第1章玻璃的粘度和表面张力
玻璃工艺学
简述玻璃结构与熔体结构的关系。
玻璃态是热力学不稳定、动力学稳定的状态，在玻璃的熔融态向玻璃态转变的过程中，由于粘度增长很快、析晶速度很小而保持熔融态的结构，因此。
玻璃结构与熔体结构的关系体现在以下几个方面：（1）玻璃结构除了与成分有关以外，在很大程度上与硅酸盐熔体形成条件、玻璃的熔融态向玻璃态转变的过程有关，不能以局部的、特定的条件下的结构来代表所有玻璃在任何条件下的结构状态。
即不能把玻璃结构看成是一成不变的。
（2）玻璃是过冷的液体，玻璃结构是熔体结构的继续。
即玻璃结构与熔体结构有一定的继承性。
（3）玻璃冷却到室温时，它保持着与这温度区间的某一温度相应的平衡结构状态和性能。
即玻璃结构与熔体结构有一定的结构对应性。
1828年法国工人罗宾发明了第一台吹制玻璃瓶的机器。
1905年英国欧文斯发明了第一台玻璃瓶自动成型机。
1959年英国皮尔金顿公司经３０年的研究将浮法应用于平板玻璃的生产，是玻璃发展史上的一次重大变革，并不断取代其它方法。
石英砂的主要成分是SiO2，常含有：Al2O3、TiO2、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O、K2O、Cr2O3、V2O5等杂质成分，其中Fe2O3、Cr2O3、V2O5、TiO2能使玻璃着色，降低玻璃的透明度，是有害杂质。
B2O3是玻璃的形成氧化物，它以硼氧三角体[BO3]和硼氧四面体[BO4]为结构组元，在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体[SiO4]共同组成结构网络。
B2O3能降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性，当B2O3引入量过高时，由于硼氧三角体[BO3]增多，玻璃的膨胀系数反而增大，发生反常现象。
－－硼反常现象一般选择引入氧化钠的原料时，可优先选择纯碱，在纯碱供应紧张时或为降低成本，可引入适量的芒硝（2-3%）。
原因有以下几点：Ａ）热耗大，难分解；Ｂ）侵蚀性大（包括芒硝蒸汽、“硝水”：硝酸钾或者硝酸钠的溶液，此处指熔融的芒硝，还原剂用量不足时产生的）Ｃ）需加入适量的还原剂：量不足时不分解的芒硝易生成侵蚀性较大的硝水；过量时会还原Fe2O3、Na2SO4生成FeS、Fe2S3和硫化物,并生成硫铁化物，最终导致着色，而还原剂的实际用量需根据实际情况调整；D）运费高，储存加工费用大。
第二章 无机非金属材料的物化性能 2.3玻璃的物理化学性质
表面张力的影响
气泡的内压力与玻璃液的表面张力有关 不均体能否溶解扩散取决于不均体与周围玻璃液之 间的表面张力差 表面张力使玻璃液成型时具有自发收缩的趋势
成型 热加工 封接 耐火材料侵蚀
借助于表面张力的作用，形成光滑表面
玻璃液滴与金属的润湿角小于90°，有利于玻璃与 金属的良好封接
玻璃液浸润耐火材料，加剧其对耐火材料的侵蚀
N/m2（13 GPa）。 实验测得的玻璃强度要比上述数值低2～3 个数量级。 一般玻璃的实际强度为50～200MPa。
玻璃的宏观和微观缺陷与玻璃的熔化过程密切相关， 二、影响玻璃强度的因素 设计合理的组成，减少玻璃的分相发生，提高熔化 质量，获取组成均匀、缺陷少的玻璃是提高玻璃强 影响玻璃强度的因素包括内因和外因两个 从常温下开始升温，玻璃的强度先呈下降趋 度的重要手段。 方面。 势，当温度升至100℃以上，玻璃的强度又开始增 大。 内因主要有：玻璃的组成、玻璃的宏观与 随着试样尺寸的减小，玻璃的强度增加。 微观缺陷；
（2） 温度的影响 对于一般玻璃，在温度低于玻璃的转变温 度时，n一般随温度的升高略有上升（Δn=0.1～ 12.08×10-6）。 温度进一步升高，玻璃的折射率急剧下降。
（3） 波长对n的影响 光波波长不同，n不同，此即色散观象。 总趋势： λ 增大，n减小。（因λ增大， 频率减小，电磁场交变变慢，光损失减小， co/c中c增大，n减小）
玻璃热膨胀系数的确定： 当温度低于玻 璃的Tg点时，热膨 胀随温度的升高呈 线形增长，温度高 于Tg点时，玻璃的 热膨胀急剧增大。 由温度低于玻 璃的Tg点时的热膨 胀量来确定玻璃的 热膨胀系数。
Tg
图2-3-4 玻璃热膨胀曲线
影响膨胀系数的因素： 组成——玻璃中非桥氧越少，玻璃的热膨胀系数 越小。 碱金属氧化物的加入导致玻璃的热膨胀系数增 大，且从Li2O→Na2O→K2O，阳离子半径增大，离子 场强减小，热振动加剧，热膨胀系数增大越多。 碱土金属氧化物的作用与此类似，但因其离子 场强较碱金属阳离子大，对玻璃网络骨架有一定的 积聚作用，故其对热膨胀系数的影响也较小。
浮法玻璃成型工艺详解
