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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,第,4,章 玻 璃,（第二篇）,第一節(jié) 玻璃的定義與通性,一、玻璃的定義（,glass,）,玻璃是一種在,凝固時,基本,不結(jié)晶,的無機熔融物，即通常所說的,無機玻璃,，最常見的為,硅酸鹽玻璃,。,二、玻璃的通性（,無機材料硅酸鹽要講,）,第二節(jié) 硅酸鹽玻璃的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì),（,p256274,，自學(xué),）,4.,玻璃的力學(xué)性質(zhì),（,1,）脆性（,brittleness,）,（,2,）硬度（,hardness,）,（,3,）彈性（,elasticity,）,（,4,）玻璃的強度,第三節(jié) 普通玻璃配合料的制備,
2、一、玻璃組成的設(shè)計和確定,遵循如下原則：,（,1,）根據(jù)玻璃,組成一結(jié)構(gòu)一性質(zhì),的依從關(guān)系，設(shè)計的玻璃組成需滿足,預(yù)定性能,要求；,（,2,）根據(jù),相圖和形成圖,設(shè)計的玻璃組成,成玻傾向大,，,析晶傾向小,，同時滿足,不同成型工藝,的要求；,（,3,）需對初步設(shè)計的,基礎(chǔ)組成,進行必能調(diào)整；,（,4,）經(jīng),反復(fù)試驗、性能測試,后確定,合理的,玻璃組成。,二、配合料計算,根據(jù)所設(shè)計,玻璃成分,和,所用原料,的化學(xué)成分可以進行,配合料,的計算。,進行,配合料,計算時，應(yīng)認為原料中的氣體物質(zhì)在加熱過程中全部,分解逸出,，分解后的,氧化物（固體部分）,全部轉(zhuǎn)入,玻璃成分,中。,隨著對制品,質(zhì)量要求,的
3、不斷提高，必須考慮各種因素對,玻璃成分的影響,，例如，氧化物有,揮發(fā),、耐火材料的,溶解,、原料的,飛損,、碎玻璃的,成分,等，從而在計算時對某些組分作適當(dāng)?shù)?增減,以保證設(shè)計成分。,（一）配合料計算的幾個工藝參數(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：,純堿揮散率,= (,純堿揮散量,/,純堿用量）,100%,（,2-4-14,）,它是一個實驗值，它與,加料方式、熔化方法、熔制溫度,等有關(guān)。在池窯中,飛散率,一般在,0.2%3.5%,。,2.,芒硝含率：,指芒硝引入,Na,2,O,與芒硝和純堿引入的,Na,2,SO,4,總量之比，即：,
4、芒硝含率,=,芒硝引入,Na2O/(,芒硝引入,Na2O+,純堿引入,Na,2,O) 100%,芒硝含率一般掌握,在,5%8%,。,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,Na,2,O,之比，即：,煤粉含率,=,（煤粉,C,含量）,/,（芒硝,Na2SO4,含量）,100%,煤粉的理論含率為,4.2%,。,根據(jù),火焰性質(zhì)、熔化方法,來調(diào)節(jié),煤粉,含率。在生產(chǎn)上一般控制,在,3%5%,。,4.,螢石含率,螢石,含率指由,螢石,引入的,CaF,2,量與原料總量之比，即：,螢石含率,=,（螢石, CaF2,含量 ）,/,原料總量,100%,它隨,熔化條件,和,碎玻璃,的,儲
5、存量,而,增減,，在正常情況下，一般在,18%26%,。,（二）計算步驟,第一步先進行粗算，即假定玻璃中全部,SiO,2,和,Al,2,O,3,均由,硅砂和砂巖,引入；,CaO,和,MgO,均由,白云石和菱鎂石,引入；,Na,2,O,由,純堿和芒硝,引入。在進行粗算時，可選擇含,氧化物種類最少,，或,用量最多的原料,開始計算。,第二步進行校正。,例如，在進行,粗算,時，在硅砂和砂巖用量中沒有考慮其他原料引入的,SiO,2,和,Al,2,O,3,，所以應(yīng)進行,校正,。,第三步把計算結(jié)果換算成,實際配料單,。,（三）配料計算實例（見,275,頁）,三、配合料制備,（一）對配合料的質(zhì)量要求,保證配合
6、料的質(zhì)量要求是,加速玻璃熔制,高玻璃質(zhì)量，防止產(chǎn)生,缺陷,的基礎(chǔ)措施。對,配合料,的主要要求是：,（,1,）,構(gòu)成配合料,的各種原料均應(yīng)有一定的,粒度組成,，即同一種原料應(yīng)有適宜的,粒度,，不同原料間保持一定的,粒度比,，以保證配合料的,均勻度、熔制速度、玻璃液均勻度、提高混合質(zhì)量,，防止配合料的,分層,。,（,2,）配合料中應(yīng)具有一定,水分,，使,水,在石英顆粒原料表面上形成,水模,，,5%,的,純堿和芒硝,溶于水膜中，有利于加速,熔化,。,（,3,）為利于玻璃液化氣澄清和均化，配合料需有一定的,氣體率,。,氣體率,= (,逸出氣體量,/,配合料總量,) 100%,（,2-4-18,）,4.
