玻璃工艺学复习材料

玻璃工艺学复习重点第一章绪论狭义的玻璃定义为：玻璃是一种熔融物冷却、凝固的非结晶（在特定条件下也能成为晶体）无机物质，是过冷的液体。广义的玻璃定义是：结构上完全表现为长程无序的、性能上具有玻璃转变特性的非晶态固体。玻璃是一种具有无规则结构的非晶态固体。玻璃具有如下的特性：1、各向同性； 2、无固定熔点； 3、亚稳性（介稳性） 4、变化的可逆性； 5、可变化性。晶子学说是由门捷列夫于1921 年提出的。晶子学说的成功之处在于它解开了玻璃是我微观结构不均匀性和近程有序的结构特性。无规则网络学说：其排列是无序的，缺乏对称性和周期性重复，因而其内能大于晶体。 无规则网络学说宏观上强调了玻璃中多面体相互排列的连续性，统计均匀性和无序性。晶子学说以玻璃结构的近程有序为出发点， 而无规则网络学说则强调了玻璃结构的连续性、统计均匀性和无序性。准晶是具有准周期平移格子构造的固体， 其中的原子常呈定向有序排列，但不做周期性平移重复， 其对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称（如 5 次对称轴）。液晶：在一定温度范围出现液晶相， 在较低温度为正常传晶的物质。从宏观物理性质看：液晶既有液体的可流动性、粘滞性，又具有晶体的各向异性。从微观结构上看， 晶体具有一定的长程有序性，即分子按某一从优方向排列，这是其物理性质各向异性的主要原因。然而，液晶又是平移无序或部分平移无序的，因而也具有某些类似液体的性质。网络形成体（玻璃形成体）氧化物能单独形成玻璃。 网络外体（玻璃整体）氧化物不能单独形成玻璃。网络中间体（玻璃中间体）氧化物一般不能单独生成玻璃。第二章玻璃的主要性质粘度是度量流体粘性大小的物理量。粘度的物理意义是指面积为A的两平行液层，以一定的速度梯度dv/dx 移动时需要克服的摩擦力。石英颗粒的溶解、扩散速度加快，有利于玻璃的快速形成。在璃的澄清过程中， 气泡在玻璃液中的上升速度与玻璃液的粘度成反比。在玻璃的均化过程中， 不均质体的扩散速度也与玻璃的粘度成反比关系，因此玻璃粘度的降低，可加速不均物质和气泡的扩散，加快玻璃液的均化过程。短型玻璃成型速度快。玻璃的粘度随温度降低而逐渐增大，但随温度变化的粘度变化率有所不同，这种现象称为玻璃的料性。在硅酸盐玻璃中，粘度主要取决于硅氧四面体的连接程度。其他条件相同的前提下， 玻璃的粘度随玻璃熔体中的阳离子与氧的键力增大而增大。阳离子的配位状态对玻璃粘度也有重要影响。表面张力：作用在单位长度液体表面使之收缩的力。玻璃的表面张力的物理意义： 玻璃与另一相接触的分界上 （一般指空气），在恒温，恒容下增加一个单位表面所做的功。熔融玻璃的表面张力在玻璃制品的生产中的重要意义：1、澄清时，表面张力在一定程度上决定了气泡的成长和溶解，以及从玻璃中排出的速度； 2、均化时，表面张力大小控制条纹和节瘤的扩散和溶解的速度； 3、成型时，借助表面张力，使之达到一定的形状；4. 拉制玻管，玻棒或玻璃丝时，借助表面张力的作用才能获得需要的产品。产生表面张力作用力的实质就是玻璃熔体质点间的化学键的强度大小，化学键强度越大，则表面张力越大；反之就越小。O/Si 比值越小，则表面张力越小。碱金属氧化物的加入使玻璃的表面张力增大。