第一部分浮法玻璃成型工艺浮法玻璃成型工艺流程：经熔化、澄清并冷却至1100℃左右的玻璃液，经流道（包括安全闸板和流量调节闸板）和流槽流进锡槽内的熔融锡液面上，在自身重力及表面张力的作用下，玻璃液开始进行摊开、抛光、均匀降温，在拉边机的作用下，进行拉薄或积厚形成一定厚度的玻璃带，在水包的强制冷却和槽体自热的降温的双重作用下，成型后的玻璃带降温到600℃左右，通过过渡辊台，出锡槽进入退火窑。
一、锡槽的工艺分区1.抛光区锡槽抛光区的功能是使从流槽流入锡槽的玻璃液在这里摊平抛光。
所谓抛光就是玻璃液在其重力和表面张力的作用下达到平衡，使玻璃表面光滑平整。
此区必须要有足够高的温度，而且横向温度必须均匀，以使玻璃的粘度小而均匀，才能使玻璃得以充分摊平。
●玻璃液在此区的粘度102.7---103.2Pa·s。
●玻璃液在此区的温度1000--1065℃。
●玻璃液在此区的冷却速度不得大于60℃/min。
●玻璃液在此区的停留时间不得小于72秒。
玻璃带的流动和边部液流玻璃液经唇砖流落在锡液面上，分为两部分流动，大部分玻璃液向下游流去，形成玻璃带的主体部分，很少一部分玻璃液反向流动，与背衬砖接触，然后缓慢的分成左右两股玻璃液流沿背衬砖和八字砖形成玻璃的左边部和右边部，这样与耐火材料接触的玻璃液形成的玻璃带边部质量较差，都将在冷端掰边作业中除去。
2.预冷区●玻璃液在此区的粘度103- 104Pa·s。
●玻璃液在此区的温度1000-900℃。
3.成型区●玻璃液在此区的粘度104.25- 105.75 Pa·s。
●玻璃液在此区的温度900-780℃。
4.冷却区冷却区长度包括收缩段在内的后面窄段的全部长度。
玻璃液在此区由于快速冷却，粘度急剧增大而不再收缩。
●玻璃液在此区的粘度范围105.75-107 Pa·s。
●玻璃液在此区的温度780-590℃。
二、锡槽的成型机理1.玻璃的粘度粘度是液体的一种内摩擦系数.当某层液体以速度ü运动时,邻近液层也将一起运动,不过速度要小些,并且距离愈远,速度愈小.这种流动称为粘滞流动。
无机非金属材料工学(玻璃)讲解
五、玻璃粘度的近似计算
1．奥霍琴法：适用于含MgO、Al2O3的Na-Ca-Si系玻璃。且各主要氧化物含量范围为 Na2O 12%～16%， CaO+MgO 5%～12%，Al2O3<5%，SiO2 64%～80%T=AX+BY+CZ+DT—某粘度对应的温度；X、Y、Z 分别为Na2O 、（CaO+MgO）、Al2O3的质量百分数；A、B、C、D为各氧化物的特性常数，见表。
二、表面张力的影响因素
玻璃组成：不同成分会影响玻璃的表面张力。玻璃的成分可分为三类，即非表面活性组分、中间性质组分和难熔表面活性组分。一般地，前者会增大表面张力而后两者会减小玻璃的表面张力。温度：表面张力与温度成反比，温度每升高100℃表面张力会下降1%。粘度：粘度与表面张力成正比。
第五节 玻璃的密度
两种观点的相同之处是都认为是近程有序而远程无序，不同之处是近程程度不同。
第三节 粘 度
一、粘度的定义
指面积为S的二平行液层，以一定速度梯度dv/dx移动时需要克服的内摩擦力。ƒ =ηsdv∕dx η—粘度系数（Pa·S）
二、玻璃粘度参考点
应变点：（1013.6Pa·S）应力在几小时内消除的温度点；转变点（Tg）：(1012.4 Pa·S) 的温度；退火点：（1012Pa·S）应力在几分钟内消除的温度点；变形点：1010～1011Pa·S的温度；软化温度：（ Tf）(3～5)×106Pa·S的温度；操作范围：（ 103～106.6Pa·S）成型时玻璃表面的温度；熔化温度：（10 Pa·S）的温度；自动供料机供料粘度：（102～103Pa·S）的温度。
第一章+粘性与表面张力
判断：水温一定时，逐步升高水中的压强直至水开始汽化，则该压强称为
该水温下的汽化压强。
第六节 汽化压强
20
三、空化
空化（Cavitation）：是指液体内局部压力降低到低于汽化压强时，该
处液体就会沸腾，液体内部或液固交界面上蒸汽或气体（空泡）的形成、 发展和溃灭的过程。
四、空蚀 空蚀：空化时气泡进入高压处，在高压作用下迅速破灭，伴随气泡溃灭，
a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大， 吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以
值减小。
b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子 运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动
量交换频繁，所以 值增加。
第四节 粘度
5 选择题：下面关于流体粘性的说法中，不正确的是：
(cm2/s)
（3）粘度的影响因素
4
流体粘度的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。
