玻璃基础理论介绍

1、整理课件 基础理论课程基础理论课程玻璃玻璃介绍介绍整理课件主要内容主要内容1.玻璃是什么及玻璃结构玻璃是什么及玻璃结构. 2.玻璃三个主要特性玻璃三个主要特性. 3.玻璃种类玻璃种类.4.玻璃粘度玻璃粘度.5.玻璃主要成分玻璃主要成分.6.热导率热导率.7.电导率电导率.8.热膨胀和应力热膨胀和应力.9.玻璃机械强度玻璃机械强度.10.玻璃表面张力玻璃表面张力.11.有关玻璃其它方面的一些理论知识有关玻璃其它方面的一些理论知识.整理课件1.玻璃是什么及玻璃结构玻璃是什么及玻璃结构1.玻璃是什么玻璃是什么?玻璃在几千年前就在自然界中被发现物质玻璃在几千年前就在自然界中被发现物质,有着广泛的应用有

2、着广泛的应用.在一些情况下在一些情况下,如果液如果液体的冷却速度非常快体的冷却速度非常快,液体或变的很粘液体或变的很粘,不同的粒子流动性很低不同的粒子流动性很低,这样就失去规则结这样就失去规则结构构,象这样的材料称之为玻璃象这样的材料称之为玻璃.玻璃是不规则的结构、非晶体并且是不均匀的玻璃是不规则的结构、非晶体并且是不均匀的.玻璃在加热后化学键在不同的时玻璃在加热后化学键在不同的时间内断开间内断开.不同的材料有不同的结构不同的材料有不同的结构,如食盐或金属其基础结构是立方体如食盐或金属其基础结构是立方体,是规则的结构、结是规则的结构、结晶体并且是均匀的晶体并且是均匀的.金属在加热后化学键在相同

3、的时间内断开金属在加热后化学键在相同的时间内断开.玻璃结构玻璃结构:整理课件1.玻璃是什么及玻璃结构玻璃是什么及玻璃结构1.什么是理想的晶体结构什么是理想的晶体结构?(也称规则结构也称规则结构).当结晶速度大于冷却速度时就可以形成理想的晶体结构当结晶速度大于冷却速度时就可以形成理想的晶体结构,也称规则结也称规则结构构,反之就形成不理想的非晶体结构反之就形成不理想的非晶体结构,也称不规则结构也称不规则结构. 规则结构规则结构: 不规则结构不规则结构:整理课件1.玻璃结构玻璃结构温度温度熔化点熔化点固体固体液体液体玻璃玻璃金属金属整理课件 2.玻玻 璃璃 三个主要特性三个主要特性1.玻璃有哪三个主

4、要特性玻璃有哪三个主要特性 ?玻璃没有固定的熔点玻璃没有固定的熔点,只有一个熔解范围只有一个熔解范围.玻璃在低温下是热的不良导体玻璃在低温下是热的不良导体.玻璃在高温下是热的良导体玻璃在高温下是热的良导体.玻璃有很高的表面张力玻璃有很高的表面张力. 整理课件 3.玻璃种类玻璃种类1.玻璃的种类有哪些玻璃的种类有哪些 ?玻璃的种类有三大类玻璃的种类有三大类: 软料玻璃、硬料玻璃和软料玻璃、硬料玻璃和石英玻璃或二氧化石英玻璃或二氧化 硅玻璃硅玻璃.软料玻璃包括软料玻璃包括:石灰料玻璃和铅玻璃石灰料玻璃和铅玻璃. 软料玻璃膨胀系数软料玻璃膨胀系数:=90- 100X10-7/度度 硬料玻璃包括硬料玻

5、璃包括:硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃. 硬料玻璃膨胀系数硬料玻璃膨胀系数:=35-40 X10-7/度度 石英玻璃或二氧化硅玻璃膨胀系数石英玻璃或二氧化硅玻璃膨胀系数:=6.5X10-7/度度整理课件 3-1.石灰料玻璃石灰料玻璃1.石灰料玻璃的主要成分是那些石灰料玻璃的主要成分是那些? 71%的二氧化硅的二氧化硅,玻璃生成体玻璃生成体.17%的氧化钠的氧化钠,软化剂软化剂.5%的氧化钙的氧化钙, 增加化学耐用性增加化学耐用性.2.主要运用主要运用:室内光源的玻壳室内光源的玻壳.(例如例如:GLS及及TL)3.主要规格主要规格:(1)290苏打石灰料玻璃苏打石灰料玻璃.

