrO2最為顯著。（２）溫度與熱處理的影響溫度的升高，侵蝕速度增加。退火時(shí)間增長(zhǎng)和退火溫度提高，化學(xué)穩(wěn)定性增加。（３）表面狀態(tài)的影響新斷口的表面化學(xué)穩(wěn)定性最低。用表面處理的方法（采用無(wú)機(jī)、有機(jī)涂膜）來(lái)提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。第61頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第四節(jié)普通玻璃配合料的制備一、玻璃組成的設(shè)計(jì)和確定1、原則（1）設(shè)計(jì)組成，需滿足預(yù)定性能要求；（2）相圖和形成圖，設(shè)計(jì)玻璃組成；（3）根據(jù)生產(chǎn)條件使設(shè)計(jì)的玻璃能夠適應(yīng)熔制、成型和加工等工序的要求；（4）所設(shè)計(jì)的玻璃應(yīng)當(dāng)價(jià)格低廉、原料易于獲得；2、步驟（1）列出設(shè)計(jì)玻璃的性能要求（2）必要的性能調(diào)整；（3）經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、性能測(cè)試，確定合理的玻璃組成。第62頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、配合料計(jì)算

根據(jù)所設(shè)計(jì)玻璃成分和所用原料的化學(xué)成分可以進(jìn)行配合料的計(jì)算。（一）配合料計(jì)算中的幾個(gè)工藝參數(shù)1.純堿揮散率純堿揮散率指純堿中未參與反應(yīng)的揮發(fā)、飛散量與總量的比值，即：第63頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.芒硝含率芒硝含率指芒硝引入的Na2O與芒硝和純堿引入的Na2O總量之比，即：3.煤粉含率煤粉含率指由煤粉引入的固定碳與芒硝引入的Na2SO4之比，即：第64頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三4.螢石含率螢石含率指由螢石引入的CaF2量與原料總量之比，即：5．碎玻璃摻入率指配合料中碎玻璃用量與配合料總量（生料量+碎玻璃量）之比。第65頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）計(jì)算步驟第一步先進(jìn)行粗算。第二步進(jìn)行校正。第三步把計(jì)算結(jié)果換算成實(shí)際配料單。（三）配料計(jì)算實(shí)例

p276例題第66頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三計(jì)算步驟如下：I.螢石用量的計(jì)算II.純堿和芒硝用量的計(jì)算III.煤粉用量IV.硅砂和砂巖用量的計(jì)算V.白云石和菱鎂石用量的計(jì)算VI.校正純堿用量和揮散量VII.校正硅砂和砂巖用量VIII.把上述計(jì)算結(jié)果匯成用原料量表IX.玻璃獲得率的計(jì)算X.換算單的計(jì)算第67頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三I.螢石用量的計(jì)算根據(jù)玻璃獲得率得原料總量為：100/0.825=121.2l(kg)設(shè)螢石用量為Xkg，根據(jù)螢石含率得：X＝1．47(kg)引入1.47kg螢石將帶入的氧化物量為：

SiO21.47×24.62％＝0.36(kg)A12O31.47×2.08％＝0.03(kg)Fe2O31.47×0.43％＝0.01(kg)CaO1.47×51.56％＝0.76(kg)第68頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三SiO2揮發(fā)量的計(jì)算：SiO2+2CaF2＝SiF4↑+2CaO

設(shè)有30％的CaF2與SiO2反應(yīng)，生成SiF4而揮發(fā)，設(shè)SiO2的揮發(fā)量為Xkg，SiO2的摩爾質(zhì)量為60.09，CaF2的摩爾質(zhì)量為78.08，則：則螢石實(shí)際帶入的SiO2