Al 2O3 ， CaO,MgO,BaO等 氧 化 物 能 提 高 玻 璃 表 面 张 力 ，PbO,B2O3, SbO3，P2O5 等氧化物在含量较大时能降低玻璃的表面张力，CrO3,V 2O5,MoO3，WO3氧化物使用量不多时也能降低玻璃的表面张力。随温度的升高，表面张力降低.溶体周围的气氛的性质也在一定程度上影响熔体的表面张力。玻璃的机械力学性质主要包括：玻璃的密度，玻璃的机械强度，玻璃的弹性玻璃的硬度和脆性等。影响玻璃密度的主要因素有玻璃的组成、温度、热历史和压力等。玻璃的密度随温度的升高而降低。材料的理论强度就是从不同的理论角度来分析材料所能承受的最大应力或分离原子（离子或分子等）所需的最小应力。其只取决于原子间的相互作用以及热运动。对玻璃产生影响的主要因素有： 化学键强度、表面微裂纹、微不均匀性、结构缺陷和外界条件如温度、活性介质、疲劳等。提高玻璃强度的方法： 1、对玻璃进行物理、化学强化，是玻璃表面形成应力层； 2、对玻璃进行表面处理和表面涂层，减少和消除玻璃的表面缺陷； 3、对玻璃进行微晶化处理，消除玻璃的微不均匀；4、与其他材料进行复合化处理。影响玻璃弹性模量的主要因素： 1、化学组成，化学键键力越强，变形则越小，结构越坚硬弹性模量也越大； 2、温度，大多数硅酸盐玻璃的弹性模量随温度的上升而降低， 而石英玻璃，高硅氧玻璃和派来克斯玻璃由于热膨胀系数小，其弹性模量随温度上升而增加。 3、热处理。硬度是表示材料抵抗其他固体侵入而不产生残余变形的能力。 硬度的表示方法有莫氏硬度（划痕法） ，显微硬度（压痕法），研磨硬度（磨损法），刻划硬度（刻痕法）等。玻璃的硬度主要取决于玻璃的化学组成及结构。 玻璃网络生成体阳离子使玻璃的硬度提高， 而网络调整体离子使玻璃的硬度下降。 对于同类型玻璃来说， 玻璃的硬度随网络外离子的半径减小和电价上升而增加。玻璃的脆性通常用破坏时所受到的抗冲击强度来表示， 也可用玻璃的抗压强度与抗冲击强度之比来表示。玻璃的热学质包括：热膨胀系数，导热性，比热，热稳定性和热后效应等。氧化物对热膨胀系数的影响主要取决于阳离子与氧离子键的键强、玻璃网络结构紧密和阳离子配位状况。温度及热处理对热膨胀系数也有一定的影响。 热膨胀系数随温度的升高而增大，微观结构的致密性能降低热膨胀系数。导热系数表示材料传导热量能力，玻璃的导热系数是温度梯度为1 时，在单位时间内通过实体单位很界面上的热量来则定。玻璃导热系数的影响因素主要有温度、化学组成和颜色。导热系数随温度的升高而增加。玻璃的热稳定性是玻璃经受剧烈的温度变化而不破坏的性能。 它是一系列玻璃的物理性质如热膨胀系数、弹性模量、抗张强度、导热系数、比热容、密度的综合表现。玻璃制品在使用过程中抵抗周围介质（水、酸、碱、大气及化学试剂溶液）侵蚀的能力称为玻璃的化学稳定性。水对玻璃的侵蚀始于水中的氢离子和玻璃中的阳离子进行离子交换。氢氟酸对玻璃的侵蚀是直接与玻璃的硅氧骨架进行反应。除氢氟酸外一般的酸都通过水的作用侵蚀玻璃。 大气对玻璃的侵蚀实质上是水汽、二氧化碳。二氧化硫等对玻璃侵蚀的总和。影响玻璃化学稳定性的因素： 1、化学组成。二氧化硅和碱金属氧化物的含量，二氧化硅含量越多，即硅氧四面体互相连接紧密，玻璃的化学稳定性越高； 碱金属氧化物含量越高， 网络结构被破坏越严重，玻璃化学稳定性越差： 2、高温高压使玻璃的化学稳定性降低 “3、热处理； 4、表面状况。