6、 (2)291铅玻璃铅玻璃. (3)203玻璃玻璃. (4)241玻璃玻璃. (5)320玻璃防风化玻璃玻璃防风化玻璃. (由于天气因素造成腐蚀由于天气因素造成腐蚀,如高的湿度弱化玻璃如高的湿度弱化玻璃,使玻璃表使玻璃表 面模糊面模糊). 整理课件 3-2.铅玻璃铅玻璃1.铅玻璃的主要成分是那些铅玻璃的主要成分是那些? 62%的二氧化硅的二氧化硅,玻璃生成体玻璃生成体.21%的氧化铅的氧化铅,增加防电解能力增加防电解能力.7% 的氧化钠和的氧化钠和,7%的氧化钾的氧化钾. 2.主要运用主要运用:室内光源的灯芯和汽车灯室内光源的灯芯和汽车灯.3.主要规格主要规格: (1)01玻璃玻璃(30%氧化

7、铅氧化铅) (2)78玻璃玻璃(36%氧化铅氧化铅) (3)291玻璃玻璃(21%氧化铅氧化铅)灯泡应用中的标准玻璃灯泡应用中的标准玻璃. 备注备注:由于环境因素由于环境因素,现在许多工厂换用现在许多工厂换用360玻璃玻璃,是一种无铅玻璃是一种无铅玻璃 里面铅的功能用钡来代替里面铅的功能用钡来代替,有时指的是钡玻璃有时指的是钡玻璃.整理课件 3-3.硼硅酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃1.硼硅酸盐玻璃的主要成分是那些硼硅酸盐玻璃的主要成分是那些? 72%的二氧化硅的二氧化硅,玻璃生成体玻璃生成体.17%的三氧化二钡的三氧化二钡,玻璃硬化剂玻璃硬化剂.5% 的氧化钠的氧化钠. 2.主要运用主要运用:室外光源

8、室外光源HID灯中使用灯中使用,较低的膨胀系数可防热爆较低的膨胀系数可防热爆.3.主要规格主要规格: (1)8486玻璃玻璃,生产玻壳生产玻壳. (2)8487玻璃玻璃,生产玻管生产玻管. 整理课件 3-4.铝硅酸盐玻璃铝硅酸盐玻璃1.铝硅酸盐玻璃的主要成分是那些铝硅酸盐玻璃的主要成分是那些? 60%的二氧化硅的二氧化硅,玻璃生成体玻璃生成体.5%的三氧化二钡的三氧化二钡.17%的三氧化二的三氧化二 铝铝,玻璃硬化剂玻璃硬化剂.2.主要运用主要运用:室外光源特种室外光源特种HID灯中使用灯中使用,金卤灯和汽车灯金卤灯和汽车灯,因为其防因为其防 热爆性比硼硅酸盐玻璃更高热爆性比硼硅酸盐玻璃更高.

9、3.主要规格主要规格: (1)180玻璃玻璃. (2)1724玻璃玻璃. (3)1725玻璃玻璃. 整理课件 3-5.石英玻璃或二氧化硅玻璃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的主要成分是那些? 石英玻璃或二氧化硅玻璃是石英玻璃或二氧化硅玻璃是100%的二氧化硅的二氧化硅. 2.主要运用主要运用:HID电弧管电弧管,卤钨灯和汽车灯卤钨灯和汽车灯.它有特殊的防热爆性和非它有特殊的防热爆性和非 常高的软化点常高的软化点.3.主要规格主要规格: (1)300玻璃玻璃. (2)214玻璃玻璃. 整理课件 3-6.掺杂石英玻璃掺杂石英玻璃1.掺杂石英玻璃