量為：

0.36-0.12=0.24（kg）螢石引入的各氧化物量螢石摻量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O1.470.240.030.010.76第69頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三II.純堿和芒硝用量的計(jì)算設(shè)芒硝引入量為Xkg，根據(jù)芒硝含率得下式：X=5.24(kg)芒硝引入的各氧化物量見(jiàn)下表：純堿用量=(14.5-2.18)/0.5794=21.26（kg）芒硝摻量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O5.240.060.020.010.030.022.18需純堿帶入的Na2O量玻璃中Na2O含量第70頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三III.煤粉用量設(shè)煤粉用量為Xkg，根據(jù)煤粉含率得：X=0.28（kg）第71頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三IV.硅砂和砂巖用量的計(jì)算設(shè)硅砂用量為Xkg，砂巖用量為Ykg，則：0.897X+0.987Y=72.4-0.24-0.06=72.10.0512X+0.0056Y=2.10-0.03-0.02=2.05X=35.60（kg）Y=40.68（kg）由硅砂和砂巖引入的各氧化物量見(jiàn)下表原料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O硅砂31.9340.181.820.230.120.04砂巖0.160.060.060.011.280.08玻璃中的SiO2玻璃中的Al2O3第72頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三V.校正純堿用量和揮散量設(shè)理論純堿用量為Xkg，揮散量為Ykg，則：0.5794X=14.5-2.18-1.28-0.08X=18.92（kg）Y=0.61（kg）第73頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三VI.白云石和菱鎂石用量的計(jì)算設(shè)白云石用量為Xkg，菱鎂石用量為Ykg，則：0.3157X+0.0071Y=6.4-0.76-0.03-0.16-0.06=5.390.2047X+0.4629Y=4.2-0.02-0.06-0.01=4.11X=17.04（kg）Y=1.34（kg）由白云石和菱鎂石引入的各氧化物量見(jiàn)下表原料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO白云石0.120.030.025.383.49菱鎂石0.020.010.010.62第74頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三VII.校正硅砂和砂巖用量設(shè)硅砂用量為Xkg，砂巖用量為Ykg，則：0.8970X+0.9876Y=72.4-0.24-0.06-0.12-0.02=71.960.0512X+0.0056Y=2.10-0.03-0.02-0.03=2.02X=34.96（kg）Y=41.11（kg）第75頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三VIII.把上述計(jì)算結(jié)果匯成用原料量表原料用量%SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OSO3

含水干基濕基硅砂34.9628.931.361.790.120.150.061.284.5砂巖41.113440.600.230.040.060.010.081.0白云石17.0414.10.1120.030.025.383.490.3菱鎂石1.341.10.02

0.010.010.62純堿18.9216.110.961.8

揮散0.61芒硝5.244.30.060.020.030.020.022.184.2螢石1.471.20.240.030.76煤粉0.280.230.21合計(jì)120.9710072.42.16.45.624.214.50.2IX.玻璃獲得率的計(jì)算玻璃獲得率=100/120.97=82.7%第76頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三X.配料單的計(jì)算原料用量配合比%含水干基濕基硅砂34.9628.94.5277.44290.51砂巖41.11341.0326.4329.69白云石17.0414.10.3135.36135.76菱鎂石1.341.110.5610.56純堿18.9216.11.8

154.56157.39揮散0.61芒硝5.244.34.242.2444.09螢石1.471.211.5211.52煤粉0.280.230.212.212.79合計(jì)120.97100960.29982.34碎玻璃240240總計(jì)1200.291222

已知條件：碎玻璃摻入率為20%；配合料含水量為4%；混合機(jī)容量為1200kg干基。[混合機(jī)容量－(混合機(jī)容量×碎玻璃摻量)]×配合比＝原料的干基用量[1200-（1200×20%）]×28.9%=277.44（kg）原料的濕基用量＝原料的濕基用量/（1–含水量）硅砂的濕基用量＝277.44/（1-4.5%）＝290.51kg第77頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三根據(jù)要求，配合料的水分為4%，所以擬定配合料的加水量為：

