玻璃工艺学xv1

1、玻 璃 工 艺 学一、玻璃的发展简史原始社会末期开始使用玻璃； 5000多年学会制造玻璃（埃及古墓）； 3500年前中国殷商时期的瓷器有“素肌玉骨”之称 ；2000年前罗马人用砖砌筑小池熔化玻璃，玻璃透明 ；700年前15世纪世界玻璃制造中心在威尼斯，玻璃厂集中于穆兰诺岛 ；1615年英国汤姆以煤炭为燃料的坩埚熔制技术 ；1675年英国人拉文斯克罗夫制成含氧化铅的火石玻璃（中国战国时期出现铅钡玻璃） ；1688年法国人路易发明浇铸法 ；1790年瑞士人发明搅拌法；1881年德国人阿贝和肖特合作研究光学玻璃，奠定了玻璃科学基础 ；19世纪中期发生炉煤气、蓄热室池窑得以应用，开始出现蒸汽机。； 1

2、903年机械吹筒法 ；1913年比利时弗克法建厂，1922年传入中国 ；1916年美国人柯尔本法建厂，七十年代传入中国 ；1925年美国皮兹堡法建厂，六十年代传入中国 ；1959年浮法研制成功，1962年建厂 ；1971年洛阳浮法投产；二、玻璃研制方面的特点 成份的变化 形状的变化 玻璃态的变化 玻璃的功能变化 玻璃的制备工艺三、我国玻璃发展概况平板玻璃的发展： 1971年，洛阳平板玻璃浮法工艺研制成功 引进合资的浮法玻璃生产线： 上海匹尔金顿 大型浮法玻璃厂 广东PPG浮法玻璃厂 一条薄片控制生产线，0.51.3mm 2006年我国平板玻璃总产量达4.39亿重量箱，可生产玻璃厚度1.050m

3、m 特种玻璃的发展： 日用玻璃：瓶罐、器皿、保温瓶、工艺美术品等。 建筑玻璃：窗玻璃、平板玻璃、空心玻璃砖、隔声、隔热的泡沫玻璃等。钢化玻璃、磨光玻璃、夹层玻璃等装配着各种运输工具。 电真空玻璃和照明玻璃：需要其具有透明、气密、绝缘等特性，是制造电子管、电视机、电灯等不可取代的。四、玻璃的种类 光学玻璃：用于生产显微镜、望远镜、照相机等各种复杂的光学仪器。 试验用具：化学仪器、温度计等。 玻璃纤维：以及与各种树脂制成的玻璃钢。五、玻璃的基础研究 玻璃的结构 玻璃的形成、分相与析晶 功能玻璃的能量转换与失效机理 有机无机材料（有机改性硅酸盐）六、本课程研究的内容 了解玻璃的组成结构性能之间的依从

4、关系 玻璃的形成 玻璃工艺过程玻璃的定义与结构 玻璃的定义 玻璃的特性和转变 玻璃的结构 玻璃组成、结构、性能之间的关系 玻璃结构的研究方法玻璃的定义1、无定形固体2、无机熔融物3、物理化学观点：凝固的过冷液体4、无机非晶态固体中最重要的一族，其结构特点是近程有序、远程无序什么是玻璃？ 玻璃是熔融、冷却、固化的非结晶（在特定条件下也可能成为晶态）无机物。玻璃的定义：广义玻璃的定义： 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。一、玻璃的特性（玻璃的通性）1、各向同性2、无固定熔点3、介稳性4、渐变性与可逆性玻璃的特性与转变介稳性 思考题1：为什么玻璃在常温时能以介稳状态稳定

5、存在？可逆性渐变性二、玻璃的转变1、定义： 熔融状态冷凝到固态玻璃，或其相反的过程。动力学条件： 自身结构调整因素（结构调整速度） 动力学因素（冷却、加热速度）2、玻璃的“转变温度区”TgTfTg：玻璃转变温度（转变点），1012PaS； “退火区域”：10121013.5PaSTf：玻璃软化温度（软化点），10810PaS。假想温度：在转变温度区间内，某一温度下，玻璃熔体有对应于该温度的平衡结构。（1）玻璃的热历史（热处理过程） 指玻璃从高温液态冷却，通过转变温度区域和退火温度区域的经历。2、玻璃转变的影响因素热历史对玻璃热谱的影响热历史对玻璃达到平衡结构的速度的影响（1）自542迅速冷却至

6、532；（2） 自522迅速加热至532热历史对玻璃性能的影响（2）玻璃的热现状 玻璃的结构 晶子学说 无规则网络学说 思考题2：玻璃结构的两大主要学说的论点、论据及学说的重点是什么？玻璃结构的特点是什么？一、玻璃的结构理论玻璃的四个基本结构参数：X 每个多面体中非桥氧离子的平均数；Y 每个多面体中桥氧离子的平均数；Z 每个多面体氧离子的总数（即配位数）； R 玻璃中氧离子总数与网络形成离子的总 数之比或例：1）SiO2：2）Y又称为结构参数，玻璃的很多性质取决于Y值。Y值减小，热膨胀系数增大，电导升高，粘度下降：Y值越高，越大，玻璃形成能力越强Y值 335kJ/mol配位数：阳离子F的是3或

7、4； 阴离子O2-的配位数是2。配位多面体：FO4或FO3顶角相连。能单独生成玻璃，如：SiO2、B2O3、P2O5、GeO2、As2O5等F：网络生成体离子不能单独生成玻璃，不参加网络，一般处于网络之外。如： Li2O、Na2O、K2O、CaO、BaO、ZrO2等。2、网络外体氧化物M：网络外体离子M-O键：离子键电场强度：较小，单键能： 251kJ/mol配位数： 6。各种氧化物给出游离氧的本领（K）一般不能单独生成玻璃，其作用介于网络生成体和网络外体之间。常见的有：BeO、(MgO)、ZnO、Al2O3、Ga2O3、TiO2等。3、中间体氧化物I：中间体离子I-O键：离子键性，具有一定的

8、共价性单键能：251.2334.9kJ/mol配位数：一般为6， 夺取游离氧后配位数可以变成4 在含有不止一种中间体氧化物的复杂系统中，当游离氧不足时，中间体离子大致按下列次序进入网络：BeO4AlO4GaO4BO4TiO4ZnO4 离子多面体的体积（Vm）大小次序为：BO4 SiO4 GeO4 AlO4二、结构因素对玻璃性质的影响 氧硅比对结构的影响 阳离子配位状态的影响 离子极化的影响 离子堆积与排列的影响 亚稳分相的影响1、氧硅比对结构的影响（硅氧骨架的结合程度）R(O/Si)Y242.533213.540逆性玻璃： 如果玻璃中同时存在两种以上金属离子，且他们的大小和所带电荷不相同时，即使Y2（f0.33）也能制成玻璃，这构成了结构上的逆性，并且其某些性能会随着金属离子数的增大而变好，一般这种玻璃称为逆性玻璃。2、阳离子配位状态的影响一价碱金属离子R+二价碱土金属氧化物RO场强大的阳离子双碱效应（混合碱效应、中和效应）：在硅酸盐熔体或玻璃中，R2O总量不变，由一种R2O 部分取代另外一种R2O时，玻璃的某些性质不是呈线性变化、而是出现明显的极值，这就是双碱效应。双碱效应压制