(完整版)无机非金属材料工学(玻璃)
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平板玻璃按生产工艺又分为：浮法玻 璃、垂直引上玻璃（提拉玻璃）、压延 玻璃等。
三、玻璃工业发展史
15万年前人类首先就利用天然黑曜岩薄 片做窗户玻璃，7000B.C.海盗船无意中 发现了人造玻璃的配方。3500～1500年 前开始制造玻璃纤维。直到200A.D.才开 始“平板”玻璃。1957年，英国首先首 先发明浮法玻璃专利，1963年美国购买 了该专利。1975年，美国发明新浮法专 利。我国1971年在洛阳首先引进浮法生 产线，现有30多条生产线。目前我国浮 法玻璃供不应求，各地正在加紧上线。
2.5
1013
-6.29
5.24
5.24 651.50
3.0
2．富切尔法：
T=T0+B/(lgη+A) 而计其算中。A、B、T0 可 根 据 玻 璃 中 各 氧 化 物 含 量
A=1.4788
Na2O+0.8350K2O+1.6030CaO+5.4936MgO1.5183 Al2O3+1.4550
ƒ =ηsdv∕dx η—粘度系数（Pa·S）
二、玻璃粘度参考点
1．应变点ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（1013.6Pa·S）应力在几小时内消 除的温度点；
2．转变点（Tg）：(1012.4 Pa·S) 的温度； 3．退火点：（1012Pa·S）应力在几分钟内消 除的温度点；
4．变形点：1010～1011Pa·S的温度； 5．软化温度（ Tf）(3～5)×106Pa·S的温度； 6．操作范围：（ 103～106.6Pa·S）成型时玻 璃表面的温度；
mNoal,2O=0M.1g5O～=00～.2
0η.0=51101～m1o0l1,2Pa·sA.l2O3=0.0015～0.073
mol,
第四节 玻璃的表面张力
一、定义
表面张力时指玻璃与另一相接触的相分 界面上（空气、锡液等）在恒温、恒容 条件下增加一个单位表面时所作的功。 单位：N/m或J/m2。
四、玻璃粘度与温度的关系
总体上玻璃粘度与温度成反比。图2～2。 满足： Logη=a+b/T （a、b为常数）
图2～2 硅酸盐玻璃弹性、粘度与温度关系图
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
第二篇 玻璃工艺学
第一章 引言
一、定义
广义：凡是具有非晶钛结构的固体材料 统称为玻璃。 狭义：从熔体中冷却，在室温下还保持 熔体结构的固体材料。即无机玻璃。
二、分类
按成分：单质玻璃、有机玻璃、无机玻 璃。
按用途：平板玻璃（建筑、日用玻 璃）、光学玻璃、器皿玻璃、工艺玻璃 （医用、仪器、激光玻璃）。
5%～12%，
Al2O3<5%，SiO2 64%～80%
T=AX+BY+CZ+D
T—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2～ 1。
表2～1 各氧化物的特性常数
玻璃
粘度
（Pa
·S）
A
系数数值
B
C
以1% MgO代替 CaO引起温度升
二、无规则网络学说
由查哈里阿森（Zachariasen）1932年提 出，认为玻璃中硅氧以共价键结合在三 维空间内形成连续的网络。强调了结构 玻璃的连续性、统计均匀性、无序性。
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、玻璃的定义
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。
第二章 玻璃的通性
包括：
一、各向同性 二、介稳性（亚稳性） 三、无固定熔点 四、性质变化的连续性和可逆性
一、各向同性
在同一块玻璃中所有的物理化学性能在 各个方向均相同。
二、介稳性（亚稳性）
由于玻璃熔体在冷却过程中粘度迅速重 大，来不及结晶就成为固体。所以保留 了熔体的结构，造成体系内能不是最小， 即亚稳态。图2～1。
图2～1 玻璃体系内能随温度变化图
三、无固定熔点
由于玻璃形成过程中由熔体向固体转变 是在一定的温度范围内进行的，所以其 熔化过程也是在一定的温度范围内而不 是某一温度点。
四、性质变化的连续性和可逆性
决定于其形成过程。
第二节 玻璃结构的假说
包括：
一、晶子说 二、无规则网络学说
一、晶子说
由兰德尔（Randell）1930年提出，认为 玻璃是由80%的直径等于1.0～1.5nm左 右的微晶组成，晶体取向无序。