加水量計(jì)算第78頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三配料工藝流程：砂巖硅砂石灰石白云石螢石純堿芒硝煤粉碎玻璃煅燒水冷粗碎粉碎篩分粉庫(kù)稱量水混合運(yùn)輸窯頭料倉(cāng)投料機(jī)選礦干燥篩分粗碎粉碎篩分粗碎粉碎篩分粗碎粉碎篩分粉碎篩分水洗拆包拆包粉庫(kù)粉庫(kù)粉庫(kù)粉庫(kù)粉庫(kù)粉庫(kù)粉庫(kù)粉庫(kù)稱量混合洗滌破碎稱量粉碎篩分篩分第79頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、配合料制備（一）對(duì)配合料的質(zhì)量要求加速玻璃熔制，提高玻璃質(zhì)量，防止產(chǎn)生缺陷。對(duì)配合料的主要要求是：（1）應(yīng)有一定的粒度組成，保證均勻度、熔制速度、玻璃液均勻度，提高混合質(zhì)量，防止分層。（2）應(yīng)具有一定水分，加速熔化。第80頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（3）需有一定的氣體率，有利于玻璃液的澄清和均化。（4）必須混合均勻，以保證玻璃液的均勻性。第81頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）配合料制備的工藝流程大部分原料都必須經(jīng)過(guò)破碎→篩分→稱量→混合→制成配合料。一般工藝流程如圖2-3-3所示。第82頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第83頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（三）配合料的質(zhì)量控制均勻性與化學(xué)組成的正確性。（1）原料成分的控制；（2）原料水分的控制；（3）原料顆粒度的控制；（4）稱量精度的控制；（5）混合均勻度的控制；（6）分料（分層）的控制；（7）粉料的飛料、沾料、剩料、漏料的控制。第84頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第五節(jié)玻璃體的缺陷

三大類：氣泡（氣體夾雜物）、結(jié)石（結(jié)晶夾雜物）、條紋和節(jié)瘤（玻璃態(tài)夾雜物）。一、氣泡影響制品的外觀質(zhì)量、透明性和機(jī)械強(qiáng)度。（一）氣泡的大小與形狀灰泡（直徑<0.8mm）、氣泡（直徑>0.8mm）。氣泡有球形、橢圓形及線狀。第85頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.

二次氣泡（再生泡）原因有物理和化學(xué)兩種。物理：降溫后的玻璃液又一次升溫超過(guò)一定限度，原溶解于玻璃液的氣體由于溫度升高引起溶解度降低，析出十分細(xì)小、數(shù)量很多、均勻分布的二次氣泡。化學(xué)：與玻璃的化學(xué)組成和使用原料有關(guān)。解決：

1、穩(wěn)定的熔制溫度制度；

2、氣氛；

3、窯壓。第86頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）氣泡的種類與成因1.一次氣泡（配合料殘留氣泡）熔制過(guò)程中澄清不良造成。

1、提高澄清溫度；

2、調(diào)節(jié)澄清劑用量；

3、降低窯內(nèi)氣體壓力；

4、降低玻璃與氣體界面上的表面張力。第87頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.

耐火材料氣泡來(lái)源：

1、耐火材料空隙中的氣體被排到玻璃液；

2、耐火材料與玻璃液的某些反應(yīng)形成氣體。防止：

1、提高耐火材料質(zhì)量；

2、穩(wěn)定熔窯作業(yè)制度。第88頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、結(jié)石（結(jié)晶夾雜物）結(jié)石：玻璃內(nèi)結(jié)晶態(tài)異物。破壞外觀、光學(xué)均勻性。降低機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。分為三類：（一）配合料結(jié)石（未熔化的顆粒）配合料中未熔化的顆粒組分，大多數(shù)情況下是石英顆粒，常見(jiàn)的結(jié)石是方石英和鱗石英。結(jié)石的產(chǎn)生與配合料的制備質(zhì)量，熔制時(shí)的加料方式和熔制工藝制度有關(guān)。第89頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）耐火材料結(jié)石原因：

1、受到侵蝕剝落；

2、高溫時(shí)與玻璃液作用；

3、滴落物夾帶到制品中。解決措施：合理選擇優(yōu)質(zhì)耐火材料；避免熔化溫度過(guò)高；避免助熔劑用量過(guò)大。第90頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（三）析晶結(jié)石本身析晶而產(chǎn)生的結(jié)石稱為析晶結(jié)石，也稱為“失透”。原因：

