第1篇 玻璃基础理论
玻璃基础理论
第一篇玻璃基础理论第1章 玻璃结构与组成玻璃的物理化学性质不仅决定于其化学组成，而且与其结构有着密切的关系。
只有认识玻璃的结构，掌握玻璃组成、结构、性能三者之间的内在联系，才有可能通过改变化学组成、热历史，或利用某些物理的、化学的处理方法，制取符合预定物理化学性能的玻璃材料或制品。
1.1 玻璃的定义与通性1.1.1 玻璃的定义玻璃是非晶态固体的一个分支，按照《辞海》的定义，玻璃由熔体过冷所得，并因粘度逐渐增大而具有固体机械性质的无定形物体。
习惯上常称之为“过冷的液体”。
按照《硅酸盐词典》的定义，玻璃是由熔融物而得的非晶态固体。
因此，玻璃的定义也可理解为：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）的无机物，是过冷的液体。
随着科学技术的进步以及人们认识水平的提高，人们对玻璃（态）物质的结构、性质认识有了更进一步的理解。
形成玻璃（态）物质的范围扩大，玻璃的定义也进行了扩充，分为广义玻璃和狭义玻璃。
广义的玻璃包括单质玻璃、有机玻璃和无机玻璃。
狭义的玻璃仅指无机玻璃。
现较公认的广义玻璃的定义为: 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。
也可理解为：无论是有机、无机、金属，还是何种制备技术，只要具备上述特性的都可成为玻璃。
1.1.2 玻璃的通性在自然界中固体物质存在着晶态和非晶态两种状态。
所谓非晶态是以不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。
玻璃态是非晶态固体的一种，玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排列，而近似于液体，具有近程有序排列。
玻璃像固体一样能保持一定的外形，而不像液体那样在自重作用下流动。
玻璃态物质具有下列主要特征： （1）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，所以，玻璃中不存在内应力时，其物理化学性质（如硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等）在各方向上都是相同的。
但当玻璃中存在应力时，结构均匀性就遭到破坏，玻璃就会显示各向异性，如出现明显的光程差等。
玻璃知识培训资料
玻璃知识培训资料玻璃知识培训资料（一）近年来，玻璃作为一种重要的建筑材料，被广泛应用于各行各业。
玻璃的独特性能使其在建筑、家居装饰、汽车制造等领域发挥着重要的作用。
为了更好地了解和应用玻璃，下面将为大家介绍一些关于玻璃的基础知识。
1. 玻璃的定义和分类玻璃是一种无定形固体，主要由硅酸盐和其他氧化物组成。
根据不同的成分和用途，玻璃可以分为硼硅酸盐玻璃、石英玻璃、钠钙玻璃等多种类型。
2. 玻璃的特点玻璃具有透明、耐高温、耐腐蚀、电绝缘、机械强度高等特点。
它是一种优秀的建筑材料和装饰材料，能够提供良好的采光效果和视觉效果。
3. 玻璃的制造方法常见的玻璃制造方法有浮法制玻璃、拉延法制玻璃、赛默风格法制玻璃等。
其中，浮法制玻璃是目前最主流的玻璃制造技术。
4. 玻璃的性能与应用玻璃的性能包括透明性、抗风压能力、隔音性能、导热性等。
根据不同的需求，玻璃可以应用于建筑幕墙、车窗、家居装饰、光学仪器等领域。
了解以上基础知识，有助于提高我们对玻璃的认识和应用能力。
下面我们将介绍一些玻璃的常见问题与解决方法。
1. 玻璃表面出现划痕怎么办？如果玻璃表面出现划痕，可以使用砂纸或特殊的玻璃刮刀进行修复。
对于较深的划痕，可以使用砂轮机进行打磨，然后再抛光。
2. 玻璃成型过程中出现气泡的原因是什么？玻璃成型过程中出现气泡的原因可能是材料中存在的气体未完全排除，成型时温度不均匀或速度过快等。
解决方法包括提高排气效果、控制成型温度和速度。
3. 如何清洁玻璃？清洁玻璃时，可以使用清水和中性清洁剂搭配软质布进行擦拭。
避免使用酸性或碱性清洁剂，以免损坏玻璃表面。
4. 单片玻璃容易破裂的原因是什么？单片玻璃容易破裂的原因可能是安装不牢固、温度变化过大、外部冲击等。
在安装和使用玻璃时，应注意避免以上因素对玻璃的不利影响。
通过以上的了解与应用，我们可以更好地使用和维护玻璃制品，提高其使用寿命和性能。
同时，也可以更好地应用玻璃材料，满足不同领域的需求。
玻璃培训资料