1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。
2）压强。对常见的流体，如水、气体等， 值随压强的变化不 大，一般可 忽略不计。
3）温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体 的粘度增加。
第五节 表面张力
rh
水
三、毛细作用的计算
毛细高度：
h
2 cos r
对于水有： =0°， =0.074N/m
h
29.8 d
(mm)
对于水银有： =140°， =0.514N/m
h
10.15 d
(mm)
第五节 表面张力
18
2.玻璃成型工艺原理
2.1与玻璃成型有关的性质
2.1.1玻璃状态转化性质
自由流动体：具有液体通性，可自由流动，黏度小于 104.25Pa·s
成型高黏塑性体：受成型控制后，有良好的形态变化， 并能逐渐保持新的成型形态，黏度为104.25-105.75Pa·s
不可成型高黏塑性体：玻璃体有看可塑性，但必须在 较强受理下才有成型的可能，实际已失去成型的可行 性，黏度105.75-108Pa·s
熔体中碱金属和碱土金属以离子状态R+,R2+存在。影响玻 璃黏度。
石英晶体
石英玻璃
钠硅酸盐玻璃
无规则网络学说的玻璃结构模型
3. 影响玻璃黏度的主要因素
影响熔体黏度的主要因素是温度和化学组成。硅酸盐熔体在 不同温度下的黏度相差很大，可以从102变化至1015 Pa·s；组 成不同的熔体在同一温度下的黏度也有很大差别。在硅酸盐 熔体结构中，有聚合程度不同的多种聚合物交织而成的网络， 使得质点之间的移动很困难，因此硅酸盐熔体的黏度比一般 液体高得多。
CaO、B2O3、ZnO、Li2O对粘度影响最为复杂。低温时 ZnO、Li2O增加粘度，高温时降低粘度。低温时CaO增加 粘度，高温时含量<10-12%降低粘度，含量>10～12%增 加粘度。低温时B2O3含量<15%增加粘度，含量>15%降低 粘度，高温时降低粘度。
（1）SiO2、Al2O3、ZrO2等提高粘度。 （2）碱金属氧化物降低粘度。 （3）碱土金属氧化物对粘度的作用较为复杂。一方面类 似于碱金属氧化物，能使大型的四面体解聚，引起粘度减 小；另一方面这些阳离子电价较高（比碱金属离子大一 倍），离子半径又不大，故键力较碱金属离子大，有可能 夺取小型四面体群的氧离子于自己周围，使粘度增大。前 者在高温时是主要的，而后者主要表现在低温。碱土金属 离子对粘度增加的顺序一般为：
玻璃熔制一
“玻璃熔制”课程任务书系：材料工程系班级：玻璃132部门：一任务：一目录一、任务题目：300t/d浮法玻璃熔窑熔制制度的确定二、主要内容：1、确定玻璃熔制过程的温度-粘度曲线2、确定玻璃熔制的各种熔制制度3、分析熔制制度对玻璃质量的影响三、基本要求：1、玻璃熔制制度应符合实际生产情况要求，便于组织生产2、熔制制度参数选择合理、先进3、熟悉玻璃熔制制度对玻璃质量的影响4、提交一份打印的任务说明书与电子文档5、提交本小组成员的成绩表一、确定玻璃熔制过程的温度-粘度曲线玻璃熔制是按照玻璃配方混合好配合料，经过高温加热形成均匀透明的、无缺陷的并符合成型要求的玻璃液的过程。
影响玻璃熔制过程的因素1、熔化温度：温度增加，反应速度加快，温度每升高10℃，反应速度也上升10%。
2、物料颗粒度：粒度减小，速度上升，粒度过小，结团速度下降。
3、配合料均匀度：均匀度上升，速度加快。
4、原料的种类、形成：块、粒状速度快。
投料方法与质量：正面投料，料层薄，熔化快黏度：速度梯度为1时单位接触面积上的内摩擦力。
黏度的工艺意义1. 影响玻璃的熔制质量，黏度大，石英熔化困难，气泡排除困难。
2. 决定玻璃的产量。
3. 决定玻璃制品的成型质量，不同的制品和成型方法，其成型黏度也不同。
4. 决定制品退火温度和热处理温度。
5. 黏度与温度的关系6. 由于结构特性的不同，玻璃熔体与晶体的黏度随温度的变化趋势有显著的差别。
晶体在高于熔点时，熔化变化很小，当达到凝固点时，由于熔融态转变成晶态的缘故，黏度呈直线上升。
玻璃的黏度则随温度下降而增大，从玻璃液到固态，玻璃的黏度是连续变化的，其间没有数值上的突变。
所以实用硅酸盐玻璃，其黏度随温度的变化都属于同一类型，只是黏度随温度变化的速度以及对应于某给定黏度的温度有所不同。
随着温度的变化，玻璃的黏度变化速率不同，这被称为具有不同的料性。
分为长性玻璃和短性玻璃。
随温度降低长性玻璃的硬化速度较慢，被称为慢凝玻璃，而短性玻璃的硬化速度较快，又被称为快凝玻璃。
玻璃的粘度,表面性质,力学和热学性质
C 玻璃的硬度主要取决于化学组成和结构，还与温度和 D 热处理历史有关。对玻璃冷加工影响非常大。 S
抗冲击强度
测量方法：落球法，压痕破坏法
5.1.4
玻璃的密度