7、,必須混合均勻，以保證玻璃液的,均勻,性。,（三）配合料的質(zhì)量控制,配合料的質(zhì)量是根據(jù)其均勻性與化學(xué)組成的正確性來評定的。在設(shè)計和生產(chǎn)上應(yīng)考慮的一些,質(zhì)量控制,如下：,（,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。,第四節(jié) 玻璃體的缺陷,制備各種玻璃制品的工藝過程對其,質(zhì)量,與,性能,有,重要影響,，因此，必須,嚴(yán)格控制,工藝過程，,盡可能防止缺陷的產(chǎn)生,。玻璃體的缺陷按,缺陷,的狀態(tài)不同，可以
8、分為三大類：,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）。,第五節(jié) 普通玻璃制品的生產(chǎn),玻璃制品種類繁多，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。,（三）瓶罐玻璃的生產(chǎn)工藝特點,玻璃瓶罐一般均采用連續(xù)作業(yè)的,池窯生產(chǎn),。,玻璃瓶罐機成形后，將瓶罐,送入連續(xù)作業(yè)式退火爐進行退火,，再進行,加工和增強處理,，得到符合使用要求的,玻璃瓶罐制品,。,當(dāng)前玻璃瓶罐生產(chǎn)的最大改革是,玻璃瓶的輕量化,。,二、器皿玻璃的化學(xué)組成（,ware glass,）,器皿玻璃的組成必須滿足下列要求：,（,1,）具有使用要求的,熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,；,
9、（,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,）生產(chǎn)過程中,不易析晶,。,（二）對器皿玻璃的基本要求,要求器皿玻璃具有高的,透明度,，白色或,鮮艷的顏色,，具有一定的,熱穩(wěn)定性,和,化學(xué)穩(wěn)定性,和,機械化強度,。,器皿玻璃對原料,含鐵量有,一定要求,。,壓制法,可用整體成形,口大底小,的簡單制品，也可采用,開模方法,生產(chǎn)形狀復(fù)雜的制品。工藝簡單，一般經(jīng),火,拋光后，進行,退火或鋼化,即成為產(chǎn)品。,壓吹法,是先制成制品雛形，然后再移入成形模中吹成制品。圖為,壓吹法成形廣口瓶示意圖。,利用離心澆注法可制造大直徑,玻璃管,和空心制品等。玻璃,料滴,進入模子后
10、，由于,離心力,而緊貼于,模子壁,上，同時模內(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)中有一個,重要工序,。,（二）平板玻璃生產(chǎn)工藝特點,窯內(nèi)各項熱工制度非常穩(wěn)定并易于調(diào)整，要求窯內(nèi),溫度穩(wěn)定、窯壓穩(wěn)定，液面穩(wěn)定,等。,浮法生產(chǎn)工藝中，在錫槽中進行成形（詳見一篇第六章）。成形階段的玻璃,液粘度,、,表面張力,等流變性能必須嚴(yán)格控制，以適應(yīng)成形的各個階段。,成形,過程,是：冷卻至,1100,左右,的玻璃在重力作用下從,窯尾部,經(jīng),流槽,不斷流入,錫槽,，熔融,錫液,承托起