玻璃培训资料第一章：玻璃基础知识：1、玻璃的定义：一种较为透明的液体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。
主要成份是二氧化硅。
2、玻璃的分类：2.1：玻璃简单分类主要分为平板玻璃和特种玻璃。
平板玻璃主要分为三种：即引上法平板玻璃(分有槽/无槽两种)、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。
浮法玻璃由于厚度均匀、上下表面平整平行，再加上劳动生产率高及利于管理等方面的因素影响，浮法玻璃正成为玻璃制造方式的主流。
2.2：按厚度可分为：3.2、4、5、6、8、10、12、15、19mm等。
2.3：按玻璃的透光率可分为普通透明玻璃和超白玻璃两种。
2.3按颜色可分为：F绿、H绿、本体蓝、欧洲灰等。
2.4 深加工后的玻璃可分为：钢化、半钢化、夹胶、磨砂（或喷砂）、彩釉、中空、镀膜、热弯等。
第二章：玻璃深加工内容：1、钢化及半钢化1.1、钢化：钢化玻璃是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后通过钢化炉加热到接近的软化点，再进行快速均匀的冷却，在其表面形成均匀的压应力，而内部形成张应力，使其机械强度提高，有效的改善了玻璃的抗风压和抗冲击性能。
钢化玻璃相对于普通平板玻璃来说，具有两大特征：1) 前者强度是后者的数倍，抗拉度是后者的3倍以上，抗冲击是后者5倍以上。
2) 钢化玻璃不容易破碎，即使破碎也会以无锐角的颗粒形式碎裂，对人体伤害大大降低。
1.1.1、钢化玻璃可分为水平钢化和弯钢化两种。
一般我们所提及的钢化均指水平钢化。
弯钢化玻璃是指玻璃在经过钢化炉后,还未冷却前,将玻璃弯成规定的形状,但形状必须是圆的一部分。
1.2、半钢化：半钢化玻璃与钢化玻璃的工艺方法相近，只是冷却速度较慢，因此表面应力小于钢化玻璃，其强度只是普通玻璃的2倍。
其相比较钢化玻璃，不易发生自爆，有相对较好的平整度。
2、夹层玻璃。
夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃(也可以是钢化玻璃或其他特殊玻璃)和玻璃之间的有机胶合层构成。
无机非金属材料工学 第1章 玻璃概论
四、玻璃工艺研究发展展望
低成本、质轻、 低成本、质轻、较高强度 生产效率问题 能耗问题 环保和再循环问题 玻璃的新用途
五、我国玻璃工业的前景与发展趋势
我国目前存在的主要问题： 我国目前存在的主要问题： 1、总量过剩与结构性短缺并存； 总量过剩与结构性短缺并存 过剩与结构性短缺并存； 2、发展速度过快，但整体水平不高； 发展速度过快，但整体水平不高； 3、企业生产线多，平均生产规模小； 企业生产线多，平均生产规模小 规模小； 4、企业创新能力不强； 企业创新能力不强； 5、对市场的开拓力度不够； 对市场的开拓力度不够； 6、新线建设过于集中，新增能力过快； 新线建设过于集中，新增能力过快； 7、原燃料价格上涨，使玻璃成本提高； 原燃料价格上涨，使玻璃成本提高； 8、资源、能源、生态环境代价太大； 资源、能源、生态环境代价太大； 9、不正当的竞争。 不正当的竞争。
今后，我国平板玻璃的发展趋势将是： 今后，我国平板玻璃的发展趋势将是：
1、产量的稳步增长——如以目前产量为基数，维持年增 产量的稳步增长——如以目前产量为基数 如以目前产量为基数， 长率8 左右； 长率8%左右； 大力发展浮法——使其成为我国平板玻璃生产的主要 2、大力发展浮法——使其成为我国平板玻璃生产的主要 方法； 方法； 熔窑的大型化——将现今的300吨和450吨级逐步增 将现今的300吨和450 3、熔窑的大型化——将现今的300吨和450吨级逐步增 大容量过渡到以450 800吨 日的熔窑为主； 大容量过渡到以450~800吨/日的熔窑为主； 450~ 降低能源消耗——由现今热效率仅为20~30% 由现今热效率仅为20 4、降低能源消耗——由现今热效率仅为20~30%（单位 产品能耗30kg标准煤 重量箱） 30kg 标准煤/ 产品能耗 30kg 标准煤 / 重量箱 ） ， 提高到国外先进水 平的40 50% 单位产品能耗10 20kg 标准煤/ 40~ 10~ kg标准煤 平的 40~50% （ 单位产品能耗 10~20kg 标准煤 / 重量 箱）。
一、玻璃基础知识1.1玻璃的概念