10、掺杂石英玻璃 在石英玻璃中加入少量其它材料可改变纯石英的特性。 a. 飞利浦 521 成分: 同300类似.但掺杂了Al,Ce,Ti和K以降低粘度,可以增加生产速度。主要应用: 汽车灯 (H 4)最高温度850oCb. 飞利浦361 成分: 类似于300，但掺杂了铈, 钛和铝以改变UV输出。主要应用: 卤钨灯 和H.I.D.灯最高温度 850oC 整理课件3-7.维克玻璃维克玻璃C. 维克玻璃维克玻璃成分: 一种经过化学处理，去除添加物再熔合的硼硅酸盐玻璃。这种玻璃较便宜，而且比用天然晶体生产的石英光学性能更好。 96% SiO2 4 % B2O3主要应用: 过去在Philips内制造汽车灯。

11、最高温度850oC整理课件 4.玻璃粘度玻璃粘度1.什么是粘度？什么是粘度？ 粘度是流动的阻力粘度是流动的阻力,可用可用dPa.s表示表示(十分之一帕十分之一帕.秒秒,或泊来表示或泊来表示). 例如例如:在糖水中和在水中搅动汤勺在糖水中和在水中搅动汤勺,比较受到的阻力比较受到的阻力,粘度同流动性粘度同流动性 成反比关系成反比关系,温度越高温度越高,粘度越低粘度越低. 下面是一些粘度的例子下面是一些粘度的例子:- water水水 (20o C): visc. 0.01 poise- syrup糖浆糖浆 (20o C): visc. 300 poise- wax蜡蜡 (20oC): visc. 1

12、010 poise- soft glass软料玻璃软料玻璃 (20o C): visc. 1020 poise (600o C):visc. 1010 poise (1200o C): visc. 103 poise整理课件Visc.(Pois粘粘 度度1014.510131012.4107.4104102Strain point屈服点屈服点: The viscosity point where stresses are relieved in hours 应力能在几小时内消失的粘度点应力能在几小时内消失的粘度点 Annealing point退火点退火点:The viscosity poin

13、t where stresses are relieved in minutes. 应力能在数分钟内消除的粘度点应力能在数分钟内消除的粘度点 Philips Softening point:菲利浦软化点：菲利浦软化点：Glass can be deformed by an applied force and internal stresses are relieved in seconds.在施加外力情况下玻璃会在施加外力情况下玻璃会变形，应力能在数秒内消除变形，应力能在数秒内消除 American Softening point:美国软化点：美国软化点：The viscosity point

14、 where the glass deforms by its own (surface tension, gravity) and the glass starts to stick.玻璃自己就会变形的粘度点（表面张力，重力），玻璃开始玻璃自己就会变形的粘度点（表面张力，重力），玻璃开始可以粘住。可以粘住。Working point:工作点：工作点：The viscosity point where glass can be processed on commercial machines.玻璃可以在商业设备上加工的玻璃可以在商业设备上加工的粘度点粘度点 。Melting point熔化点：

15、熔化点：Temp.liquidviscousbrittle4.玻璃粘度玻璃粘度整理课件4.玻璃粘度玻璃粘度注意注意:这些点的粘度值对所有的玻璃都是相同的这些点的粘度值对所有的玻璃都是相同的.对于不同的玻璃对于不同的玻璃,唯一不同的是这些点所对应的温度值唯一不同的是这些点所对应的温度值.整理课件4.玻璃粘度玻璃粘度Temp.VISC.S.P.A.P.P.S.P.A.S.P.W.P.ABGlass A is softer than B硬料玻璃和软料玻璃硬料玻璃和软料玻璃整理课件4.玻璃粘度玻璃粘度Temp.VISC.S.P.A.P.P.S.P.A.S.P.W.P.ABGlass A is long