物质的导电为离子导电和电子导电两种。 一般硅酸盐玻璃主要是离子导电；某些过渡元素氧化物玻璃和硫属化合物半导体玻璃具有电子导电的特性。玻璃的介电性主要包括介电常数、介电损耗和介电强度。玻璃的折射率可以理解为电磁波在玻璃中传播的速度的降低。玻璃内部离子的极化率和玻璃的密度， 对玻璃的折射率有很大的影响。玻璃的折射率是各组成离子极化程度的总和。玻璃的折射率随入射光波长不同而不同的现象，叫做色散。从玻璃表面反射回去的光强与入射光的强度之比称为反射率。第三章玻璃的原料进行原料选择时，应遵循如下规则：1、原料的质量必须符合要求，而且稳定。原料的质量要求包括原料的化学成分、矿物组成（结晶状态）和原料的颗粒组成等指标；2、易于加工处理； 3、成本低，能大量供应； 4、少用过轻和对人体健康、环境有害的原料；5、对耐火材料侵蚀要小。主要原料：石英砂、长石、叶腊石、石灰石、白云石、纯碱、硼砂、硼酸、芒硝、等矿物原料与化工原料。二氧化硅是硅酸盐玻璃的主要成分，构成玻璃网络骨架， 赋予玻璃许多优良性能。熔制玻璃采用的石英砂最适宜的粒度为0.15-0.18mm,其中0.25-0.50mm 的颗粒应不少于90%，0.10mm以下的不超过 5%。氧化钙是玻璃调整体， 主要作用是稳定剂， 既提高玻璃的化学定性和机械强度，但含量较高时，增加玻璃的析晶倾向， 且使玻璃发脆，故用量应小于 12.5%。氧化镁钠钙硅玻璃中为网络外体氧化物，玻璃中以 3.5%一下的氧化镁代替氧化钙，可是玻璃硬化速度变慢，改善玻璃的成型性能，氧化镁降低结晶倾向和结晶速度， 增加玻璃的高温粘度， 提高玻璃的化学稳定性和机械强度。玻璃的辅助原料： 澄清剂、着色剂 离子着色剂、胶体着色剂（金化合物、银化合物、铜化合物）硫硒化合物着色剂 、脱色剂、助溶剂、氧化剂和还原剂。第四章玻璃配合料制备工艺玻璃成分的设计原理：1、根据组成、结构和性质的关系，使设计的玻璃能满足预定的性能要求；2、根据玻璃形成图和相图，使设计的组成能够形成玻璃，并在一般的情况下（微晶玻璃除外）具有较小的析晶倾向； 3、根据生产条件使设计的玻璃能适应熔制，成型，加工等工序的实际要求；4、玻璃成分的设计必须满足绿色、环保的要求； 5、所涉及的玻璃硬成本低廉，原料易于获取。第五章玻璃的制备工艺玻璃窑炉（火焰窑）由玻璃熔制，热源供给，余热回收，排烟供气四部分组成。燃煤气池窑的小炉由空气通道、 煤气通道、舌头、预热室和碰出口组成。玻璃的熔制过程可分为硅酸盐形成、 玻璃液的形成、玻璃的澄清、均化、冷却五个阶段。玻璃液中的气体存在形式：可见气泡、溶解状、吸附性气体玻璃的熔制制度： 1、温度制度 确定一条合理的温度曲线，并保持相对稳定； 2、压力制度 保持零压和微正压； 3、气氛制度 使窑内气氛呈中性或氧化性； 4、液面制度 保持一定的液面高度，不能有太大的波动。提高玻璃熔制速度和质量的途径： 1、改进配合料的质量； 2、使用加速剂； 3、改进投料方式； 4、采用新型加热熔制工艺； 5、使用机械搅拌和鼓泡玻璃的粘度随温度的降低而逐渐增大的特性是成形和定形的基础。玻璃的成形方法：压制法、吹制法、拉制法、压延法、浇铸法、离心法、烧结法、滚制成球法。