11、,玻璃液,，為,玻璃帶,成形提供了良好的,物理界面,。在,重力,、,表面張力,及,拉引力,的作用下，玻璃液攤開成,玻璃帶,，向錫槽尾部,拉引,，經(jīng),拉薄,、,硬化,、,冷卻,后被引上,過渡輥臺,，輥臺輥子,轉(zhuǎn)動,，把玻璃帶拉出,錫槽,，進入退火窯。玻璃帶離開,錫槽時,的溫度大約為,600,左右。,退火窯出來的玻璃,玻璃切割,玻璃的收片和包裝,有槽垂直引上法成形平板玻璃，其成形特點是,利用槽子磚成形,。,靜壓力作,用，玻璃液從,槽口,向上涌出形成,板根,，板根處,玻璃受,引上機,石棉輥,拉引，繼續(xù)上升，并經(jīng)受,水冷卻器急劇冷卻,，逐漸硬化形成玻璃板，進入,引上機,膛退火。 原板經(jīng)切割成原片。玻璃
12、,性質(zhì),、,板根,成形、,邊子成形,、,原板拉伸力,是影響玻璃成形的決定性因素。,壓延玻璃（,rolled glass,）,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,用水冷卻,的上下,一對輥子,之間，未冷卻的玻璃,液,被壓延成,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),玻璃被向前拉引，經(jīng)輸送輥道進入,退火窯,，徐冷到室溫。,夾絲玻璃（,wired glass,）,也用壓延法生產(chǎn)。,四、儀器玻璃,（一）對儀器玻璃的基本要求,要求儀器玻璃有良好的,化學(xué)穩(wěn)定,性，主要表現(xiàn)為對,酸、堿和水,的侵蝕抵抗性好。,要求玻璃抗熱沖擊性好，即玻
13、璃對,冷熱急變,的抵抗能力強。,同時要求玻璃,機械強度，彈性好、脆性低、硬度高，使用溫度高,，即有較高的軟化溫度及良好的工藝性能。根據(jù)儀器玻璃的各種不同用途和制造工藝選擇不同成分，以滿足不同的使用要求。,瓶坯成形,封 口,高爐出鐵溝,煉鐵高爐,五、顏色玻璃及其著色劑著色機理,（一）概述,若在玻璃配合料加入著色劑（,colouring,agent,），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（,coloured,glass,）。,顏色玻璃,具有悠久,的歷史，本世紀(jì)內(nèi)得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。,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,
14、投射透明物體,上，若全部,透過,，則呈現(xiàn)無色；如果,吸收某些波長的光,，而透過另,一部分波長的光,，則,呈現(xiàn)與透過部分相應(yīng)的顏色,。,物質(zhì)吸光的波長與呈現(xiàn)顏色的關(guān)系如表,2-4-25,所示。,（二）玻璃著色劑,第五節(jié) 玻璃的深加工,玻璃制品成形后，大部分還需進行進一步加,工，以得到,符合要求制品,。玻璃制品的加工,可以分為,冷加工、熱加工和表面處理,三類。,一、冷加工,通過機械方法改變玻璃制品的外形和表面狀,態(tài)，稱為冷加工（,cold work,）。,方法,有研磨拋光、切割、噴砂、鉆孔和切,削。,二、熱加工（,heat work,）,工對器皿玻璃、儀器玻璃十分重要。通,過,熱加工,一方面可以進