16、er than B长料玻璃和短料玻璃长料玻璃和短料玻璃整理课件5.玻璃成分玻璃成分1.玻璃的主要成分是什么？玻璃的主要成分是什么？ 玻璃有三个主要成分玻璃有三个主要成分: (1) 玻璃成形体玻璃成形体(石英砂或二氧化硅石英砂或二氧化硅). (2) 熔化点熔化点降低剂降低剂 (如如:苏打或氧化钠苏打或氧化钠). (3) 影响玻璃性能的添加剂影响玻璃性能的添加剂.整理课件 冷玻璃是不良导体. 优点: 可以局部加热,如果需要可以手工加热. 缺点: 容易产生应力. 热玻璃是良导体. 优点: 有热流,可以利用,必须控制. 缺点: 在其余部分不变形的情况下,很难工作 在小的区域.6. 热导率热导率热导率：

17、两个相差1度的单位表面上热量流过的速率。热传导的3种基本方式:1.传导.2.辐射.3.对流玻璃在低温下是热的不良导体,玻璃在高温下是热的良导体整理课件6.热导率热导率 举例: 材料 热导系数J/ms oC铜: 370铸铁: 72硬橡胶: 0.035苏打石灰玻璃20oC: 0.8 苏打石灰玻璃20oC: 1000oC: 30苏打石灰玻璃20oC: 1200oC: 60整理课件7.电导率电导率在金属中通过自由电子的迁移导电在玻璃中通过离子的迁移导电电解:Na+ 钠离子迁移改变玻璃成分改变膨胀系数引起应力开裂开裂! 灯泡漏气整理课件 7.电导率电导率直流电直流电在直流情况下在直流情况下,相对小的相对

18、小的Na+离子逐步从离子逐步从正极向负极迁移正极向负极迁移.也就是在正极周围的也就是在正极周围的Na离子减少离子减少,在负极在负极Na离子增加离子增加,这就改变这就改变了两边玻璃的成分了两边玻璃的成分,改变了玻璃的膨胀系改变了玻璃的膨胀系数数,应力也就会产生应力也就会产生.应力应力 开裂开裂 漏漏气灯气灯!这种现象称为这种现象称为“电解电解”,相对小的相对小的Na+离子具有最大的迁移率离子具有最大的迁移率,因此能自由因此能自由地向负极迁移地向负极迁移.整理课件 7.电导率电导率交流电交流电在交流情况下在交流情况下Na+不能从一个极向另外不能从一个极向另外一个极迁移但仍会发生电解一个极迁移但仍会

19、发生电解.在抽真空的在抽真空的灯中灯中,电子从热钨灯丝上发射到相对冷的电子从热钨灯丝上发射到相对冷的打扁处打扁处.打扁表面就充负电打扁表面就充负电, Na+离子从电离子从电极向表面迁移极向表面迁移.同样因为玻璃成分和膨胀同样因为玻璃成分和膨胀系数的改变系数的改变,引起开裂引起开裂.温度越高温度越高,电解速电解速度就越快度就越快.因为随着钠含量的增加电导率因为随着钠含量的增加电导率也会增加也会增加,直接的解决办法是减少钠含量直接的解决办法是减少钠含量.然而然而,这样会提高熔化点这样会提高熔化点,对加工带来不利对加工带来不利的影响的影响.整理课件7.电导率电导率铅和钡离子比较大,可用以阻止钠离子的

20、迁移,也就减缓了电解ACPb2+整理课件8.热膨胀和应力热膨胀和应力LL 根据公式 : L= x Lx T可以推导出 : = L /(LxT) 膨胀系数=膨胀长度/(初始长度x温度变化) 金属L 温度.整理课件8.热膨胀和应力热膨胀和应力玻璃中的应力有：玻璃中的应力有：1. 机械应力. 2. 热致应力.3. 永久应力. 4. 暂时应力.5. 一种玻璃内的应力6. 两种玻璃形成的应力. 7. 压应力. 8. 张应力.玻璃在压应力下强度很高玻璃在压应力下强度很高.玻璃在张应力下强度也很高玻璃在张应力下强度也很高,但但: 张应力张应力+表面损伤表面损伤开裂开裂!整理课件8.热膨胀和应力热膨胀和应力举