1、晶體形成和生長(zhǎng)的溫度范圍；

2、化學(xué)組分不均勻。避免：合理的玻璃化學(xué)組成；制定合理的熔化制度和成形制度；合理的熔窯結(jié)構(gòu)。第91頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、條紋和節(jié)瘤（玻璃態(tài)夾雜物）

玻璃主體內(nèi)存在的異類玻璃夾雜物稱為玻璃態(tài)夾雜物。分為四類：（一）熔制不均勻引起的條紋和節(jié)瘤均化進(jìn)行不夠完善，往往富含SiO2。（二）窯碹玻璃滴引起的條紋和節(jié)瘤碹滴滴入或流入玻璃體中。由于它們富含SiO2或Al2O3，其粘度很大，在玻璃體中擴(kuò)散很慢，來(lái)不及溶解，形成條紋和節(jié)瘤。第92頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（三）耐火材料被侵蝕引起的條紋和節(jié)瘤

玻璃熔體侵蝕耐火材料，被破壞的部分可能形成玻璃態(tài)物質(zhì)溶解在玻璃體內(nèi)，使玻璃熔體中增加了提高粘度和表面張力的組分，形成條紋。一般形成富氧化鋁質(zhì)條紋。（四）結(jié)石熔化引起的條紋和節(jié)瘤結(jié)石有較大溶解度，在高溫停留一定時(shí)間后，可以消失。結(jié)石溶解后的玻璃體與主體玻璃具有不同的化學(xué)組成，形成節(jié)瘤和條紋。第93頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第六節(jié)普通玻璃制品的生產(chǎn)

制品種類繁多，根據(jù)不同用途，選擇不同的組成和生產(chǎn)工藝，制造出滿足性能要求的產(chǎn)品。一、瓶罐玻璃（一）瓶罐玻璃的化學(xué)組成與分類絕大多數(shù)瓶罐玻璃以Na2O-CaO-SiO2為基礎(chǔ)，引入適量Al2O3、MgO。第94頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第95頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

玻璃瓶罐一般可歸納為細(xì)頸瓶（小口瓶）和粗頸瓶（大口瓶）兩大類。第96頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）對(duì)瓶罐玻璃的基本要求熔化良好、均勻，盡可能避免各種玻璃缺陷；玻璃要滿足成形要求；具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，避免與盛裝物發(fā)生作用；制品要有一定的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。（三）玻璃瓶罐的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)連續(xù)作業(yè)的池窯生產(chǎn)。自動(dòng)制瓶機(jī)成形。供料方式：真空吸料式和滴料供料式兩大類。第97頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖2-3-4歐文斯制瓶機(jī)成形過(guò)程示意圖第98頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖2-3-5ⅡBM壓-吹成形機(jī)成形過(guò)程示意圖(a)接受料滴；（b）準(zhǔn)備壓出；（c）沖模壓入；（d）沖模已上升，雛形模已下落，料泡進(jìn)行重?zé)峒吧扉L(zhǎng)；（e）成形模底板上升；（f）成形模閉合；（g）吹氣；（h）成品鉗出

成形后，退火爐進(jìn)行退火，再進(jìn)行加工和增強(qiáng)處理。第99頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、器皿玻璃（一）器皿玻璃的化學(xué)組成表2-3-13列出常用器皿玻璃（wareglass）與晶質(zhì)玻璃的組成。也可以是Na2O-B2O3-SiO2系統(tǒng)和鋁硅酸鹽無(wú)堿玻璃的組成。

第100頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第101頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第102頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三器皿玻璃的組成必須滿足下列要求：（1）熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；（2）易于熔制和澄清；（3）符合成形方法要求的粘度溫度曲線；（4）不易析晶。第103頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）對(duì)器皿玻璃的基本要求高透明度，白色或鮮艷的顏色；熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；對(duì)原料含鐵量有一定要求。第104頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（三）器皿玻璃的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)窯爐：坩堝窯、日池窯和連續(xù)式池窯。成型方法：自由成形、吹制、壓制、壓吹、離心澆注等方法。