密度主要取决于构成玻璃原子的质量， 也与原子的堆积紧密程度及配位数有关。
网络形成体
体积： [BO4]<[SiO4]<[AlO4]
影响热导率因素：
玻璃内部的导热包括：热传导，热辐射
低温时，热传导占主要地位，其大小主要取决 于玻璃的化学组成：键强越大，热传导性能越 好
高温时，热辐射占主要地位，温度越高，传导 性能越高。玻璃的颜色越深，导热性越差。
5.2.4
玻璃的热稳定性
玻璃经受剧烈的温度变化而不破坏的性能。
P K E cd
第4章
玻璃的粘度和表面性质
4.1
玻璃的粘度
定义 粘度是指面积为S的两平行液面，以一定的速 度梯度dV/dx移动时所需克服的内摩擦阻力f。 f=ηS dV
dx
粘度在玻璃生产过程中的作用
在熔制过程中，原料的溶解、气泡的排除、各组分的扩散均化
影响粘度的因素：化学组成、温度、热处理时间 在成形过程中，不同的成型方法与成形速度要求不同的粘度和料性
4.1.3
粘度与组成的关系
有利于形成大阴离子基团的组成使粘度增大（SiO2、 Al2O3、ZrO2等）
提供游离氧，破坏网络结构的，则使粘度减小；场 氧硅比较大，意味着大型的[SO4] 强较大的可能产生复杂的作用：高温降粘，低温增 群分解为小型[SO4]群，粘滞活化能降 粘 氧硅比 键强、离子的极化（R2O－SiO2） 结构的对称性（B2O3、P2O5、SiO2） 配位数（B2O3、Al2O3） 总体来说，键强大，则粘度大
第一章晶体结构习题
第一章晶体结构习题1、概念：晶体，晶体结构，空间点阵，离子半径，离子极化，配位数，固溶体，合金2、在正交简单点阵、底心点阵、体心点阵、面心点阵中分别画出（110）、（001两组晶面，并指出每个晶面上的结点数？3、设有某一晶面在x、y、z三个坐标轴上的截距分别为1a，2b，3c，求该晶面符号？4、在立方晶系中，一晶面在x轴的截距为1，在y轴的截距为1/2，且平行于z 轴，一晶向上某点坐标为x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指数和晶向指数，并绘图示之？答：根据晶面和晶向指数的标定方法可知，题中晶面指数为（120），如图中ABCD，晶向指数为[102]如图中OP。
6、画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），(321)，[010]，[011]，[111]，[231]，[321]7、什么叫离子极化？极化对晶体结构有什么影响？在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场必然要对另一离子的电子云发生作用（吸引或排斥），因而使这个离子的大小和形状发生了改变,这种现象叫离子极化。
极化会对晶体结构产生显著影响，主要表现为极化会导致离子间距离缩短，离子配位数降低，同时变形的电子云相互重叠，使键性由离子键向共价键过渡，最终使晶体结构类型发生变化．8、氧化镁（MgO ）与氯化钠（NaCl ）具有相同结构。
求(1) MgO 的晶格常数；(2) MgO 的密度？（Ar(Mg)=24， Ar(O)=16） 解：（1）（2）每一个单位晶胞中含有4个Mg 2+及4个O 2-，1mol 的Mg 2+具有24g 的质量，1mol 的O 2-具有16g 的质量。
9、已知MgO 晶体中Mg 2+和O 2-在三维空间有规律地相间排列，其晶体结构相当于两套面心立方点阵互相套叠在一起，晶胞常数a=b=c=4.20， α=β=γ=90℃,请回20.078Mg r nm +=20.132O r nm-=222()2(0.0780.132)0.396Mg O a r r nm +-=+=+=232333732324164()4(2416)6.0210 6.02104.28/(0.39610) 6.0210g g g cm a ρ-++⨯⨯===⨯⨯⨯答:①画出MgO晶体二维和三维空间的晶体结构图.②从①的图形中抽象出MgO晶体的空间点阵图形.③从②中划分出单位空间格子,计算其结点数.12、画出MgO晶体（面心立方点阵）在（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面上的结点和离子排布图.13、已知γCs+ = 0.169 nm，γCl- = 0.181 nm。
玻璃工艺学复习练习题
玻璃工艺学复习练习题玻璃工艺学复习练习题一、解释以下概念1.临界冷却温度:能生成玻璃的最小冷却速度。
2.不混溶区：玻璃发生分相的组成-温度范围。
3.晶核：具有一定大小能够稳定生长的结晶区域称为晶核。
4.粘度温度系数：玻璃的粘度温度系数= 粘度变化/温度变化=Δη/ΔT5.色散：折射率随入射光波长的不同而不同的现象称为色散。
6.转变温度：粘度为1012.4帕秒的温度7.软化温度：粘度为106.5-107.2帕秒的温度范围。