目录一、玻璃基础知识1.1 玻璃的概念1.2 玻璃的原料构成1.3 玻璃生产工艺及生产流程1.4 玻璃的分类1.5 玻璃的主要用途1.6 玻璃的检验标准1.7 玻璃产业链情况二、我国玻璃生产情况2.1 我国玻璃产能及产量情况2.2 我国玻璃生产分布情况2.3 我国玻璃生产企业情况2.4 各用途玻璃的生产分布情况三、我国玻璃销售情况3.1 近年我国玻璃产销存变化情况3.2 玻璃销售渠道3.3 玻璃销售渠道的特点3.4 玻璃消费领域及需求情况3.5 玻璃消费区域分布特点四、我国玻璃进出口情况4.1 我国近年玻璃进口情况4.2 我国近年玻璃出口情况4.3 我国近年玻璃贸易平衡情况及特点五、玻璃价格及影响因素分析5.1 玻璃成本构成及成本价格5.2 玻璃的定价模式5.3 影响玻璃价格波动的主要因素一、玻璃基础知识1.1 玻璃的概念1.1.1 玻璃的概念玻璃，英文名称Glass，在中国古代亦称琉璃，日语汉字以硝子代表。
是一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。
普通玻璃化学氧化物的组成为Na2O•CaO•6SiO2，主要成份是二氧化硅。
玻璃在日常环境中呈化学惰性，亦不会与生物起作用，因此用途非常广泛。
玻璃一般不溶于酸（例外：氢氟酸与玻璃反应生成SiF4，从而导致玻璃的腐蚀），但溶于强碱，例如氢氧化铯。
制造工艺是将各种配比好的原料经过融化，迅速冷却，各分子因为没有足够时间形成晶体而形成玻璃。
玻璃在常温下是固体，它是一种易碎的东西，摩氏硬度6.5。
1.1.2 玻璃的历史玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固而得。
公元前3700年前，古埃及人已经能制造出玻璃装饰品和简单的玻璃器皿。
当时只有有色玻璃。
公元前1000 年前，中国制造出无色玻璃公元12世纪，出现了用于交换的商品玻璃，并开始成为工业材料。
18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃。
1873年，比利时率先制造出平板玻璃。
玻璃的基本原理
玻璃的基本知识玻璃结构理论：晶子学说(1930年Randell)近程有序（微晶尺寸1.0‐1.5nm)晶子学说的价值在于它第一次指出玻璃中存在微不均匀物，及玻璃中存在一定的有序区域，这对于玻璃分相、晶化等本质的理解有重要价值。
一、玻璃的结构[SiO4]石英晶体结构以及石英玻璃、钠硅酸盐玻璃晶子结构示意图2玻璃结构是指玻璃中质点在空间的几何位置、有序程度以及他们之间的结合状态。
1932年W.H.Zachariasen借助V.M. Goldschmidt的离子晶界化学原则，利用晶体结构来阐述玻璃结构，即查氏把离子结晶化学原则和晶体结构知识推演到玻璃结构，描述了离子-共价键的化合物，如熔融石英、硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃。
氧化物形成玻璃的四个条件：¾一个氧离子不能和两个以上的阳离子结合——氧的配位数不大于2；¾阳离子周围的阳离子熟不应多过3或4——阳离子的配位数为3或4；¾网络中氧配位多面体之间只能共顶角，不能共棱、共面。
¾如果网络是三维的，则网络中每一个氧配位多面体必须至少有三个氧离子与相邻多面体相连，以形成三维空间发展的无规则网络结构。
根据上述条件，B2O3、SiO2、P2O5是很好的玻璃形成体。
不符合上述条件的氧化物则属于网络改良体，如碱金属、碱土金属氧化物。
一些氧化物可以部分参与网络结构，称为网络中间体，如BeO、Al2O3、ZrO23无规则网络学说强调了玻璃中多面体之间互相排列的连续性、均匀性和无序性，而晶子学说则强调了不连续性、有序性和微不均匀性。
因此，玻璃的结构是连续性、不连续性，均匀性、微不均匀性，无序性、有序性几对矛盾的对立统一体，条件变化，矛盾双方可能相互转化。
Figure 1. (a) Crystalline material (regular) and (b) glassy material (irregular).无规则网络学说的玻璃结构模型B2O3玻璃在不同温度下的结构模型无序性（远程）与有序性（近程）、连续性与不连续性，均匀性与不均匀性是玻璃这个统一体的两个方面，而且根据玻璃成分、热处理等条件不同，可以相互转化。
第一章玻璃概论汇总
1、晶体 2、准晶体 3、非晶体
& 1.1 晶体
•晶体中的原子、分子或离子在空间规律性地呈三维周期性 的长程有序排列。