1、自由成形：一般屬無(wú)模成形。從成形到定形，玻璃表面一般不與模型相接觸，表面光滑有光澤，可在爐前加工，進(jìn)行多次粘結(jié)與熱修飾，制造形狀復(fù)雜的制品。

第105頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三2、吹制成形：分人工與機(jī)械成形兩種。套料一般采用吹制成形。先挑無(wú)色料吹成小泡，再挑上色料，然后吹制成形。大量生產(chǎn)的制品普遍采用機(jī)械吹制，玻璃經(jīng)供料機(jī)將料滴供給吹制機(jī)，吹制成形后由輸送帶送到聯(lián)合機(jī)燒口，燒口后再由輸送帶送至退火窯。第106頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖2-3-7玻璃吹制機(jī)工藝流程圖1-供料機(jī)；2-吹制機(jī)；3-吹制輸送帶；4-烘口機(jī)；5-退火爐第107頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三3、壓制法：可用來(lái)整體成形口大底小的簡(jiǎn)單制品，也可采用開(kāi)模方法生產(chǎn)形狀復(fù)雜的制品。加工工藝簡(jiǎn)單，一般經(jīng)火拋光后，進(jìn)行退火或鋼化即成為產(chǎn)品。

4、壓吹法：特點(diǎn)是先用壓制的方法制成制品口部和雛形，然后再移入成形模中吹成制品。第108頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖2-3-8壓吹法成形廣口瓶示意圖1-雛形模；2-成形模；3-沖頭；4-口模；5-口模鉸鏈；6-吹氣頭；7-模底第109頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三5、離心澆注法：可制造電視機(jī)顯像管、大直徑玻璃管和空心制品等。玻璃料滴進(jìn)入模子后，由于離心力而緊貼于模子壁上，同時(shí)模內(nèi)抽真空，形成要求形狀的空心制品。玻璃器皿成形后，還要進(jìn)行一系列的加工與修飾，如研磨、拋光、飾刻、彩飾等，以美化制品和提高藝術(shù)性。加工與修飾是玻璃器皿生產(chǎn)中的一個(gè)重要工序。第110頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、平板玻璃

產(chǎn)量最大，用途最廣。傳統(tǒng)工藝：窗玻璃法和壓延、磨光玻璃法。窗玻璃法：用有槽、無(wú)槽、平拉法以及旭法生產(chǎn)平板玻璃。壓延、磨光玻璃法：指玻璃液經(jīng)鋼輥（上下兩個(gè)）滾壓成形、退火的玻璃，再經(jīng)研磨拋光制得機(jī)械磨光玻璃。浮法工藝：生產(chǎn)平板玻璃最先進(jìn)的工藝方法。產(chǎn)量高、質(zhì)量好、品種多、規(guī)格大、效率高、易操作管理和經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。第111頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（一）平板玻璃的組成

平板玻璃的化學(xué)組成要求：易于熔化和澄清；良好的化學(xué)穩(wěn)定性；析晶傾向性??；玻璃料性要短，有較快的硬化速度，以適應(yīng)高速成形。第112頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三化學(xué)組成主要有：

SiO2、Al2O3、CaO、MgO、R2O，其質(zhì)量百分比隨成形方法不同而略有差異。第113頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

浮法玻璃、平拉法、無(wú)槽引上采用高鈣低堿成分，采用快硬的短性玻璃，玻璃組成中CaO含量高，Na2O含量減少。有槽引上法組成中可以降低CaO，增加MgO，即采用高鎂成分。第114頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）平板玻璃生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

