玻璃工艺学重点内容

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。

玻璃的通性：各向同性、介稳性、无固定熔点、性质变化的连续性、性质变化的可逆性

晶子学说：玻璃是由无数“晶子”所组成的，晶子是具有晶格变形的有序排列区域，分散在无定形介质中，从“晶子”

部分到无定形部分是逐步过渡的，二者之间并无明显界线。

无规则网络学说：玻璃的近程有序与晶体相似，即形成阴离子多面体，多面体顶角相连形成三维空间连续的网络，但其排列似拓扑无序的。

玻璃结构和熔体结构的关系：

⑴玻璃结构除了与成分有关以外，在很大程度上与熔体形成条件、玻璃的熔融态向玻璃态转变的过程有关。（玻

璃的结构不是一成不变的)

⑵玻璃似过冷的液体，玻璃的结构是熔体结构的继续。（继承性）

⑶玻璃冷却至室温时，它保持着与该温度范围内某一温度相应的平衡结构状态和性能。（对应性）

单元系统玻璃的结构主要有：石英玻璃结构、氧化硼玻璃结构、五氧化二磷玻璃结构。

硼氧反常现象：当氧化硼与玻璃修饰体氧化物之比达到一定值时，在某些性质变化曲线上出现极值或折点的现象。根据无规则网络学说的观点，一般按元素与氧的单键能的大小和能否生成玻璃，将氧化物分为：网络生成体氧化物、网络外体氧化物和中间体氧化物。

混合碱效应：二元碱硅玻璃中，碱金属氧化物总含量不变，用另一种逐渐取代一种时，玻璃的性质出现极值。

T f：玻璃膨胀软化温度

T g：玻璃转变温度

玻璃的形成方法：熔体冷却法和非熔融法

三元玻璃形成区：

①由于新的共熔区的形成，三元系统形成区中部出现突出部分。

②含有两种网络形成体（F）的三元系统，突出位置受到共熔点位置的影响，即突向低熔点的一侧。

③三元系统只有一种网络形成体（F）时，突出部分偏向低熔点氧化物的一侧。

④网络中间体（I）可使网络修饰体（M）较多的区域重新形成玻璃，在有I的三元系统中，形成区突向偏M的一侧，呈半圆形。

⑤F－M、F－I等不能形成玻璃的二元系统加入新的氧化物，由于新的共熔物形成，可以在其中间部位形成较小的不稳定的玻璃形成区。

玻璃的分相：玻璃在高温下为均匀得熔体，在冷却过程中或在一定温度下热处理时，由于内部质点迁移，某些组分发生偏聚，从而形成化学组成不同得两个相，此过程称为分相

玻璃分相的原因：一般认为氧化物熔体的液相分离是由于阳离子对氧离子的争夺所引起的。当网络外体的离子势较大、含量较多时，由于系统自由能较大而不能形成稳定均匀的玻璃，它们就会自发的从硅氧网络中分离出来，自成一个体系，产生液相分离。