平板玻璃的成形方法：有槽法、无槽法、对胄法、平拉法、浮法（浮法的成形过程是玻璃液流经流槽流淌到锡槽内的锡液上，在表面张力和重力作用下， 摊平成玻璃带， 在拉引力作用下向锡槽尾部飘移，经抛光，拉薄，硬化，冷却后，被引上过渡台，送到退窑退火。浮抛介质一般有：镓、铟、锡。保护气体有：纯氮气、氢气。玻璃体的缺陷：气泡，结石、条纹、节瘤和线道第六章玻璃的热处理玻璃的退火是把玻璃制品在一定范围内进行热处理， 使因温差而引起永久应力消除或减小到允许值得过程。将平板玻璃或其他玻璃制品物理的或化学的方法处理， 是玻璃表面层产生均匀分布的永久应力， 从而获得高强度和高热稳定性的玻璃的深加工方法称为玻璃的钢化。玻璃的化学钢法是指高温下玻璃中的碱金属离子与熔盐中的碱金属离子互相扩散交换， 在玻璃表面层产生强压缩应力， 是一种是玻璃强度增大的方法。微晶玻璃是由特定组成的基础玻璃在一定温度下控制下控制结晶或诱导析晶而制得的晶粒细小并均匀分布在玻璃体中的多晶复合材料。可控析晶是制造微晶玻璃的基础， 而核化和晶体长大是实现可控析晶的关键。玻璃的基本热加工原理与玻璃成形的原理相似，主要是利用玻璃粘度随温度改变的特性、表面张力以及导热系数来进行的。玻璃的基本热加工方法有烧口、真空成形、火抛光、火焰切割或钻孔、槽沉、热弯、塑形、摊平与灯工。玻璃的封接原理： 1、两种材料间有良好的粘着力；2、热膨胀系数总有差异。第七章玻璃表面处理玻璃的研磨过程是机械剥离和化学剥离反复循环的过程。玻璃的机械抛光过程是玻璃水解产物反复去除的过程。玻璃表面的化学抛光原理是利用氢氟酸破坏玻璃表面原有的硅氧膜生成一层新的硅氧膜，以使玻璃得到很高的透过率且表面光洁。玻璃表面着色主要分为扩散着色与辐照着色。玻璃表面镀膜的方法有化学法与物理法。化学法：还原法、气相沉积法、水解法、溶胶 - 凝胶法物理法：真空蒸发法、阴极溅射法、电子束沉积法、离子镀膜法第八章玻璃的增韧强化玻璃增韧的基本思路：1、采用化学或物理方法改变玻璃表面应力性质，以抑制玻璃表面微裂纹生成；2、改善玻璃基本组织结构，以抑制玻璃表面微裂纹生成或者阻止微裂纹的扩散；3、利用断裂韧性值搞得材料与玻璃复合，以得到脆性低，韧性高的材料。表面强化增韧就是采用在玻璃表面涂敷致密涂层或改变玻璃表面结构等方法， 以修复表面微裂纹， 或使玻璃表面形成压应力来增强玻璃韧性的方法。玻璃基体结构强化增韧就是通过调整玻璃化学成分， 改善玻璃基体结构，以抑制玻璃表面微裂纹生成或阻止微裂纹的扩散来增强玻璃韧性的方法。氧氮化物玻璃是指硅酸盐玻璃中的氧被氮部分取代制的的一种玻璃材料。氧氮玻璃的硬度随氮含量的增加而提高， 弹性模量随氮含量的提高而有所提高，断裂韧性值也随之提高。玻璃的物理钢化处理， 即采用表面急冷的处理方法， 可以是微晶玻璃的应力分布发生变化，使玻璃便面产生均匀的表面压应力。在玻璃晶化过程中， 利用表面微晶生长速度的差异， 使其玻璃内部析出表层不同组成的微晶体。夹层玻璃是由两片或两片以上的玻璃用透明的弹性胶片牢固粘合而成的。夹层玻璃的特性：安全特性、安保防范特性、隔音特性、防护特性、艺术特性。防弹玻璃是一种能够抵御枪弹乃至炮弹射击而不被穿透破坏， 最大程度的保护人身安全的玻璃。第九章新型功能玻璃制品