•因此,可以用晶体中的基本构造单位---晶胞描述晶体的微观 对称性。
•晶体格子构造的特点是具有周期性、长程有序和平移对称 性。
& 1.2 准晶
• 1984年末，Daniel Shechtman等人首次报导在Al-Mn合金 急冷时产生的约2微米大小的晶粒中，用电子衍射发现了 一种除显示出二次和三次对称性的图象外，还出现了五 次对称的图象。
& 1.2 准晶
& 1.2 准晶
Mn Al
Al-Mn合金正二十面体结构示意图
• Mn原子位于二十面体中心，Al原子占据其周围12个顶点 形成20个正三角形构成的二十面体。
结晶化学 Crystal Chemistry
杜婕 材料科学与工程学院 Email: dujie1209@ Phone: 1390412420
第一章 玻璃概论
1
晶体、准晶和玻璃2Fra bibliotek玻璃形成的热力学条件
3
玻璃形成的动力学条件
4
影响玻璃形成的几个因素
& 1 晶体、准晶和玻璃
气态 •自然界中的物质聚集状态 液态
& 1.2 准晶
➢ c. 电子结构
组元的电子结构与准晶的形成能力有内在联系。二十面 体准晶的特殊对称性和非周期性对能带结构及费米面附 近的能态密度产生较大影响。因此，有利于形成准晶的 元素应该是对费米面附近的能态密度贡献较大的元素。
➢ d. 原子尺寸
玻璃基础理论
第一篇玻璃基础理论第1章 玻璃结构与组成玻璃的物理化学性质不仅决定于其化学组成，而且与其结构有着密切的关系。
只有认识玻璃的结构，掌握玻璃组成、结构、性能三者之间的内在联系，才有可能通过改变化学组成、热历史，或利用某些物理的、化学的处理方法，制取符合预定物理化学性能的玻璃材料或制品。
1.1 玻璃的定义与通性1.1.1 玻璃的定义玻璃是非晶态固体的一个分支，按照《辞海》的定义，玻璃由熔体过冷所得，并因粘度逐渐增大而具有固体机械性质的无定形物体。
习惯上常称之为“过冷的液体”。
按照《硅酸盐词典》的定义，玻璃是由熔融物而得的非晶态固体。
因此，玻璃的定义也可理解为：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）的无机物，是过冷的液体。
随着科学技术的进步以及人们认识水平的提高，人们对玻璃（态）物质的结构、性质认识有了更进一步的理解。
形成玻璃（态）物质的范围扩大，玻璃的定义也进行了扩充，分为广义玻璃和狭义玻璃。
广义的玻璃包括单质玻璃、有机玻璃和无机玻璃。
狭义的玻璃仅指无机玻璃。
现较公认的广义玻璃的定义为: 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。
也可理解为：无论是有机、无机、金属，还是何种制备技术，只要具备上述特性的都可成为玻璃。
1.1.2 玻璃的通性在自然界中固体物质存在着晶态和非晶态两种状态。
所谓非晶态是以不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。
玻璃态是非晶态固体的一种，玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排列，而近似于液体，具有近程有序排列。
玻璃像固体一样能保持一定的外形，而不像液体那样在自重作用下流动。
玻璃态物质具有下列主要特征： （1）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，所以，玻璃中不存在内应力时，其物理化学性质（如硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等）在各方向上都是相同的。
但当玻璃中存在应力时，结构均匀性就遭到破坏，玻璃就会显示各向异性，如出现明显的光程差等。
1.玻璃知识培训(综合部分)
第一章、浮法玻璃一、浮法玻璃（Float glass）的生产目前平板玻璃的成型工艺主要有浮法、垂直引上法、压延法等，采用各种成型方法生产出来的玻璃统称为平板玻璃，资料表明我国生产的平板玻璃中浮法玻璃占据比率为83%以上，其中优质浮法玻璃约为10%，浮法玻璃已成为平板玻璃中最主要的部分。
浮法玻璃成型工艺在1959年由英国皮尔金顿爵士发明，因玻璃在金属锡液上漂浮（Float）成型而得名。
该工艺为目前国际上最先进的平板玻璃成型工艺，采用浮法工艺生产的玻璃具有平整度好、光学变形小、杂质缺陷少、板宽可控、生产周期长、生产率高等特点。