8.正常色散：折射率随波长减小而增大，色散随随波长减小而加剧的现象称为正常色散。
9.反常色散：光波波长接近玻璃的吸收带时，玻璃的折射率发生急剧变化，吸收带长波侧的折射率高于短波侧的折射率。
这种现象称为反常色散。
10.结石：玻璃中的结晶质夹杂物称为玻璃结石11.条纹：条纹呈线条状或纤维状，形状和粗细都不规则，与它周围的玻璃有时没有明显的界限，故亦称之为玻璃态夹杂物。
12.疖瘤：疖瘤大多是在高温时形成的液态球滴或球团。
由于这部分玻璃的粘度、表面张力比基体玻璃大，因而易收缩呈圆形或椭圆形。
疖瘤也可看成是条纹的前身，由于扩散不充分而造成。
二. 简答题1.在Na2O-SiO2玻璃中加入二价金属氧化物，玻璃的化学稳定性将怎样变化？既有断网作用，也有积聚作用。
在二元（RO-SiO2）玻璃中，主要起断网作用，使性能劣化。
对碱性氧化物有压制作用。
在碱硅玻璃中加入二价金属氧化物能使性能改善。
玻璃的密度、折射率等性质随二价金属离子半径大小而变化。
2.在Na2O-SiO2玻璃中加入B2O3，玻璃的结构将如何变化？在钠硅玻璃中加入B2O3，玻璃的结构随B2O3增加而逐渐加强，玻璃的性质得到改善。
但B2O3的含量超过某数值时，将出现逆转：随着B2O3的增加，玻璃结构逐渐弱化，玻璃的性质逐渐劣化，在玻璃的性质变化曲线上出现极值。
3.判断玻璃生成能力的三个动力学指标是什么？1.在熔点Tm附近熔体的粘度大小,粘度大，容易生成玻璃2. Tg/Tm比值的大小; Tg/Tm比值大，容易生成玻璃3. 临界冷却速度; 临界冷却速度越小，越容易生成玻璃4.分相结构对玻璃的性质有何影响？对第一类性质的影响：由离子的迁移特性决定的性质，如电阻率、化学稳定性等对玻璃的分相结构十分敏感。
玻璃的粘度及表面性质
氧硅比大（如熔体中碱含量增大，游离氧增 多），非桥氧多，网络结构不牢固，熔体黏度减 小；反之增大。
（2）键强：在其它条件相同的前提下，粘度随阳离 子与氧的键强增大而增大。
R2O－SiO2玻璃 黏度按Li2O－Na2O－K2O依次递减 （3）离子极化：离子极化力大的阳离子对桥氧的极化
(1) 应变点：η＝1013.6，即应力在几小时内消 除的温度。 (2) 转变点（Tg）： η＝1012.4 Pa·S的温度。
(3) 退火点： η＝1012 Pa·S的温度，应力在几 分钟内消除。
(4) 变形点： η＝1010～1011Pa·S的温度范围。
(5) 软化温度（Tf）： η＝3×106～1.5×107 Pa·S的温度范围，相当于操作温度的下限
(6) 操作范围：相当于成形时玻璃液表面的温度范 围。T上限～T下限， T上限指准备成形操作的温度 ； T下限指成形时能保持制品形状的温度；η＝ 103～106.6Pa·S
(7) 熔化温度：η＝10Pa·S
(8) 自动机供料的黏度：102～103Pa·S
3.1.6 黏度对生产的应用
1、在熔制阶段：其对应粘度为100.7-10 Pa·S
2、成型阶段：成形开始的黏度随制品的种类而异 ，一般在101.6～103 Pa·S，终了黏度 为101.6～103 Pa·S
3、玻璃退火：对应粘度为1011－1014 Pa·S,典型的钠 钙硅玻璃对应的温度为583℃～539℃ ，即退火温度范围
3.2 玻璃的表面张力
3.2.1 表面张力的物理意义
熔融玻璃表面层的质点受到内部质点的作用 而趋向于熔体的内部，使表面有收缩的趋势，即 玻璃液表面分子间存在着作用力，即
Chap_1_玻璃及其结构
§1.1 玻璃的概念
广义
玻璃是呈现玻璃转变现象的非晶态固体。
狭义
玻璃是一种在凝固时基本不结晶的无机熔融物
§1.2 玻璃通性与玻璃转变
1．玻璃的通性 各向同性
玻璃体的任何方向具有相同性质。就是说，玻璃 态物质在各个方向的硬度、弹性模量、热膨胀系数、 热传导系数、折射率、导电率等都是相同的，而非 等轴晶系的晶体具有各向异性。
2）VFT公式（Vogel－Fulcher－Tammann）
lg A B
T T0
式中 A、B、T0―均是与熔体组成有关的常数。
3） 特征温度
e. 操作点 : 粘度相当于 × c11形a.00.变应141的0P0.5a形变1温P3·Psa点度时·as·:的。s的粘的温温度粘温度度相度度，，当相，是是于当在指玻1于该0变璃1温４0～形成度开， 粘 玻 始 最 点 f1成.0成3性璃温高。形～形流在度点操1温0动该，温作7度P事温对度与a范·实度应，成s的围上退于又形温: 不火热称时粘度复时膨为能度。存不胀膨保相指在能曲胀持当准，除线软制于备上化 去 d品. 其形Lit应状te力所let。对on应软的化的点温:粘度度范相围当。 b于 玻 于 用 长 ℃ 1玻 化g0..退熔P1璃4的／璃。00.a5.火5化1中玻能玻m·×2s5点的iP～温应璃以璃n1a速0（温0度力纤一液·6s.P率的7T度:的维般的a5粘g加·温m。）上在要澄s度的m热度在:限特求清相直温，，此温制的、粘当径度在是温度炉速均度于，，自消度，中度化相2它重除下3也以熔得当c是下，m５ 称 达 以为到完玻每成璃分。转钟变伸温长度一。毫米时的温 度。
