玻璃装饰技术 第二章 表面结构及性质 图文
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分
石英玻璃： Si、O浓度：外表面－O－Si
钠钙玻璃： K、Si、O浓度：外表面－K－O－Si 浮法玻璃： 上表面－Na2O＞ SiO2 ＞CaO 下表面：微量 SnO、Sn
东华大学
玻璃表面化学成分
表面化学成分区别
K2O; Na2O; PbO; B2O; Sb2O3 等降低表面能，
东华大学
玻璃表面与碱的反应
机理： 三Si－O－Si三＋OH－＝三SiOH ＋三SiO－
非桥氧三SiO－群增大，结构破坏 相同PH值下，侵蚀：R＋＞R2＋溶液 玻璃成分－－碱侵蚀（T）
东华大学
各种玻璃的耐碱性
玻璃种类
95%高硅氧玻璃 硼硅酸盐玻璃 钠钙硅灯泡玻璃 电真空用铅玻璃 硼硅酸盐钨封接玻璃
灯泡、荧光灯
电子玻璃：
显像管壳，开关，封接材料
东华大学
2－5、硼硅酸盐玻璃的应用
仪器玻璃：
化学仪器，化学反应
瓶罐玻璃：
医用玻璃、盐水瓶、温度计
器皿玻璃：
炊具、烧锅
电真空玻璃：
闪光灯管、水银灯泡、可伐封接、 液晶面板
东华大学
2－5、铅玻璃的应用
水晶玻璃：
酒具、高脚杯、装饰器皿 按含铅量（低铅＜15%；中铅24－32%；高
第二章 表面结构及性质
东华大学
主要内容
无机非金属材料的化学组成 表面结构与表面的关系 表面结构的特征 表面的理化性质 主要玻璃的应用
东华大学
2－1、无机非金属材料的化学成分
普通玻璃材料：
主料：SiO2 B2O3 Al2O3 R2O RO
辅料：ZnO2 PbO
ZrO2
陶瓷材料
主料：Al2O3
微晶 玻璃
2.23~2.2 5
-12~200
耐急变性/ ℃ 95
120~150
300~400
退火温度/ ℃ 540~550 560~610 460~490 650~670
东华大学
2－4、玻璃表面的理化性质
对水的吸附 表面润湿性 表面与内部成份 与酸的反应 与碱的反应
东华大学
玻璃表面对水分子的吸附
纤维玻璃：
电气绝缘、发动机罩壳
燃烧管玻璃：
温度计、燃烧管
电子玻璃：
光掩膜基板、卤素灯管、高负荷 电子管
厨用玻璃：
滤式咖啡壶、电炉顶盖
东华大学
作 业（1）
一、大气中玻璃表面结构的特征是 什么？
二、玻璃表面主要存在着哪二种吸 附？各自的特点是什么？
三、玻璃表面的化学成分与内部有 哪些区别？为什么？
生反应
东华大学
陶瓷与搪瓷表面的基团
东华大学
主要玻璃的物理性能
性能 密度
玻璃 /g.cm-3
钠钙 玻璃
2.4~2.5
热膨胀系数 /10-7(℃-1)
折射率 nd
85~90 1.48
硼硅 酸盐
铅晶质
2.42~2.57 3.0~3.2
铝硅 酸盐
2.5~2.8
32~33 75~82 30~60
>1.54
物理与化学吸附（M） 温度的影响（M） 成分变化
东华大学
玻璃表面吸附水形成水膜图
东华大学
玻璃表面吸附羟基与温度的关系
东华大学
不同成分玻璃的吸附水量
玻璃种类
1ml 玻璃粉末吸附水量 /mg
铅硼酸玻璃(PbO51.7%)
4.9
火石玻璃(PbO45%)
5.6
钠钙窗玻璃
32.0
钠钙瓶罐玻璃
35.0
基团） B、羟基团类型：
东华大学
碱硅酸盐玻璃整体结构二维模型
东华大学
碱硅酸盐玻璃表面结构二维模型
东华大学
2－3、表面结构的特征
表面不平坦，有微裂纹 表面原子的排列不规则、活性强 表面的成分与内部微有差别，具
有更多的非桥氧键 表面能比内部高，并由外到内逐
渐降低 表面的氢键造成强度降低，易发
铅＞32%）
光学玻璃：
镜头、仪器玻璃
防护玻璃：
X射线板
电子玻璃：
显像管颈锥封接、杜美丝封接、电子焊料
东华大学
2－5、微晶玻璃的应用