1.浮法玻璃的生产流程浮法玻璃和普通平板玻璃一样，都是Na-Ca-Si系玻璃，化学成分主要为SiO2O等（71.5—72.5%）、CaO（8.0—9.0%）、Na21）浮法玻璃原材料包括生料与熟料。
生料：硅砂、长石、石灰石、白云石、纯碱、澄清剂（芒硝）、还原剂（碳粉）、着色剂等；熟料：碎玻璃。
绿色、蓝色等着色玻璃颜色主要因为在玻璃原材料中加入着色剂而形成，着色剂一般为铁粉（绿色）、钴粉、氧化铜、氧化铬等。
2）浮法玻璃的生产：将配料完毕的原材料在熔窑中熔化为玻璃液后，玻璃液流入锡槽中并在自身重力和表面张力的作用下，摊开成为向前缓慢移动的双面平整和平行的连续玻璃带，降到一定温度后，在拉边机的作用下形成一定的板宽和厚度，该玻璃带经拉引辊进入退火窑进行退火，退火完毕后便成了浮法玻璃。
2.我司浮法玻璃的生产优势1.设备情况：我司现共有六条浮法玻璃生产线投入生产（深圳两条，广州两条，成都2条），设备分别从法国、德国、比利时、芬兰和美国引进，生产厚度为0.55-22mm 优质浮法玻璃，年总产量约100万吨，其中0.55-1.1mm超薄浮法玻璃填补了国内空白，使我国跻身于当今世界能够生产超薄浮法玻璃为数不多的几个国家之列。
1）高度自动化的生产过程控制采用德国西门子提供的DCS控制系统，将三大热工设备的生产过程连成整体。
玻璃化学基础知识
玻璃化学第一章1玻璃的定义：玻璃是一种具有无规则结构的非晶态固体，其原子不像晶体那样在空间作长程有序的排列，而近似于液体那样具有短程有序。
2玻璃的特性：①各向同性: 玻璃体在任何方向都具有相同的物理化学性质。
就是说，玻璃态物质各个方向的硬度、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介稳性玻璃处于介稳状态，就是说，玻璃态物质是由熔融体过冷却或其它方法形成玻璃时，系统所含有的内能并不处于最低值③性质的可变性玻璃的成分在一定的范围内可以连续变化，与此相应玻璃的性质也随之发生连续的变化。
④性质变化的可逆性:玻璃在固态和熔融态间可逆转化时，其物理化学性质的变化是连续的和渐变的，而且是可逆的。
3玻璃的转变：在Tg～T温度范围内及其附近的结构变化情况，可以从三个温度范围来说明：①在Tf以上：由于此时温度较高，玻璃粘度相应较小，质点的流动和扩散较快，结构的改变能立即适应温度的变化，因而结构变化几乎是瞬时的，经常保持其平衡状态。
因而在这温度范围内，温度变化快慢对玻璃的结构及其相应的性能影响不大。
②在Tg以下：玻璃基本上已转变为具有弹性和脆性特点的固体物质，温度变化的快慢，对结构、性能的影响也相当小。
这个温度间距一般称为退火温度。
低于这一温度范围，玻璃结构实际上可以认为已被“固定”，即不随加热及冷却的快慢而改变。
③在Tg一Tf范围内：玻璃的粘度介于上述两种情况之间，质点可以适当移动，结构状态趋向平衡所需的时较短。
因此玻璃的结构状态以及玻璃的一些结构灵敏的性能，由Tg一Tf区间内保持的温度所决定。
4氧化物形成玻璃条件：①氧离子最多同两个阳离子相连接；②围绕阳离子的氧离子数目不应过多（一般为3或4）；③网络中这些样多面体以顶角相连，不能以多面体的边或面相连；④每个多面体至少有三个氧离子与相邻的多面体相连形成三度空间发展的无规则网络。
5无规则网络学说：强调了玻璃中多面体相互间排列的连续性、均匀性和无序性方面。
01玻璃的结构讲解
钠硼硅玻璃的折射 率随 B2O3 的增加而 增大；但当 B2O3 的 含量超过某个数值
这些微晶子具有晶格变形的有序排列区域。它
们分布在无定形的的介质中。
微晶子学说的依据：
1. 玻璃的折射率在520-590℃ 之间发生急
剧变化。
2. X射线衍射分析结果
玻璃的折射率在520-590℃ 之间 发生急剧变化
虽然石英玻
璃的X射线衍
射图与方石英 不同，但二者 主要衍射峰的 位置却基本相 同。
碱性氧化物 加入到石英玻璃
中，使完整的硅
氧网络断裂，形 成不连续的网络
结构。
3. 钠钙硅玻璃的结构与性能
基本组成： Na2O-CaO-SiO2
结构特点：
基本结构单元为[SiO4], O/Si＞2，有非桥氧；
网络结构也是不连续的。但CaO的加入，使玻璃 的结构得到加强。
性能：与钠硅玻璃相比，机械强度较高、热膨胀 系数较小、耐热性能、介电性能和化学稳定性较
X射线衍射分析结果。
石英玻璃与石英晶体的结构模型
钠硅酸盐玻璃的 结构模型
硅氧四面体 [SiO4] 通过 共用氧原子（桥氧）联
接而成无规则的网络，