玻璃的组成与结构讲解
广义
指物质的一种结构 用作结构、功能和新材料的玻璃 指玻璃器皿、玻璃瓶罐等
玻璃由熔体过冷所得，因黏度逐渐增大而具有 固体机械性能的无定形物体。
狭义
玻璃态是物质的一种存在状态，是熔融、冷却、 固化的非结晶的无定形物，是过冷的液体。
1.1
玻璃的定义与通性
1.1.2 玻璃的通性（掌握）
¤各向同性：玻璃态物质的质点排列是无规则的， 是统计均匀的，其物理化学性质在 任何方向都是相同的。 ¤介稳性：玻璃由熔体急剧冷却而得到，因T↓而 黏度↑ ↑ ，质点来不及作有规则排列 形成晶体，没有放出结晶潜热。 ¤无固定熔点：玻璃态物质由固体转变为液体是 在一定的温度区域内进行的（软 化温度范围），并且没有新的晶 体生成。
1.65
2.9 3.3 2.80
Ti4+
Ga3+
9.8
7.8
Be2+
Al3+
20
10
1.5 玻璃结构中阳离子的分类
3 中间体氧化物阳离子
不能单独生成玻璃，其作用处于网络生成体和网 络外体之间，氧化物键强主要为离子键，单键强 度介于网络生成体和网络外体之间，配位数一般 为6，即可提供游离氧起“断网作用”，又可使 补网的作用。 说明：当配位数为6时，断网作用
1.3
单元系统玻璃
(a)
图1-6（a）相邻两硅氧四面体之间的Si-O-Si键角分布示意图
（b）石英玻璃与方石英晶体Si-O-Si键角分布曲线
1.3
单元系统玻璃
架状结构特点：稳定牢固 石英玻璃性能表现：
黏度及机械强度高、热膨胀系数小、耐热、 介电性能和化学稳定性好。
结论：
• 一般硅酸盐玻璃中SiO2含量愈大，上面 石英玻璃所表现的性能就愈好； • 石英玻璃内部空旷，在高温高压下，有 明显的透气性，可作功能材料。
玻璃厚薄差的控制
玻璃厚薄差的控制薄玻璃生产，主要影响玻璃质量的因素是玻璃的薄厚差和成型筋，玻璃的薄厚差大小，主要与玻璃成型过程的工艺布置、参数设定有关。
玻璃的成型原理玻璃在锡液面上，在重力和表面张力的作用下，玻璃自然厚度在7mm左右，要想得到所需要厚度的玻璃，只有增加外力，在适宜的粘度范围内，才能得到。
Na-Ca-Si系玻璃理论上适宜的温度范围在550.8——767.9℃。
此时，玻璃粘滞力较大，表面张力作用明显减少，玻璃在外力拉边机作用下，玻璃增厚趋势很弱，可以得到要求厚度的玻璃。
在生产中，为生产优质玻璃，要严格控制成型温度的控制、拉边机速度、角度、冷却器数量、部位等等，几项参数合理的匹配，才能生产出优质的玻璃。
（二）、优质薄玻璃控制要素及原理1．成型温度的控制在理论上讲玻璃的成型温度控制在880－768℃为佳，但在实际生产中运行状态与理想状态相差较多，如玻璃的横向温度是不均匀的，并相差较多，所以在实际生产中，第一对拉边机处的温度都控制在880℃以上，一般第一对控制在900－950℃，末对拉边机760－790℃，原因是，玻璃带在较高温度下受玻璃表面张力的作用，易于自然收缩，但玻璃液在低粘度下也利于玻璃的展薄，如果拉边机布置合理，前区拉边机布置的密一些，阻止玻璃的展薄，后区宽一些，有利于玻璃的定型，使玻璃达到要求的厚度。
高温成型的最大好处是，玻璃板在外力的作用下，易于展薄，不易于产生玻璃机械永久变形。
如温度低，就需要加大拉边机角度或降低拉边机速度来克服玻璃的粘滞力强制展薄，外力的增大，一方面，在低粘度状态下，展薄外力形成的机械变形，很难再摊平，玻璃板面上出现成型筋；另一方面，玻璃在低粘度的情况下拉引，玻璃带横向中部温度高边部温度低，玻璃带中部粘度小的部位易展薄，边部粘度大，粘滞力大不易展薄，玻璃边部厚，不利于玻璃成型控制。
所以说，成型温度控制的不要太低。
2．玻璃薄厚差的调整玻璃的成型厚度与成型温度、拉边机速度、速度配比、角度、电加热开度、冷却水包等因素有关，当温度一定时，增加拉边机角度,降低拉边机速度,可以使玻璃变薄,如何调整,要看槽内工况和玻璃板的薄厚差情况而定。
浮法玻璃的粘度与温度的相对应值
浮法玻璃的粘度与温度的相对应值
1、应变点：大致相当于粘度为1013.6泊的温度，即应力能在几小时内消除的温度，也称退火下限的温度,相对于的温度539℃-523℃（内部质点应力松弛停止的温度）。
2、转变点：相当于粘度为10∧12.6泊的温度，高于此点玻璃进入粘滞状态，开始出现塑性变形，力学性能开始迅速变化，相当于温度559-539℃（玻璃的许多物理性能如热容、密度、热膨胀系数、电导率在该粘度范围发生急剧变化。
这是玻璃结构发生了变化的缘故）。
3、退火点：大致相当于粘度10∧12泊的温度即应力能在几分钟消除的温度，也称为退货上限温度，相对于温度559℃.