15、行,成形,，另一方面也,可以改善制品,性能及外觀質(zhì)量,。,經(jīng)過熱加工的制品，應(yīng),緩慢冷卻,，防止炸,裂或產(chǎn)生大的,永久應(yīng)力,。有些制品還需進行,二次退火。,玻璃制品,熱加工的方法有,燒口、,火拋光、火焰切割，或鉆孔、焊接,。,三、玻璃的表面處理（,surface treatment of glass,） ：可歸納為三類。,第一，形成玻璃的,光滑面或散光面,；通過表面處理控制玻璃表面的,凹凸,，例如器皿玻璃的,化學(xué)蝕刻,、玻璃的,化學(xué)拋光,等。,第二，改變玻璃表面的,薄層組成,，改善表面性質(zhì)，以得到新的性能，如,表面著色、改善玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性,等。,第三，進行表面涂層，如,鏡子的鍍銀、表面導(dǎo)電玻
16、璃,、,憎水玻璃,等。,影響,玻璃熱鋼化,（,air tempered,）的因素有,淬火,溫度、,介質(zhì)傳熱速率,、,玻璃厚度,、玻璃組成等。,玻璃的,化學(xué)鋼化,（,chemical,stregthned,）是基于玻璃,表面離子的遷移,（擴散）。,過程是把加熱的含堿玻璃浸于熔融鹽浴中處理，通過玻璃與熔鹽的,離子交換,改變,玻璃表面,的化學(xué)組成使玻璃表面,壓應(yīng)力層,。,夾層玻璃是,兩片或兩片,以上玻璃用,合成樹脂膠片,（聚乙烯醇縮丁醛薄膜）,粘結(jié),在一起而制成的一種,安全玻璃。,中空玻璃是一種節(jié)約能源的玻璃制品，它主要用于,采暖和空調(diào),的建筑中，其生產(chǎn)方法有膠接法、焊接法、熔接法。,膠接法,是把玻
17、璃與周邊支撐框架,膠接,在一起；,焊接法,是把玻璃與周邊,支撐框架焊接,在一起；,熔接法,是把兩塊玻璃的,周邊加熱后對接,而成。,中空玻璃的性能主要指導(dǎo)熱、隔熱、隔音及結(jié)露等。,總結(jié),，建筑玻璃深加工既有,冷加工,，也有,熱加工,和,表面處理,等。加工后，不僅增添了新的性能與擴大用途，而且其,價值,遠遠超過了,深加工前的產(chǎn)品,。,第七節(jié) 特種玻璃，又叫,新型玻璃,除,日用玻璃,以外，采用,精制、高純或新型原料,，采用,新工藝,在,特殊條件下或嚴(yán)格控制形成過程,制成的一些具有,特殊功能,或,特殊用途,的玻璃，也包括經(jīng),玻璃晶化,獲得的,微晶玻璃,。它們是在普通玻璃所具有的,透光性，耐久性、氣密性
18、、形狀不變性、耐熱性、電絕緣性、組成多樣性、易成型性,等優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，通過使玻璃具有特殊的功能，或?qū)⑸鲜瞿稠?特性發(fā)揮至極點,，或?qū)⑸闲g(shù)某項,特性置換為另一種特性,，或,犧牲上述某些性能而賦予某項有用的特性之后,獲得的。,習(xí)慣上，人們把能夠大規(guī)模生產(chǎn)的,平板玻璃、器皿玻璃、電真空玻璃和光學(xué)玻璃,稱作普通玻璃，而把,SiO,2,含量,在,85%,以上,或,55%,以下,的硅酸鹽玻璃，非硅酸鹽氧化物玻璃（如硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽、鋁酸鹽及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）以及非氧化物玻璃（如鹵化物、氮化物、硫系物、硫鹵化物和金屬玻璃等新型無機玻璃系統(tǒng)）等稱作,特種玻璃,。某些特種玻璃已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而,