21、例举例:机械应力这种应力存在的条件:1.仅在固体材料中.2.当外力存在时才有.整理课件8.热膨胀和应力热膨胀和应力热致暂时应力存在的条件:1.只有在固体材料中才存在.2.只有温差存在时才存在. 注意:热的一侧是压应力整理课件8.热膨胀和应力热膨胀和应力冷却热致永久应力应用:喇叭制造冷却CCT应力图案整理课件9.玻璃机械强度玻璃机械强度玻璃机械强度定义玻璃机械强度定义:如果表面出现不规则如果表面出现不规则,抗张强度就会大大降低抗张强度就会大大降低.当我们在一块玻璃当我们在一块玻璃上施加一个拉力上施加一个拉力,在开裂点的受力可根据开裂的长度在开裂点的受力可根据开裂的长度(L)乘上一个因乘上一个因子

22、最大子最大a x F.注意注意: a =放大因子放大因子,最大到最大到200,主要取决于主要取决于: 1.刻痕长度刻痕长度. 2.刻痕点的清晰度刻痕点的清晰度.刻痕刻痕(也称开裂点也称开裂点)拉力拉力F拉力拉力FL整理课件10.表面张力表面张力材料都有趋向于最小的表面积/体积比球形整理课件11.1玻璃其它方面知识玻璃其它方面知识1.为什么要添加额外的物质到玻璃中为什么要添加额外的物质到玻璃中?答答:额外的添加物加入到玻璃中是为了影响玻璃的某些特性额外的添加物加入到玻璃中是为了影响玻璃的某些特性,例如例如: 玻璃的膨胀性能玻璃的膨胀性能; 玻璃的熔化温度玻璃的熔化温度; 玻璃的软化温度玻璃的软化

23、温度; 玻璃的软化范围玻璃的软化范围(长料或短料玻璃长料或短料玻璃; 防止电解防止电解(加入铅加入铅).2.为什么玻璃没有熔化点为什么玻璃没有熔化点?答答:因为玻璃逐步从固体转化为液体因为玻璃逐步从固体转化为液体.整理课件11.2玻璃其它方面知识玻璃其它方面知识1.为什么在玻璃熔炉中要加入碎玻璃为什么在玻璃熔炉中要加入碎玻璃?答答:为了更好地熔化为了更好地熔化,我们在玻璃熔炉中加入同样类型我们在玻璃熔炉中加入同样类型40%的碎玻璃的碎玻璃.2.张应力与压应力张应力与压应力,哪一种对玻璃更有利哪一种对玻璃更有利?答答:玻璃能承受的压应力是张应力的玻璃能承受的压应力是张应力的15倍倍.3.什么原因

24、造成玻璃中存在应力什么原因造成玻璃中存在应力?答答:造成玻璃中应力的原因是造成玻璃中应力的原因是:加在玻璃上的外力加在玻璃上的外力.例如例如:弯曲、拉伸、弯曲、拉伸、撞击等撞击等,或者是温度大于屈服点的不规则的冷却和加热造成或者是温度大于屈服点的不规则的冷却和加热造成.整理课件11.3玻璃其它方面知识玻璃其它方面知识1.指出至少五种原因指出至少五种原因,为什么灯泡制造中要使用玻璃为什么灯泡制造中要使用玻璃?答答:灯泡制造中使用玻璃是因为灯泡制造中使用玻璃是因为: 它具有很好的透光性能它具有很好的透光性能; 它具有足够的气密性它具有足够的气密性; 它具有很好的电气性能和绝缘性能它具有很好的电气性

25、能和绝缘性能; 它具有很好的化学和大气影响抵抗力它具有很好的化学和大气影响抵抗力; 它能在一个较宽的温度范围内被加工它能在一个较宽的温度范围内被加工; 在加工前后能保持原来的属性在加工前后能保持原来的属性; 另外另外,玻璃也是一种最便宜的材料玻璃也是一种最便宜的材料.整理课件11.6玻璃其它方面知识玻璃其它方面知识1.解释为什么玻璃中有永久应力比暂时应力情况更严重解释为什么玻璃中有永久应力比暂时应力情况更严重?答答:玻璃中有永久应力比暂时应力情况更严重有以下原因玻璃中有永久应力比暂时应力情况更严重有以下原因: 永久应力将一直存在在产品中永久应力将一直存在在产品中,如果永久应力太大如果永久应力太