4、变形点：相当于粘度10∧10-10∧11泊的温度范围，相对应温度609-583℃（对应于热膨胀曲线上的最高点的温度）。
5、软化温度：它与玻璃的密度和表面张力有关，相当于粘度2*10∧6—1.5*10∧7泊之间的温度。
密度约2.5g/cm3的玻璃相当于粘度为10∧6.6泊的温度软化温度大致相应于操作温度的下限，相对于温度764-716℃。
6、操作温度：相当于成型时玻璃的表面温度范围。
准备成型操作的温度，相当于粘度为3*10∧2—10∧3泊的温度，相对于温度1118----1013℃。
7、熔化温度：相当于粘度为10泊的温度，在此温度下能以一般要求的速度熔化。
表面张力知识
基本概念一、粘度液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，粘度又分为动力黏度与运动黏度度。
1.黏度简介将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层, 各层速度不同,形成速度梯度(dv/dx),这是流动的基本特征.(见图) 由于速度梯度的存在,流动较慢的液层阻滞较快液层的流动,因此.液体产生运动阻力.为使液层维持一定的速度梯度运动,必须对液层施加一个与阻力相反的反向力. 在单位液层面积上施加的这种力,称为切应力τ(N/m2).切变速率(D) D=d v /d x (S-1) 切应力与切变速率是表征体系流变性质的两个基本参数牛顿以图4-1的模式来定义流体的粘度。
两不同平面但平行的流体，拥有相同的面积”A”，相隔距离”dx”，且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流动，牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度，即：τ= ηdv/dx =ηD（牛顿公式）其中η与材料性质有关，我们称为“粘度”。
2.黏度定义将两块面积为1m2的板浸于液体中,两板距离为1米,若加1N的切应力,使两板之间的相对速率为1m/s,则此液体的粘度为1Pa.s。
牛顿流体：符合牛顿公式的流体。
粘度只与温度有关，与切变速率无关，τ与D为正比关系。
非牛顿流体：不符合牛顿公式τ/D=f（D），以ηa表示一定（τ/D）下的粘度，称表观粘度。
又称黏性系数、剪切粘度或动力粘度。
流体的一种物理属性，用以衡量流体的粘性，对于牛顿流体，可用牛顿粘性定律定义之：式中μ为流体的黏度；τyx为剪切应力；ux为速度分量；x、y 为坐标轴；dux/dy为剪切应变率。
流体的粘度μ与其密度ρ的比值称为运动粘度，以v表示。
粘度随温度的不同而有显著变化，但通常随压力的不同发生的变化较小。
液体粘度随着温度升高而减小，气体粘度则随温度升高而增大。
对于溶液，常用相对粘度μr表示溶液粘度μ和溶剂粘度μ之比，即：相对粘度与浓度C的关系可表示为：μr＝1＋【μ】C＋K′【μ】C＋…式中【μ】为溶液的特性粘度，K′为系数。
玻璃工艺学知识要点2016分析
1、玻璃结构：是指离子或原子在空间的几何配置以及它们在玻璃中形成的结构形成体。
2、3T图：以温度T为纵坐标，冷却时间t或lg t为横坐标绘制温度-时间-转变率(T-T-T)图(简称3T图)。
3、离子的集聚作用：是离子使小型四面体聚集为大型四面体的作用。
4、混合碱效应：在R+离子含量不变，引进两种R+离子的玻璃比只含一种R+离子的玻璃的性能发生改变，当两种金属离子(R+)的数量接近时，其性能最佳。
5、离子着色：是指过渡金属离子在3d或4f轨道中de电子未被充满，容易产生d-d跃迁或f-f跃迁而引起光吸收，使玻璃着色。
6、主要原料：是指在玻璃中引入SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、K2O、CaO、MgO等各种组成氧化物的原料。
7、助熔剂：是指能降低玻璃熔制温度或加速玻璃熔制过程的原料。
8、玻璃成分：是指玻璃中所含有元素和化合物的种类和比例，又称为化学组成。
9、玻璃的成型：是将玻璃液制成为具有固定几何形状的玻璃制品的过程。
10、玻璃的热处理：是指在玻璃转变温度与软化温度之间所进行的热过程。
11、玻璃的表面抛光：是对不平整的玻璃表面进行处理，使之成为平整而光滑；或者是将玻璃毛坯制品经过处理，使之达到所规定的形状和尺寸，而且表面很光滑的加工过程。
12、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，具有透明、高机械强度、耐光、耐热、耐湿和耐寒等特性的深加工玻璃制品。
13、重金属氧化物玻璃：是指以氧化铅(PbO)、氧化铋(Bi2O3)、氧化锑(Sb2O3)、氧化碲(TeO2)以及其它在元素周期表中的第五、六主簇周期中具有高原子量的金属氧化物为基础组分而形成的玻璃。
14、光功能玻璃：是指在外场(电、光、磁、热、声、力等)作用下，利用玻璃本身光学性质(如折射率或感应电极化)发生变化的原理，去实现对入射光信号的探测、调制以及能量或频率转换作用的光学材料的统称。
15、离子的解聚作用：是离子使大型四面体分解为小型四面体的作用。
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四、粘度与玻璃组成的关系 ☆ 1.氧硅比 O/Si表现了网络连接程度。 O/Si大时 Onb多，n低，较小。 O/Si 小时 Onb少，n高，较大。 其它阴离子/硅 对粘度影响显著 例如：OH–使降低。
氟化物取代氧化物降低，因为 2F– 代一个O2–
2.化学键的强度 其他条件相同时化学键越强粘度越大。 R2O-SiO2中R+使粘度降低 （1）O/Si 高时 负离子团呈孤岛状，网络需R-O连接，
粘度的测量
2、落球法 （1）测量范围：本方法能测定玻璃熔化、澄清和成形开始等