器皿玻璃：
炊具、餐具
机械玻璃：
轴承、气缸、活塞、纺织配件
化工玻璃：
管道、衬垫、泵阀
电子玻璃：
封接材料、电路基板
东华大学
2－5、铝硅酸盐玻璃的应用
东华大学
表面原子键能不平衡，有较大 活性。
东华大学
玻璃材料的断健模型
东华大学
新生成表面和断裂表面：
与大气中的活性分子反应 与不饱和健反应，形成羟基
团
东华大学
断键后的反应和表面的羟基团状况
A、机械折断： 三Si-O-Si三 = 三SiO－ᅵ－Si三（未饱和键） (三SiO－)+H2O+(－Si三) = 2 (三Si－OH) （羟
SiO2
辅料：MgO
粘土 等
搪瓷材料：
底釉：SiO2 B2O3 Al2O3 R2O RO 密着剂等
面釉：SiO2 B2O3 Al2O3 R2O RO TiO2 Sb2O3等
东华大学
玻璃表面结构模型
东华大学
2－2、表面结构与表面的关系
表面与内部结构：
内部原子阴阳离子配位相等， 相对稳定。
东华大学
玻璃表面润湿能力与润湿角
Cos θ=(δsg - δ sl)/ δ lg θ越小，则润湿情况
愈好
东华大学
不同玻璃对水及有机溶剂的接触角
玻璃成分 钠钙玻璃－水
铅玻璃－水 硼硅酸盐玻璃－水
高硅氧玻璃－水 石英玻璃－水 高钡玻璃－水
平板玻璃－乙醇 平板玻璃－醋酸乙酯
平板玻璃－丙三醇
接触角 / (0) 0~20 35~37 10~12 10~12 7~10 20~22 0 10~12 8~10
Al2O3; CaO; MgO 等提高表面 能。
Na+; K+; B 3+ 易挥发，造成表面和内 部成分的差异。
东华大学
玻璃表面与酸的反应
机理： 三Si－O－Na＋H＋＝三SiOH＋Na＋
三Si－O－Ca－O－Si三＋2H＋＝三SiOH＋ Ca2+ H＋与Na＋和Ca2+互扩散，发生置换反应 增加酸值或Na＋和Ca2+浓度有利于反应 硅酸聚合反应： 三Si－OH＋HO－Si三＝三Si－O－Si三＋H2O
高铝玻璃 铝硅酸盐玻璃
耐碱玻璃
碱液下玻璃质量损失 /mg.cm-2 0.9 1.4 1.1 1.6 3.9 3.6 0.35 0.09
东华大学
2－5、主要玻璃的应用（钠钙）
平板玻璃：
浮法玻璃：窗玻璃、建筑玻璃
瓶罐玻璃：
啤酒瓶、罐头瓶、汽水瓶、化 妆品瓶
器皿玻璃：
玻璃杯、饮料杯
照明玻璃：
东华大学钠钙玻璃表面结构与水分子的反应2h2oh3oh2oh2o三siosi三oh东华大学碱硅酸盐玻璃整体结构二维模型东华大学碱硅酸盐玻璃表面结构二维模型东华大学23表面结构的特征表面能比内部高并由外到内逐渐降低表面的氢键造成强度降低易发生反应东华大学陶瓷与搪瓷表面的基团东华大学主要玻璃的物理性能玻璃性能玻璃密度gcm324252422573032252822322热膨胀系数107859032337582306012200折射率nd148154耐急变性95120150300400退火温度540550560610460490650670东华大学24玻璃表面的理化性质东华大学玻璃表面对水分子的吸附成分变化东华大学玻璃表面吸附水形成水膜图东华大学玻璃表面吸附羟基与温度的关系东华大学不同成分玻璃的吸附水量玻璃种类1ml玻璃粉末吸附水量mg铅硼酸玻璃pbo51749火石玻璃pbo4556钠钙窗玻璃320钠钙瓶罐玻璃350东华大学玻璃表面润湿能力与润湿角cossgsllg越小则润湿情况愈好东华大学不同玻璃对水及有机溶剂的接触角玻璃成分接触角钠钙玻璃水020铅玻璃水3537硼硅酸盐玻璃水1012高硅氧玻璃水1012石英玻璃水710高钡玻璃水2022平板玻璃乙醇平板玻璃醋酸乙酯1012平板玻璃丙三醇810东华大学玻璃表面与酸的反应机理
石英玻璃： Si、O浓度：外表面－O－Si