1．浮法生產(chǎn)：連續(xù)式池窯。在錫槽中進(jìn)行成形。玻璃液粘度、表面張力等流變性能必須嚴(yán)格控制，以適應(yīng)成形的各個(gè)階段。成形大致過(guò)程是：冷卻至1100℃左右的玻璃液→錫槽→玻璃液攤開(kāi)成玻璃帶→向錫槽尾部拉引→拋光→拉薄→硬化→冷卻→過(guò)渡輥臺(tái)→進(jìn)入退火窯。玻璃帶離開(kāi)錫槽時(shí)的溫度大約為600℃左右。第115頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

玻璃厚度的控制是浮法生產(chǎn)平板玻璃的關(guān)鍵:

平衡厚度：6－7mm；

生產(chǎn)厚玻璃：在錫槽攤平拋光區(qū)設(shè)石墨擋邊器來(lái)控制玻璃厚度。生產(chǎn)薄玻璃：采用拉薄方法：粘度、拉邊輥、拉引速度。浮拋介質(zhì)：錫液：熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、蒸氣壓低、密度大、不易揮發(fā)等。必須在錫槽中按一定比例通人N2、H2等還原性惰性氣體，以避免錫的氧化或與硫反應(yīng)。第116頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖2-3-10浮法玻璃連續(xù)生產(chǎn)流程第117頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三2．有槽垂直引上法：利用槽子磚成形。形成板根，玻璃液受引上機(jī)石棉輥拉引，硬化形成玻璃原板，退火，切割。

3．無(wú)槽垂直引上法：利用引磚成形。引磚是無(wú)槽垂直引上的重要成形設(shè)備。

4．對(duì)輥法：設(shè)置一對(duì)向外反向旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)?。玻璃從這對(duì)輥?zhàn)又g的縫隙由石棉輥向上拉引，形成原板?？梢员ＷC玻璃液處于不結(jié)晶狀態(tài)。

第118頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三5．平拉法：淺引上室，60cm左右借助轉(zhuǎn)向輥將玻璃板彎成水平方向，送進(jìn)退火窯。

6．壓延法：是利用水平連續(xù)壓延法，能大量生產(chǎn)。從玻璃熔窯末端流液口連續(xù)地流出玻璃液，通過(guò)用水冷卻的上下一對(duì)輥?zhàn)又g，未冷卻的玻璃液被壓延輥壓延成一定厚度的玻璃板（厚度根據(jù)調(diào)整兩輥間隙改變），隨兩輥回轉(zhuǎn)玻璃板被向前拉引，經(jīng)輸送輥道進(jìn)入退火窯，徐冷到室溫。第119頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第120頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第121頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三6．壓延法：是利用水平連續(xù)壓延法，能大量生產(chǎn)。從玻璃熔窯末端流液口連續(xù)地流出玻璃液，通過(guò)用水冷卻的上下一對(duì)輥?zhàn)又g，未冷卻的玻璃液被壓延輥壓延成一定厚度的玻璃板（厚度根據(jù)調(diào)整兩輥間隙改變），隨兩輥回轉(zhuǎn)玻璃板被向前拉引，經(jīng)輸送輥道進(jìn)入退火窯，徐冷到室溫。第122頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、儀器玻璃（一）儀器玻璃的化學(xué)組成與分類包括實(shí)驗(yàn)室儀器玻璃、醫(yī)用玻璃等。第123頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第124頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）基本要求

化學(xué)穩(wěn)定性；抗熱沖擊性好；強(qiáng)度高，彈性好，脆性低，硬度高；使用溫度高。第125頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（三）儀器玻璃的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

1．高硅氧玻璃：含SiO2高達(dá)96％以上的玻璃。是利用玻璃組成的B區(qū)易于分相的特點(diǎn)來(lái)制造的。

第126頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

首先選取Na2O-B2O3-SiO2系統(tǒng)B區(qū)域中適當(dāng)組成（如圖2-3-11）：按普通方法熔制成玻璃，而后：（1）在600℃左右對(duì)其進(jìn)行熱處理，使其分相，成為富Na2O-B2O3相和富SiO2相。（2）用3NHCl和5NH2SO4進(jìn)行酸處理，浸出富Na2O-B2O3相，洗去反應(yīng)生成物，成為富SiO2相的多孔質(zhì)玻璃。（3）1200℃左右的燒結(jié)，制成高硅氧玻璃制品。第127頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