钠离子均匀而无序地分
布于硅氧四面体网络的
空隙中。
无规则网络学说强调了玻璃中多面体在 三维空间排列的连续性、均匀性和无序性， 可以解释玻璃的各向同性以及玻璃的性质随 成分连续变化等问题，因而得到了较为广泛 的应用。
玻璃的基本原理
玻璃的基本知识玻璃结构理论：晶子学说(1930年Randell)近程有序（微晶尺寸1.0‐1.5nm)晶子学说的价值在于它第一次指出玻璃中存在微不均匀物，及玻璃中存在一定的有序区域，这对于玻璃分相、晶化等本质的理解有重要价值。
一、玻璃的结构[SiO4]石英晶体结构以及石英玻璃、钠硅酸盐玻璃晶子结构示意图2玻璃结构是指玻璃中质点在空间的几何位置、有序程度以及他们之间的结合状态。
1932年W.H.Zachariasen借助V.M. Goldschmidt的离子晶界化学原则，利用晶体结构来阐述玻璃结构，即查氏把离子结晶化学原则和晶体结构知识推演到玻璃结构，描述了离子-共价键的化合物，如熔融石英、硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃。
氧化物形成玻璃的四个条件：¾一个氧离子不能和两个以上的阳离子结合——氧的配位数不大于2；¾阳离子周围的阳离子熟不应多过3或4——阳离子的配位数为3或4；¾网络中氧配位多面体之间只能共顶角，不能共棱、共面。
¾如果网络是三维的，则网络中每一个氧配位多面体必须至少有三个氧离子与相邻多面体相连，以形成三维空间发展的无规则网络结构。
根据上述条件，B2O3、SiO2、P2O5是很好的玻璃形成体。
不符合上述条件的氧化物则属于网络改良体，如碱金属、碱土金属氧化物。
一些氧化物可以部分参与网络结构，称为网络中间体，如BeO、Al2O3、ZrO23无规则网络学说强调了玻璃中多面体之间互相排列的连续性、均匀性和无序性，而晶子学说则强调了不连续性、有序性和微不均匀性。
因此，玻璃的结构是连续性、不连续性，均匀性、微不均匀性，无序性、有序性几对矛盾的对立统一体，条件变化，矛盾双方可能相互转化。
Figure 1. (a) Crystalline material (regular) and (b) glassy material (irregular).无规则网络学说的玻璃结构模型B2O3玻璃在不同温度下的结构模型无序性（远程）与有序性（近程）、连续性与不连续性，均匀性与不均匀性是玻璃这个统一体的两个方面，而且根据玻璃成分、热处理等条件不同，可以相互转化。
玻璃工艺学1玻璃结构和组成
七、 玻璃中各种氧化物的分类及作用
（2）硼硅酸盐系统中
在钠硼铝硅玻璃中可能同时出现
[SiO4]、[AlO4]、[AlO6]、 [BO4]、[BO3]
硼－铝反常
△n
Na2O/B2O3=4
Na2O/B2O3=2
Al2O3 mol%
１）、每个Ｏ与不超过两个Ｒ离子相联 ２）、Ｒ周围的氧数目为３或４ ３）、多面体共顶，不共棱和面 ４）、每个多面体至少有三个顶角共用
SiO2 、 B2O3 、P2O5 、V2O5 、GeO2 、 As2O5 、 Sb2O5 、 Ta2O5
2021/6/11
实验证实：Warren X-ray结构分析数据 学说重点：多面体排列的连续性、均匀性和无序性
2021/6/11
七、 玻璃中各种氧化物的分类及作用
（1）CaO
· CaO-SiO2不成玻
· 加入R2O- SiO2中制成实用玻璃 · 在Na2O-CaO-SiO2玻璃中降高温粘度，升低温粘度。 一般含量<12.5%，含量过多料性短、脆性大、易析晶。
（2）MgO
两种配位（4和6）
当R+多且无Al2O3 B2O3时成[MgO4]。
七、 玻璃中各种氧化物的分类及作用
1 . 碱金属氧化物的作用 （1）在硅酸盐玻璃中
使四面体网络断裂，结构疏松，性质变差
•Li+ 场强大，“积聚”作用明显。 等量取代K+ 、Na+ 使性质变好。
混合碱效应（中和效应） A. 定义——二元碱硅玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物总量
不变，用一种碱金属氧化物取代另一种，玻璃与扩散有关的 性质不成直线变化，而出现明显的极值。
2021/6/11
分类标准
根据无规则网络学说，按元素与氧结合单键能大小分。
玻璃基础理论
第2章玻璃的形成规律既然玻璃是物质的一种存在状态，那么是否任何物质都可以形成玻璃呢？塔曼曾经断言过，几乎任何物质都可以转变成无定形态，但这一著名论断至今还不能给以充分证明。