26、大,在产品使用期在产品使用期间的任何时候就会导致产品缺陷间的任何时候就会导致产品缺陷. 暂时应力是一种临时应力暂时应力是一种临时应力,在生产过程中它会出现在生产过程中它会出现,但在成品中不但在成品中不会存在会存在. 2.何时玻璃中完全没有应力何时玻璃中完全没有应力?答答:当玻璃温度大于退火点或软化点时当玻璃温度大于退火点或软化点时,玻璃中完全没有应力玻璃中完全没有应力.整理课件11.7玻璃其它方面知识玻璃其它方面知识1.如何发觉玻壳分化如何发觉玻壳分化?答答:风化的特征是玻璃表面出现一些混浊风化的特征是玻璃表面出现一些混浊(白点白点),使得玻璃不透明使得玻璃不透明.2.什么原因造成玻璃分化什么

27、原因造成玻璃分化?它经常发生在哪里它经常发生在哪里?答答:玻璃的分化是空气中湿气侵蚀玻璃的结果玻璃的分化是空气中湿气侵蚀玻璃的结果.它经常发生在玻壳的它经常发生在玻壳的内表面上内表面上.3.为什么我们要使用退火炉为什么我们要使用退火炉?答答:我们使用退火炉逐步均匀地冷却玻璃我们使用退火炉逐步均匀地冷却玻璃,减少温差减少温差,获得我们能接受获得我们能接受 的应力的应力.整理课件11.9玻璃其它方面知识玻璃其它方面知识1.玻璃粘度曲线上玻璃粘度曲线上SP、AP、PST、AST和和WT这些参考点有什么样这些参考点有什么样 的特征并且说出这些点的具体名称的特征并且说出这些点的具体名称?答答: SP、A

28、P、PST、AST和和WT这些参考点的特征是这些参考点的特征是: SP是玻璃在此温度下是玻璃在此温度下4个小时后个小时后,内部应力会降至可接受的水平内部应力会降至可接受的水平. AP是玻璃在此温度下是玻璃在此温度下15分钟左右分钟左右,内部应力会降至可接受的水平内部应力会降至可接受的水平. PST是玻璃在此温度下开始变形是玻璃在此温度下开始变形,换句话说换句话说,它是玻璃加热至不会因自重而变形之前的它是玻璃加热至不会因自重而变形之前的 最高温度最高温度. AST是玻璃在此温度下迅速变形并开始与其它物体粘结是玻璃在此温度下迅速变形并开始与其它物体粘结,换句话说换句话说,玻璃在此温度下因玻璃在此温

29、度下因 为自重而迅速变形为自重而迅速变形. WT是玻璃在此温度下已经很软是玻璃在此温度下已经很软,可以对它成型和工艺处理可以对它成型和工艺处理.答答: 玻璃粘度曲线上的参考点从下往上是玻璃粘度曲线上的参考点从下往上是: 工作点工作点(WT);美国软化点美国软化点(AST);飞利浦软化点飞利浦软化点(PST);退火点退火点(AP);屈服点屈服点(SP).整理课件11.12玻璃其它方面知识玻璃其它方面知识1.玻璃停留在转换区域的时间越长玻璃停留在转换区域的时间越长,会有什么好处会有什么好处?答答:玻璃通过转换区域的时间越长玻璃通过转换区域的时间越长(在退火点和屈服点之间在退火点和屈服点之间),温度的分温度的分布就越均匀布就越均匀,因此冷却后的应力就越少因此冷却后的应力就越少.这个过程中在玻璃结构发生这个过程中在玻璃结构发生改变之后改变之后,玻璃将不会再发生变化玻璃将不会再发生变化.2.关于应力方面关于应力方面,软料玻璃比硬料玻璃要求更严格吗软料玻璃比硬料玻璃要求更严格吗?答答:软料玻璃在应力方面比硬料玻璃要求更严格软料玻璃在应力方面比硬料