分相对玻璃析晶的影响：

①为成核提供界面：玻璃的分相增加了相间的界面，成核总是优先产生于相的界面上。

②分散相具有高的原子迁移率：分相导致两液相中的一相具有较母相明显大的原子迁移率，这种高的迁移率能够

促进均匀形核。

③使成核剂组分富集于一相：分相使加入的成核剂组分富集于两相中的一相，因而起晶核作用。

微晶玻璃：是用适当组成的玻璃控制析晶或者诱导析晶而成，它含有大量（95%～98％）细小的（在1μm以下）晶体和少量残余玻璃相。

影响玻璃黏度的因素

⑴玻璃的黏度随温度的升高连续变化，温度越高粘度越低。

⑵玻璃的结构对黏度影响分两个方面：玻璃网络结构越稳定，玻璃的黏度越大；

玻璃中碱金属离子或者碱土金属离子使玻璃网络聚合，玻璃的黏度越大。

⑶玻璃组成对黏度的影响主要为：

①玻璃中氧化物的性质与数量：倾向于形成更大的阴离子基团的氧化物，使玻璃黏度增大；碱性氧化物使玻璃形成的网络解离，玻璃的黏度降低；

②氧－硅比：氧硅比越大，硅氧四面体群解离，玻璃黏度降低

③其它条件相同的前提下，黏度随阳离子与氧的键强增大而增大。

④结构对称性：结构对称性越好，玻璃的黏度越大。

⑤配位数：加入配位数相同阳离子的情况下，R－O键强越大，黏度越大；在电荷相同的条件下，加入配位数越多的阳离子，玻璃的黏度越大。

为什么玻璃实际强度比理论值低？玻璃材料由于在其表面和内部存在着不同的杂质、缺陷或微不均匀区，在这些区域引起应力的集中导致微裂纹的产生。

影响玻璃强度的主要因素有哪些？

⑴化学键强度：固体物质的强度主要由各质点的键强及单位体积内键的数目决定。

⑵表面微裂纹：格里菲斯认为玻璃破坏时是从表面裂纹开始，随着裂纹逐渐扩展，导致整个试样的破裂。

⑶微不均匀性：是由分相或形成离子群聚所致。微相之间易产生裂纹，且其相互间的结合力比较薄弱。

⑷结构缺陷：宏观缺陷（结石、气泡、条纹、节瘤）等常因成分与主体玻璃成分不一致、热膨胀系数不同而造成内

应力。同时由于宏观缺陷提供了界面，从而使微观缺陷（点缺陷、局部析晶、晶界等）常常在宏观缺

陷的区域集中，从而导致裂纹产生，严重影响玻璃的强度。

⑸温度：玻璃强度随温度升高而降低。（- 273℃~200 ℃）

⑹活性介质：①渗入裂纹象锲子一样使裂纹扩展；

②与玻璃起化学作用破坏结构。

⑺疲劳：玻璃的疲劳是由于在加荷作用下微裂纹的加深所致。

⑻玻璃中的应力：分布不均的残余应力，使强度大大降低

玻璃的热稳定性：玻璃经受剧烈温度变化而不破坏的性能成为玻璃的热稳定性。

玻璃的化学稳定性：玻璃制品在使用过程中受到水、酸、碱、盐、气体及各种化学试剂和药液的侵蚀，玻璃对这些侵蚀的抵抗能力称为玻璃的化学稳定性。

玻璃电导率与热处理的关系？

①离子导电的玻璃经淬火后，其电导率较退火玻璃高；相反，电子导电的玻璃则降低。

②玻璃微晶化后能大大提高其电绝缘性能，完全析晶，其电导率能降低几个数量级。

③分相也会影响玻璃的电导率，不同的分相结构，影响不同

玻璃的光学性质是指玻璃的：折射、反射、吸收和透射

玻璃着色的原因是玻璃对光的：吸收和散射

根据着色机理，颜色玻璃的着色可以分为：离子着色、硫硒化物着色和金属胶体着色

原料的选择：

⑴原料的质量必须符合要求，而且稳定。⑵易于加工处理。⑶成本低，能大量供应。

⑷少用过轻和对人体健康、环境有害的原料。⑸对耐火材料的侵蚀要小。

设计玻璃组成的原则及应考虑的实际因素？

⑴设计玻璃组成的原则：

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，析晶倾向小（微晶玻璃除外）。

③根据生产条件使设计的玻璃能适应熔制、成形、加工等工序的实际要求。

④玻璃的化学组成设计必须满足颜色、环保的要求。⑤所设计的玻璃应当价格低廉，原料易于获得。

⑵考虑因素：

①玻璃主要组成的氧化物3～4种，总量一般达到玻璃的90％在此基础上再引入其它改善玻璃性质的氧化物。

②为了使玻璃析晶倾向小，一般在共熔点或者相界线处选择组成点。

③对引入的其他氧化物及其含量，则主要考虑它们对玻璃性能的影响。

④为了使设计的玻璃组成能够付诸工艺实施，还要适当的添加辅助原料。

设计玻璃组成的步骤：①列出玻璃性能的要求。②拟定玻璃的组成。③试验、测试、确定组成

配合料的质量要求：⑴具有正确性和稳定性⑵合理的颗粒级配⑶具有一定的水分⑷具有一定的气体率

⑸必须混合均匀⑹一定的配合料氧化还原态势

硅酸盐玻璃熔制过程的五个阶段：

⑴硅酸盐形成阶段（固相反应，800～900℃）：