就目前而言，并非一切物质都能形成玻璃。
实践证明：有些物质如石英（SiO2）熔融后容易形成玻璃，而食盐（NaCl）却不能形成玻璃。
究竟怎样的物质才能形成玻璃？玻璃形成的条件和影响因素又是什么？这些正是研究玻璃形成规律的对象。
研究玻璃形成规律不仅对研究玻璃结构有深刻的影响，而且也是寻找更多具有特殊性能的新型玻璃的必要途径。
因此，研究和认识玻璃形成规律在理论和实践上都有重要的意义。
2.1 玻璃的形成方法为了合成更多的新型无机非晶态固体材料，以适应科学技术发展的需要，材料科学家进行了大量的探索，发现了许多新的制备玻璃态物质 (非晶态固体)的工艺和方法。
目前，除传统的熔体冷却法外，还出现了气相和电沉积，真空蒸发和溅射，液体中分解合成等非熔融的方法。
因此，过去许多用传统的熔体冷却法不能得到的玻璃态物质，现在都可以成功地制备了。
形成玻璃的方法很多。
总的可分为熔体冷却（熔融）法和非熔融法两类。
熔体冷却（熔融）法是形成玻璃的传统方法，是把单组分或多组分物质加热熔融后冷却固化而不析出晶体。
近年来冷却工艺已得到迅速发展，冷却速度可达106～107℃/s以上，使过去认为不能形成玻璃的物质也能形成玻璃，如金属玻璃和水及水溶液玻璃的出现。
对于加热时易挥发、蒸发或分解的物质，现已有加压熔制淬冷新工艺，获得了许多新型玻璃。
非熔融法形成玻璃是近些年才发展起来的新型工艺。
它包括气相和电沉积，真空蒸发和溅射，液体中分解合成等方法。
表2-1列出了非熔融法形成玻璃的一些方法。
表2-1 非熔融法形成玻璃一览表原始物质形成原因获得方法实例固体（晶体）剪切应力冲击波石英、长石等晶体，通过爆炸，夹于铝板中受600kb的冲击波而非晶化，石英变为d=2.22、N d=1.46接近于玻璃，350kb不发生晶化磨碎晶体通过磨碎，粒子表面逐渐非晶化反射线辐射高速中子射线或α射线石英晶体，1.5×1020cm-2中子照射而非晶化，d=2.26、N d=1.47液体形成络合物金属醇盐的水解Si、B、P、Al、Zn、Na、K等醇盐的酒精溶液，水解得到凝胶，加热（T＜Tg）形成单组分、多组分氧化物玻璃气体升华真空蒸发沉积低温极板上气相沉积非晶态薄膜，有Bi、Ga、Si、Ge、B、Sb、MgO、Al2O3、ZrO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、MgF2、SiC及其它各种化合物阴极溅射及氧化反应低压氧化气氛中，将金属或合金进行阴极溅射，极板上沉积氧化物，有SiO2、PbO-TeO2薄膜、PbO- SiO2薄膜、莫来石薄膜、ZnO 气相反应气相反应SiCl4水解，SiH4氧化而形成SiO2玻璃；B(OC2H5)3真空加热700～900℃形成B2O3玻璃辉光放电辉光放电形成原子态氧,低压中金属有机化合物分解，基板上形成非晶态氧化物薄膜。
硅酸盐工艺学(玻璃)
O/Si比较大， R2O含量高，半径小的碱金属离子粘度大
——四面体接近岛状结构，碱金属离子起积聚作用
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O/Si比较小， R2O含量低，半径小的碱金属离子粘度小
——半径小的离子极化作用强，削弱Si-O键 碱土金属氧化物与R2O类似，可降低粘度（高温断键作用）
碱土金属氧化物低温下增加粘度（低温积聚作用）
度越高
存在硼反常和铝反常 基本规律
SiO2>B2O3>(MgO、ZnO、BaO)>Al2O3>Fe2O3>K2O>Na2O>PbO
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② 玻璃的脆性
概念：负荷超过极限强度，玻璃立即破裂的特性 ——破坏时内部质点不能产生相应流动，松弛速度 慢是脆性的主要原因 影响因素 均匀淬火玻璃低于退火玻璃
V ρ m
m：取决于构成玻璃的原子的质量 v：原子的堆积紧密程度和配位数 （2）密度的主要影响因素 ① 化学组成
RO、R2O，R离子半径↑，密度↑——m增大
R（Li+、Mg2+）离子半径小，填充网络空隙，提高紧密度
——V不变，m增大
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R（K+、Ba2+、La）离子半径大，进入网络间隙，降低紧密度 ——m增大占主导作用 氧化物配位数变化→网络紧密度变化→玻璃密度变化 网络形成体越紧密，密度增大：[BO3]→[BO4]、V减小