2.6
107
-8.71
0.47
4.24 815.89
1.4
108
-9.19
1.57
5.34 762.50
1.0
109
-8.75
1.92
5.20 720.80
1.0
1010
-8.47
2.27
5.29 683.80
1.5
1011
-7.46
3.21
5.52 632.90
2.0
1012
-7.32
3.49
5.37 603.40
高 D
102 -22.87 -16.0 6.50 1700.4
9.0
103 -17.49 -9.95 5.90 1381.4
6.0
104 -15.37 -6.25 5.00 1194.2
5.0
105.5 -12.19 -2.19 4.58 980.72
3.5
106 -10.36 -1.18 4.35 910.86
意义：表面张力的大小在玻璃液的澄 清、均化、成型以及熔体与耐火材料作 用等过程中起着重大作用。
B=
-6039.7Na2O-1439.6K2O-
3919.3CaO+6285.3MgO2253.4 Al2O3+5736.4
T0= -25.07Na2O-321.0K2O+544.3CaO-
384.0MgO+294.4 Al2O3+198.1
适 mol,
用
范Ca围O=：0.1S2iO～20=.12mol,
7．熔化温度：（10 Pa·S）的温度； 8．自动供料机供料粘度：（102～103Pa·S） 的温度。
三、玻璃粘度与成分的关系
1．SiO2、Al2O3、ZrO2含量升高，粘度增大； 2．碱金属氧化物R2O含量升高，粘度降低； 3．碱土金属氧化物MO含量升高，粘度增大； 4．PbO、CdO、Bi2O3、SnO含量升高，粘度 增大； 5．Li2O、ZnO、B2O3含量升高，增加低温粘 度，而降低高温粘度。
三、玻璃工业发展史
15万年前人类首先就利用天然黑曜岩薄 片做窗户玻璃，7000B.C.海盗船无意中 发现了人造玻璃的配方。3500～1500年 前开始制造玻璃纤维。直到200A.D.才开 始“平板”玻璃。1957年，英国首先首 先发明浮法玻璃专利，1963年美国购买 了该专利。1975年，美国发明新浮法专 利。我国1971年在洛阳首先引进浮法生 产线，现有30多条生产线。目前我国浮 法玻璃供不应求，各地正在加紧上线。
2.5
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-6.29
5.24
5.24 651.50
3.0
2．富切尔法：
T=T0+B/(lgη+A) 而计其算中。A、B、T0 可 根 据 玻 璃 中 各 氧 化 物 含 量
A=1.4788
Na2O+0.8350K2O+1.6030CaO+5.4936MgO1.5183 Al2O3+1.4550
ƒ =ηsdv∕dx η—粘度系数（Pa·S）
二、玻璃粘度参考点
1．应变点ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（1013.6Pa·S）应力在几小时内消 除的温度点；
2．转变点（Tg）：(1012.4 Pa·S) 的温度； 3．退火点：（1012Pa·S）应力在几分钟内消 除的温度点；
4．变形点：1010～1011Pa·S的温度； 5．软化温度（ Tf）(3～5)×106Pa·S的温度； 6．操作范围：（ 103～106.6Pa·S）成型时玻 璃表面的温度；
mNoal,2O=0M.1g5O～=00～.2
0η.0=51101～m1o0l1,2Pa·sA.l2O3=0.0015～0.073
mol,
第四节 玻璃的表面张力
一、定义
表面张力时指玻璃与另一相接触的相分 界面上（空气、锡液等）在恒温、恒容 条件下增加一个单位表面时所作的功。 单位：N/m或J/m2。
四、玻璃粘度与温度的关系
总体上玻璃粘度与温度成反比。图2～2。 满足： Logη=a+b/T （a、b为常数）
图2～2 硅酸盐玻璃弹性、粘度与温度关系图
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
第二篇 玻璃工艺学
第一章 引言
一、定义
广义：凡是具有非晶钛结构的固体材料 统称为玻璃。 狭义：从熔体中冷却，在室温下还保持 熔体结构的固体材料。即无机玻璃。
二、分类
按成分：单质玻璃、有机玻璃、无机玻 璃。
按用途：平板玻璃（建筑、日用玻 璃）、光学玻璃、器皿玻璃、工艺玻璃 （医用、仪器、激光玻璃）。