高硅氧玻璃可以代替石英玻璃制作耐熱器皿、復(fù)雜形狀儀器、高壓水銀燈管和溴鎢燈等。

高硅氧玻璃制造過(guò)程中要注意基礎(chǔ)玻璃成分的選擇，保證經(jīng)熱處理后可以得到符合分相要求的玻璃。其典型成分如表2-3-19所列。第128頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三2．高硼硅儀器玻璃指含SiO2>78％、B2O3>10％的儀器玻璃。玻璃中酸性氧化物含量大大超過(guò)堿性氧化物，玻璃具有明顯的酸性。玻璃中B2O3含量高，原則上不含二價(jià)金屬氧化物。低的熱膨脹系數(shù)，熱穩(wěn)定性好。對(duì)水和酸的侵蝕抵抗能力強(qiáng)，但抗堿性差。廣泛用來(lái)制作各種耐熱玻璃儀器。生產(chǎn)工藝有特殊要求，它的熔化溫度可達(dá)1680℃，成型溫度可達(dá)1250℃。第129頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三3．硼硅酸鹽中性玻璃抗酸、抗堿、抗水性能都較好，醫(yī)用安瓿、注射器等。第130頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三五、顏色玻璃及其著色劑著色機(jī)理（一）概述在玻璃配合料中加入著色劑，經(jīng)熔制和熱處理后可以得到各種不同色調(diào)的顏色玻璃。顏色的產(chǎn)生是物質(zhì)與光作用的結(jié)果。物質(zhì)顯示顏色的根本原因在于光吸收和光散射。白光投射到透明物體上，若全部透過(guò)，則呈現(xiàn)無(wú)色；如果吸收某些波長(zhǎng)的光，而透過(guò)另一部分波長(zhǎng)的光，則呈現(xiàn)與透過(guò)部分相應(yīng)的顏色。

第131頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三光吸收的原因：

原子中的電子（主要是價(jià)電子）受到光能的激發(fā)，從能量較低（E1）的能級(jí)躍遷至能量較高（E2）的能級(jí)，即從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)所至。只要基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的能量差（E2E1＝hν）處于可見(jiàn)光的能量范圍時(shí)，相應(yīng)波長(zhǎng)的光就被吸收，從而呈現(xiàn)顏色。第132頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）玻璃著色劑可以分為三類：離子著色劑（過(guò)渡金屬離子與稀土金屬離子）；

分子著色劑（硫、硒及其化合物類）；

金屬膠體著色劑等。第133頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三（三）顏色玻璃的分類1.離子著色離子著色的玻璃包括過(guò)渡金屬離子著色與稀土離子著色。這些離子的電子層軌道上有空位，因氧配位場(chǎng)的作用而產(chǎn)生能級(jí)分裂，過(guò)渡金屬離子的d電子在3d軌道產(chǎn)生d-d電子躍遷，稀土金屬離子的f電子在4f軌道產(chǎn)生f-f電子躍遷，從而在可見(jiàn)光區(qū)產(chǎn)生選擇性吸收，使玻璃產(chǎn)生離子著色。

影響吸收帶波長(zhǎng)位置的主要因素有：陽(yáng)離子場(chǎng)強(qiáng)、陽(yáng)離子半徑、著色離子價(jià)態(tài)及其配位狀態(tài)和玻璃所處溫度。它們受基礎(chǔ)玻璃成分、著色離子價(jià)態(tài)及其熔制工藝因素的影響。第134頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.金屬膠體著色玻璃可以通過(guò)細(xì)分散狀態(tài)的金屬對(duì)光的選擇性吸收而著色。選擇性吸收是由于均勻分散在玻璃中的膠態(tài)金屬的微小粒子（小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)）對(duì)光的吸收和散射而引起的。顏色玻璃需要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪员阄龀瞿z體。玻璃的著色與散射粒子的類別、大小、濃度和形狀有關(guān)。顏色由散射中心大小決定，例如金紅玻璃，金粒子