钠钙玻璃： K、Si、O浓度：外表面－K－O－Si 浮法玻璃： 上表面－Na2O＞ SiO2 ＞CaO 下表面：微量 SnO、Sn
东华大学
玻璃表面化学成分
表面化学成分区别
K2O; Na2O; PbO; B2O; Sb2O3 等降低表面能，
东华大学
玻璃表面与碱的反应
机理： 三Si－O－Si三＋OH－＝三SiOH ＋三SiO－
非桥氧三SiO－群增大，结构破坏 相同PH值下，侵蚀：R＋＞R2＋溶液 玻璃成分－－碱侵蚀（T）
东华大学
各种玻璃的耐碱性
玻璃种类
95%高硅氧玻璃 硼硅酸盐玻璃 钠钙硅灯泡玻璃 电真空用铅玻璃 硼硅酸盐钨封接玻璃
灯泡、荧光灯
电子玻璃：
显像管壳，开关，封接材料
东华大学
2－5、硼硅酸盐玻璃的应用
仪器玻璃：
化学仪器，化学反应
瓶罐玻璃：
医用玻璃、盐水瓶、温度计
器皿玻璃：
炊具、烧锅
电真空玻璃：
闪光灯管、水银灯泡、可伐封接、 液晶面板
东华大学
2－5、铅玻璃的应用
水晶玻璃：
酒具、高脚杯、装饰器皿 按含铅量（低铅＜15%；中铅24－32%；高
第二章 表面结构及性质
东华大学
主要内容
无机非金属材料的化学组成 表面结构与表面的关系 表面结构的特征 表面的理化性质 主要玻璃的应用
东华大学
2－1、无机非金属材料的化学成分
普通玻璃材料：
主料：SiO2 B2O3 Al2O3 R2O RO
辅料：ZnO2 PbO
ZrO2
陶瓷材料
主料：Al2O3
微晶 玻璃
2.23~2.2 5
-12~200
耐急变性/ ℃ 95
120~150
300~400
退火温度/ ℃ 540~550 560~610 460~490 650~670
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2－4、玻璃表面的理化性质
对水的吸附 表面润湿性 表面与内部成份 与酸的反应 与碱的反应
东华大学
玻璃表面对水分子的吸附
纤维玻璃：
电气绝缘、发动机罩壳
燃烧管玻璃：
温度计、燃烧管
电子玻璃：
光掩膜基板、卤素灯管、高负荷 电子管
厨用玻璃：
滤式咖啡壶、电炉顶盖
东华大学
作 业（1）
一、大气中玻璃表面结构的特征是 什么？
二、玻璃表面主要存在着哪二种吸 附？各自的特点是什么？
三、玻璃表面的化学成分与内部有 哪些区别？为什么？
生反应
东华大学
陶瓷与搪瓷表面的基团
东华大学
主要玻璃的物理性能
性能 密度
玻璃 /g.cm-3
钠钙 玻璃
2.4~2.5
热膨胀系数 /10-7(℃-1)
折射率 nd
85~90 1.48
硼硅 酸盐
铅晶质
2.42~2.57 3.0~3.2
铝硅 酸盐
2.5~2.8
32~33 75~82 30~60
>1.54
物理与化学吸附（M） 温度的影响（M） 成分变化
东华大学
玻璃表面吸附水形成水膜图
东华大学
玻璃表面吸附羟基与温度的关系
东华大学
不同成分玻璃的吸附水量
玻璃种类
1ml 玻璃粉末吸附水量 /mg
铅硼酸玻璃(PbO51.7%)
4.9
火石玻璃(PbO45%)
5.6
钠钙窗玻璃
32.0
钠钙瓶罐玻璃
35.0
基团） B、羟基团类型：
东华大学
碱硅酸盐玻璃整体结构二维模型
东华大学
碱硅酸盐玻璃表面结构二维模型
东华大学
2－3、表面结构的特征
表面不平坦，有微裂纹 表面原子的排列不规则、活性强 表面的成分与内部微有差别，具
有更多的非桥氧键 表面能比内部高，并由外到内逐
渐降低 表面的氢键造成强度降低，易发
铅＞32%）
光学玻璃：
镜头、仪器玻璃
防护玻璃：
X射线板
电子玻璃：
显像管颈锥封接、杜美丝封接、电子焊料
东华大学
2－5、微晶玻璃的应用
器皿玻璃：
炊具、餐具
机械玻璃：
轴承、气缸、活塞、纺织配件
化工玻璃：
管道、衬垫、泵阀
电子玻璃：
封接材料、电路基板