5%～12%，
Al2O3<5%，SiO2 64%～80%
T=AX+BY+CZ+D
T—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2～ 1。
表2～1 各氧化物的特性常数
玻璃
粘度
（Pa
·S）
A
系数数值
B
C
以1% MgO代替 CaO引起温度升
二、无规则网络学说
由查哈里阿森（Zachariasen）1932年提 出，认为玻璃中硅氧以共价键结合在三 维空间内形成连续的网络。强调了结构 玻璃的连续性、统计均匀性、无序性。
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、玻璃的定义
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。
第二章 玻璃的通性
包括：
一、各向同性 二、介稳性（亚稳性） 三、无固定熔点 四、性质变化的连续性和可逆性
一、各向同性
在同一块玻璃中所有的物理化学性能在 各个方向均相同。
二、介稳性（亚稳性）
由于玻璃熔体在冷却过程中粘度迅速重 大，来不及结晶就成为固体。所以保留 了熔体的结构，造成体系内能不是最小， 即亚稳态。图2～1。
图2～1 玻璃体系内能随温度变化图
三、无固定熔点
由于玻璃形成过程中由熔体向固体转变 是在一定的温度范围内进行的，所以其 熔化过程也是在一定的温度范围内而不 是某一温度点。
四、性质变化的连续性和可逆性
决定于其形成过程。
第二节 玻璃结构的假说
包括：
一、晶子说 二、无规则网络学说
一、晶子说
由兰德尔（Randell）1930年提出，认为 玻璃是由80%的直径等于1.0～1.5nm左 右的微晶组成，晶体取向无序。
2.6
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-8.71
0.47
4.24 815.89
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-9.19
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5.34 762.50
1.0
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-8.75
1.92
5.20 720.80
1.0
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-8.47
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5.29 683.80
1.5
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-7.46
3.21
5.52 632.90
2.0
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-7.32
3.49
5.37 603.40
高 D
102 -22.87 -16.0 6.50 1700.4
9.0
103 -17.49 -9.95 5.90 1381.4
6.0
104 -15.37 -6.25 5.00 1194.2
5.0
105.5 -12.19 -2.19 4.58 980.72
3.5
106 -10.36 -1.18 4.35 910.86
意义：表面张力的大小在玻璃液的澄 清、均化、成型以及熔体与耐火材料作 用等过程中起着重大作用。
B=
-6039.7Na2O-1439.6K2O-
3919.3CaO+6285.3MgO2253.4 Al2O3+5736.4
T0= -25.07Na2O-321.0K2O+544.3CaO-
384.0MgO+294.4 Al2O3+198.1
适 mol,
用
范Ca围O=：0.1S2iO～20=.12mol,
7．熔化温度：（10 Pa·S）的温度； 8．自动供料机供料粘度：（102～103Pa·S） 的温度。
三、玻璃粘度与成分的关系
1．SiO2、Al2O3、ZrO2含量升高，粘度增大； 2．碱金属氧化物R2O含量升高，粘度降低； 3．碱土金属氧化物MO含量升高，粘度增大； 4．PbO、CdO、Bi2O3、SnO含量升高，粘度 增大； 5．Li2O、ZnO、B2O3含量升高，增加低温粘 度，而降低高温粘度。