积聚作用或参与网络ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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无规则网络学说强调玻璃结构的连续性、统计均匀性 及无序性
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4、玻璃的生产原料
（1）网络形成体 （2）网络改变体 （3）网络中间体
钠钙硅酸盐玻璃：SiO2、Na2O、CaO、MgO、Al2O3
第一章玻璃的结构和组成
度空间发展的架状结构，内部存在许多空隙。
1.3.2 碱硅酸盐玻璃结构 熔融石英玻璃中加入碱金属氧化物，会使原有 [SiO4] 三度空间网络发生解聚，出现与一个硅原子键合的 非桥氧，碱金属离子处于非桥氧附近的网穴中，中 和过剩电荷。 原因：碱金属氧化物的加入使氧硅比值相对增大。 结果： [SiO4]网络失去原有的完整性，结构减弱疏 松，导致一系列性能变坏。
提出：1932年查哈里阿森借助于哥希密特的离子结
晶化学原理，并参照玻璃的某些性能与相应晶体的
相似性提出了无规则网络学说。
内容：
凡是成为玻璃态的物质与相应的晶体结构一样，
也是由一个三度空间网络所构成，这种网络是离 子多面体构筑起来的。晶体结构网是由多面体无 数次有规律重复而构成，而玻璃中结构多面体重 复没有规律性。
几种解释混合碱效应的观点：
⑴不同大小碱离子的相互阻挡论；
⑵同类碱金属离子间的排斥力大于异类；
⑶电动力学交互作用论。
1.11.2 二价金属氧化物的作用 二价金属氧化物可以分成两类：
碱土金属氧化物：BeO、MgO、CaO、SrO、BaO其离
子具有8电子外层，属于惰性气体型结构。
Al3+有两种配位状态，4或6。
Na 2 O 当 ＞1时， Al3+位于四面体中，当 Na 2 O ＜1 Al2 O3 Al2 O3 3+ 时， Al 位于八面体中。
场强较大的阳离子如Li+、B3+、Be2+存在时， Al3+位于八
面体中。
当Al3+位于四面体中时，参与[SiO4]网络，起到补网作用，
的。
② 把晶体磨成细粉，颗粒度小于0.1μm时，其X射线 衍射图也产生一种宽广的（或弥散的 ）衍射峰，与 玻璃类似，而且颗粒度越小，衍射图的峰值宽度越
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晶玻璃，也称铅玻璃，实质是一种仿天然水晶
人造玻璃。
* 在玻璃原料中加入铅，可以增加玻璃的折射率， 也可以略微降低表面硬度，利于琢磨。
窗玻璃
日用玻璃
器皿玻璃
夹层玻璃
钢化玻璃
仪器玻璃
光学玻璃
变色玻璃
高强玻璃
微晶玻璃
生物玻璃
玻璃名称的演变：
时期 战国 秦汉 魏晋南北朝 隋唐 宋朝 元朝 明朝 清朝 主要名称 次要名称 璆琳 陆离 流离、璧流离 隋珠、铸玉、五色之玉 琉璃 水精、夜光璧 璢璃 水晶、五色玉、玉泉 药玉 番琉璃、假玉、玻瓈 瓘玉 玻瓈 药玉 硝子、罐子玉、玻瓈 玻璃 料器
补充：玻璃和琉璃
玻璃纤维
玻璃棉
光导纤维
瓶罐玻璃
0.3 玻璃工艺研究发展展望
（1）生产效率（制造工艺、强度和质量优化的新技术） （2）能耗（原材料、熔炉技术、熔化后工艺、工艺改进） （3）环保和玻璃废料的再循环问题（减少三废排放量、玻璃
工业废料的回收问题）
（4）玻璃的新用途（组成、性能、成本）
0.2 玻璃的发展历程
古 埃 及 玻 璃 制 品
魏晋南北朝的玻璃钵
西 汉 玻 璃 料 器
玻璃的发展简史
原始社会末期开始使用玻璃；
埃及最古老 5000多年前——学会制造玻璃（埃及古墓）；
古罗马玻璃 油灯Байду номын сангаас 3500年前——中国殷商时期的瓷器有“素肌玉骨”之称 ；
玻璃作坊
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； 1903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；
第一篇 玻璃基础理论
绪论 第一章 玻璃的结构与组成 第二章 玻璃的形成规律 第三章 熔体和玻璃体的相变 第四章 玻璃的黏度及表面性质
为什么要学习 玻璃工艺学？
玻璃是由什么构成的？ 怎么生产出来的？
性质上为什么有这么多不同？
0.1玻璃在国民经济中的作用
“隐身衣”玻璃纤维实现视觉伪装