东华大学
2－5、铝硅酸盐玻璃的应用
东华大学
表面原子键能不平衡，有较大 活性。
东华大学
玻璃材料的断健模型
东华大学
新生成表面和断裂表面：
与大气中的活性分子反应 与不饱和健反应，形成羟基
团
东华大学
断键后的反应和表面的羟基团状况
A、机械折断： 三Si-O-Si三 = 三SiO－ᅵ－Si三（未饱和键） (三SiO－)+H2O+(－Si三) = 2 (三Si－OH) （羟
SiO2
辅料：MgO
粘土 等
搪瓷材料：
底釉：SiO2 B2O3 Al2O3 R2O RO 密着剂等
面釉：SiO2 B2O3 Al2O3 R2O RO TiO2 Sb2O3等
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玻璃表面结构模型
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2－2、表面结构与表面的关系
表面与内部结构：
内部原子阴阳离子配位相等， 相对稳定。
东华大学
玻璃表面润湿能力与润湿角
Cos θ=(δsg - δ sl)/ δ lg θ越小，则润湿情况
愈好
东华大学
不同玻璃对水及有机溶剂的接触角
玻璃成分 钠钙玻璃－水
铅玻璃－水 硼硅酸盐玻璃－水
高硅氧玻璃－水 石英玻璃－水 高钡玻璃－水
平板玻璃－乙醇 平板玻璃－醋酸乙酯
平板玻璃－丙三醇
接触角 / (0) 0~20 35~37 10~12 10~12 7~10 20~22 0 10~12 8~10
Al2O3; CaO; MgO 等提高表面 能。
Na+; K+; B 3+ 易挥发，造成表面和内 部成分的差异。
东华大学
玻璃表面与酸的反应
机理： 三Si－O－Na＋H＋＝三SiOH＋Na＋
三Si－O－Ca－O－Si三＋2H＋＝三SiOH＋ Ca2+ H＋与Na＋和Ca2+互扩散，发生置换反应 增加酸值或Na＋和Ca2+浓度有利于反应 硅酸聚合反应： 三Si－OH＋HO－Si三＝三Si－O－Si三＋H2O
高铝玻璃 铝硅酸盐玻璃
耐碱玻璃
碱液下玻璃质量损失 /mg.cm-2 0.9 1.4 1.1 1.6 3.9 3.6 0.35 0.09
东华大学
2－5、主要玻璃的应用（钠钙）
平板玻璃：
浮法玻璃：窗玻璃、建筑玻璃
瓶罐玻璃：
啤酒瓶、罐头瓶、汽水瓶、化 妆品瓶
器皿玻璃：
玻璃杯、饮料杯
照明玻璃：
东华大学钠钙玻璃表面结构与水分子的反应2h2oh3oh2oh2o三siosi三oh东华大学碱硅酸盐玻璃整体结构二维模型东华大学碱硅酸盐玻璃表面结构二维模型东华大学23表面结构的特征表面能比内部高并由外到内逐渐降低表面的氢键造成强度降低易发生反应东华大学陶瓷与搪瓷表面的基团东华大学主要玻璃的物理性能玻璃性能玻璃密度gcm324252422573032252822322热膨胀系数107859032337582306012200折射率nd148154耐急变性95120150300400退火温度540550560610460490650670东华大学24玻璃表面的理化性质东华大学玻璃表面对水分子的吸附成分变化东华大学玻璃表面吸附水形成水膜图东华大学玻璃表面吸附羟基与温度的关系东华大学不同成分玻璃的吸附水量玻璃种类1ml玻璃粉末吸附水量mg铅硼酸玻璃pbo51749火石玻璃pbo4556钠钙窗玻璃320钠钙瓶罐玻璃350东华大学玻璃表面润湿能力与润湿角cossgsllg越小则润湿情况愈好东华大学不同玻璃对水及有机溶剂的接触角玻璃成分接触角钠钙玻璃水020铅玻璃水3537硼硅酸盐玻璃水1012高硅氧玻璃水1012石英玻璃水710高钡玻璃水2022平板玻璃乙醇平板玻璃醋酸乙酯1012平板玻璃丙三醇810东华大学玻璃表面与酸的反应机理