20nm為弱黃，20～50nm為紅色，50～100nm為紫紅色，100～150nm為藍(lán)色，>150nm將發(fā)生金粒沉析。濃度（膠粒的數(shù)目）決定色澤的強(qiáng)弱。用于玻璃著色的金屬膠體有銅、銀和金等貴金屬。銅和金使玻璃呈紅色，銀使玻璃呈黃色。第135頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

為了實(shí)現(xiàn)金屬膠體著色，玻璃要經(jīng)過(guò)從熔化到顯色的過(guò)程。金屬膠體在玻璃中均勻析出的過(guò)程有以下幾個(gè)步驟：（1）金屬離子溶解在玻璃中；（2）金屬離子還原為原子態(tài)金屬；（3）生成金屬晶核；（4）金屬晶體的生長(zhǎng)。第136頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.化合物著色化合物著色的玻璃主要是硫-硒-鎘著色。這類玻璃的著色是由于經(jīng)特殊熱處理，顯色形成CdS或CdS-CdSe固溶體膠體。玻璃色調(diào)主要決定于固溶體中CdS、CdSe的混合比，而與膠體粒子大小無(wú)關(guān)。第137頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三第七節(jié)玻璃的深加工

冷加工、熱加工和表面處理三大類。一、冷加工

冷加工：通過(guò)機(jī)械方法改變玻璃制品的外形和表面狀態(tài)。基本方法有：研磨拋光、切割、噴砂、鉆孔和切削。研磨和拋光加工是兩個(gè)不同的工序，統(tǒng)稱磨光。經(jīng)研磨、拋光后的玻璃制品，稱為磨光玻璃。第138頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

研磨：玻璃的研磨是磨盤(pán)與玻璃作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨料在磨盤(pán)負(fù)載下對(duì)玻璃表面進(jìn)行劃痕與剝離的機(jī)械作用，并使玻璃產(chǎn)生微裂紋。磨料用水既有冷卻作用，又與玻璃新生表面發(fā)生水解作用，生成硅膠，有利于剝離，具有一定的化學(xué)作用。研磨后，玻璃表面形成一層凹陷的毛面，并帶有一定深度的裂紋層。第139頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖2-3-12研磨玻璃斷面h-平均凹陷層；f-平均裂紋深；F-最大裂紋深

玻璃研磨時(shí)，主要為機(jī)械作用，磨料硬度必須大于玻璃硬度。主要磨料有剛玉、天然金剛砂或石英砂。影響玻璃研磨的主要工藝因素為：磨料硬度、粒度，磨料懸浮液的濃度和給料量，研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速與壓力、磨盤(pán)材料、玻璃化學(xué)組成等。第140頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三

拋光：玻璃拋光時(shí)摩擦生熱，產(chǎn)生一層流動(dòng)層，在表面張力作用下，使玻璃表面光滑，該流動(dòng)層稱為“培比層”。拋光過(guò)程應(yīng)看作同時(shí)發(fā)生并相互交錯(cuò)的機(jī)械、化學(xué)和物理化學(xué)作用的總和。拋光材料有紅粉（氧化鐵）氧化鈰、氧化鉻、氧化鋯等。影響玻璃拋光過(guò)程的主要工藝因素是:拋光材料的性質(zhì)、濃度、給料量，拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速與壓力，環(huán)境溫度，玻璃溫度，拋光懸浮液性質(zhì)，拋光盤(pán)材質(zhì)等。第141頁(yè)，講稿共192頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、熱加工

1、成形；2、改善制品性能及外觀質(zhì)量。利用玻璃粘度隨溫度改變的特性以及表面張力與導(dǎo)熱系數(shù)，可以對(duì)玻璃制品進(jìn)行熱加工。主要方法有燒口、火拋光、火焰切割，或鉆孔、焊接。切割、鉆孔、焊接：加熱到一定溫度，溫度升