温度范围的粘度，测量范围为1~103Pa•s。 （2）此法的原理是根据斯托克斯定律，液体的粘度可按下式
计算：
2 gr 2 ( )
9
V
式中：η—粘度（Pa•s）； g—重力加速度(m/s2)； r—球半径（m）； —球的密度（g/m3）；
包括电导、电阻、粘度、化稳性等。
在[Tg,Tf]内逐渐变化
2.非迁移性质
LgB
和玻璃成分间关系简单，符合 加和法则。
包括折射率、色散、弹性模量、硬 度、热膨胀系数、介电常数等。
在[Tg,Tf]内突变。
转变区
1 T 转变区
T
3.其它性质
光吸收、颜色等。是由于电子在离子内跃迁、在不同离 子间的电荷迁移及原子或原子团的振动引起。
c b
1/T
三、粘度和熔体结构的关系 聚合度低、结构疏松，粘度低 1.组成 （1）R+断网聚合度n 熔体自由体积 （2） R2+ 高温解聚（断网） ，
低温积聚，n （3）高场强离子 积聚作用很强，n 2.温度 高温 自由体积较多较大，利于小四面体移动， 较小。 低温 积聚作用使网络连接程度变大，
u 流动性 粘度
=A’ e–u/KT
（4-2）
=1/
=A eu/KT
（4-3）
u -- 粘滞活化能（势垒） -- 流动度
Lg=+ /T (u是常数)
（4-4）
= LgA
= (u/K) Lge
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高温 熔体基本无聚合，
Lg
d
低温 聚合趋于完毕，
u都为常数。
bc中温段 冷却时不断发生聚合， u随温度变化较大（增大），故 a 此段为非线性关系。
五、粘度与热历史的关系 快冷得到的玻璃粘度较小。
六、粘度特征点
（Pa • S）
对应温度
10
熔化温度（玻璃可以一般速度熔化）
102~103
自动供料温度
103~106.6
操作范围
3×106~1.5×107 软化温度（成型下限）
108~1010
膨胀软化点Tf
1012
退火上限
1012.4
转变点Tg 进入粘滞状态，开始出现塑性变形
1013.5
应变点（退火下限）
硅酸盐玻璃的粘度-温度曲线
lgη
温度 / ℃ 图4-5硅酸盐玻璃的粘度-温度曲线
七、粘度的测量与计算
根据不同的粘度采用不同的方法分段测定
1.旋转法 ：测定范围为1~107Pa•s
KM
式中：K是仪器常数，是由坩埚、旋转体的形状及其设 定位置等所确定的常数；
M为扭力矩； ω为角速度。 特点： 此法设备复杂，但测定范围宽，且容易实现自 动化，缩短测定时间，操作简单，准确度和精确度高。
20C玻璃= 1018 Pa • S
二、粘度和温度的关系 1.玻璃的-T曲线☆
A B
用 d/dT 表示料性
d/dT 大即料性短（B）曲线较陡
d/dT 小即料性长（A）曲线较平缓
料性短的玻璃可有较高的成型机速。
T
d/dt 粘度时间系数
2.粘度与温度关系的量化 质点移动（流动）需有克服一定势垒（u）的能量。
—玻璃液密度（g/m3）； V—球运动速度（m/s）
特点：设备结构简单，容易制造，准确度较高；操作不方便， 粘度值测定范围较窄
粘度的测量
（3）压入法
• 本法测定玻璃粘度范围为107 1012 Pa•s。
• 此法是在平板试样上，用加有一定负荷的针状、 球状或棒状的压头压入，从压头压入的速度求粘度 的方法。粘度可由下式算出。
第1章玻璃的粘度和表面张力 • 1.1玻璃的粘度
• 1.2玻璃的表面张力和表面性质
1.1 物理概念
影响因素
特征点
测定与计算
玻璃的粘度（Viscosity） 温度 熔体结构 玻璃组成 热历史
工艺意义
一、粘度的物理意义
粘度是用来衡量粘滞流动的，它表示了液体的内摩 擦力。这种内摩擦力是液体结构的外在表现。
4. 结构对称性 结构对称则结构缺陷较少，粘度较大。
例如：（1） 石英 > 硼玻璃 （2） 石英 > 磷玻璃
5 . 配位数
·氧化硼表现明显。
硼反常 [BO4] [BO3]
· 电荷相同时N越大越大。
如
In2O3(N=6) > Al2O3 (N=4)
16Na2O•xB2O3 • (84-x)SiO2系统
定义： 粘度指面积为S的两平行液层以一定的速度梯度
（dv/dx）移动时需克服的内摩擦阻力f。
f= •S •(dv/dx)
(4-1)
——粘度或粘度系数 单位： 国际单位：帕斯卡•秒（Pa • S）
常用单位：泊（P）
1 Pa • S=10 P
20C水 =10 -3 Pa • S 玻液=10 Pa • S
15 14 13 12 11 10
0 8 16 24 32
B2O3(%)
ZrO2 (N=8) > TiO2 (N=6) > GeO2 (N=4)
小结 （1）SiO2、Al2O3、ZrO2等增加粘度。 （2）碱金属氧化物降粘度。 （3）PbO、CdO、Bi2O3 、SnO等降低粘度。 （4）碱土金属氧化物 降高温粘度，升低温粘度。（使料性变短） 增加粘度的顺序Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+
玻璃性质概述
定义：指玻璃对外界因素的作用所作出的反应。
☆ 外因
玻璃性质
热
热稳定性、热膨胀系数、导热系数
电
电导率、介电损耗
光
折射率、反射、光吸收
机械力
机械强度、弹性模量、硬度
化学介质
化学稳定性
性质分类： 三类性质：迁移性质、非迁移性质、其它性质
1.迁移性质
LgA
可用离子迁移时克服势垒的能
量衡量。成分与性质间不符合加和 法则。
键强大 大。 Li > Na > K
（2）O/Si 低时 网络较完整， R+主要起断网作用， Li+ 对 Ob的极化作用强， Li < Na < K
3.阳离子极化力 阳离子极化力大，减弱硅氧键的作用强，使降低。 非惰性气体型阳离子极化力 > 惰性气体型 如Pb2+、Cd2+、Sn2+、Bi3+、Zn2+、Co2+等均可降低粘度。