19、大部分特種玻璃,雖具有廣泛的應(yīng)用前景，還處于,研究開發(fā),之中。,一、特種玻璃概述,特種玻璃以其所具的,功能特性,可以分為,光學(xué)功能玻璃、電磁功能玻璃、熱學(xué)功能玻璃、力學(xué)功能玻璃、化學(xué)功能玻璃及生物功能玻璃,等。,特種玻璃是高技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少的材料，特別是,光電子技術(shù)開發(fā),的基礎(chǔ)材料。,通訊光纖,已經(jīng)作為實現(xiàn)通訊技術(shù)革命的,主角,，在現(xiàn)行的,信息高速公路,中起著特別重要的作用。,二、光學(xué)功能玻璃,使用于,玻璃窗、玻璃杯,等的傳統(tǒng)玻璃是以“,透明,”為特征的。在特種玻璃中，以光性能優(yōu)異的光學(xué)功能玻璃種類最多，用途最廣。,就其功能而言，光學(xué)功能玻璃主要包括,光傳輸功能、激光發(fā)射功能、光記憶功能、光
20、控制功能、非線性光學(xué)功能、感光及光調(diào)節(jié)功能、偏振光起偏功能,等。其種類和代表組成與應(yīng)用列于表,2-4-30,。,以,光傳輸,為特征的功能玻璃包括,光學(xué)纖維（簡稱光纖）、光波導(dǎo)、微透鏡玻璃、透紅外玻璃,等，,光纖,是現(xiàn)代通訊技術(shù)的,核心,，使通訊技術(shù)獲得了,革命性的進步,。,光波導(dǎo)玻璃,是在玻璃板上形成光的通路，是,光集成電路,的重要組成部分，也是未來,信息,技術(shù)中不可缺少的,元件,。,微透鏡玻璃則是,利用折射率分布光纖的透鏡,作用，用于,圖像傳輸,等。,透紅外玻璃主要用于,紅外激光、紅外光學(xué),的窗口材料，以及,紅外光信息與激光的傳輸,等。,特種玻璃的加工技術(shù),特種玻璃可以通過改變普通玻璃的,成
21、分、制備方法,獲得。有些特種玻璃是普通玻璃或特殊成分的,玻璃,經(jīng)過,特殊,的加工處理之后,獲得,。,形成特種玻璃的主要加工方法有,摻雜、超純化,、,離子交換,、,分相與晶化,、,表面鍍膜,、激活結(jié)構(gòu)、,機械拉伸,、離子注入以及,復(fù)合化,等。,三、光致變色玻璃,作為,太陽鏡,等得到應(yīng)用的,光致變色,玻璃，是含有,鹵化銀的鋁硼硅酸鹽玻璃,或,鋁磷酸鹽玻璃,。含鹵化銀光致變色玻璃的典型配方如表,2-4-37,。（,p 309,頁）,四、生物功能玻璃,生物玻璃,在體內(nèi)與,自然骨,形成,化學(xué)鍵,合的,機理,：,玻璃表面溶解出,Na,、,Ca,和,P,等離子，玻璃在體內(nèi)形成,富,Si,的,凝膠,層，,骨芽
22、細胞,在,增殖過程,中，,骨膠原纖維,可以進入,凝膠層,內(nèi)，由于,Ca,和,P,的富集同時生成,羥基磷灰石晶體,。,磷灰石晶體,在與周圍,自然骨延伸,過來的,新生骨相遇,時，與其中的,羥基磷灰石,形成牢固的,化學(xué)鍵,。,表面,羥基磷灰石層,與,骨膠原纖維,能形成很強的,化學(xué)鍵,。生物玻璃也能通過這一,羥基磷灰石,和,骨膠原纖維,層與,軟組織形成牢固,的化學(xué)鍵。,由于玻璃表面是一,層凝膠,，比較容易,開裂,，結(jié)合,并不是十分牢固,。,五、多孔玻璃,以由玻璃分相制備多孔玻璃為例，說明多孔玻璃的制備方法。,（,1,）玻璃熔融,。,（,2,）分相處理,（,3,）酸處理。,通常一相易溶于酸，而另一相難溶于酸，所以，將分相玻璃浸漬在酸性溶液浸漬的酸性溶液中，易溶于酸的一相被溶解，而另一相被作為骨架保存下來，形成了多孔玻璃。,分相是制造,均勻玻璃中所要,避免,的一種,現(xiàn)象,，而,多孔玻璃,的制備,正是巧妙地,利用了這一現(xiàn)象。迄今開發(fā)的部分,多孔玻璃,體系列于表,2-4-43,。,
11 - 第2篇第4章 玻璃
