玻璃 课件.ppt

玻璃颜色 绿、棕 深琥珀色、紫水晶、脱色剂 深蓝 宝石红 红 琥珀色 黑色 白色 黄绿 琥珀/棕色 浅蓝、红 白色 黄
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无色光学玻璃
彩色玻璃
光纤玻璃
ITO导电玻璃
钢化玻璃
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种类
普通玻璃 石英玻璃
光学玻璃
几种玻璃的特性和用途
特性
用途
再高温下易软化
窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等
膨胀系数小，耐酸碱， 化学仪器，高压水银灯，紫外
B2O3为主要成分 钾玻璃（硬玻璃）以K2O代替钠玻璃中
的部分Na2O，适当提高SiO2含量
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2.5.2.3 特种玻璃
• 钢化玻璃
– 淬火产生内应力，导致表面增强
• 无色光学玻璃
– 可见光波长范围内吸光性极低——高纯度 – 高折射率——增加氧化钡、氧化铅含量
• 导电玻璃
– ITO（Indium Tin Oxide）玻璃导电
小型，连续生产
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玻璃成型工艺：（a）压制，（b）压吹，（c）拉纤
(a) pressing, (b) press and blow process, (c) drawing of fibers.
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连续平板玻璃生产设备
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2.5.2.2 玻璃分类
• 氧化物玻璃
– 石英玻璃
– 硅酸盐玻璃
– 钠钙玻璃
u2 u1
析晶困难相对稳 定性的统一。
玻璃体u
晶体u u =u1- u2
玻璃没有严格的定义，一般将其称 作非晶态物质或无定形物质，是将原料 加热熔融（称为熔体），然后快速冷却 （过冷却）而形成玻璃态，其结构与熔 体结构特征密切有关。
气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图
晶体：有序结构，当晶面满足布拉维衍射条件时，便会在 特征角度出现尖锐的衍射峰
按组成：硅酸盐玻璃（[SiO4]）、硼酸
盐玻璃（[BO3]）、铅酸盐玻璃、磷酸盐 玻璃、锗酸盐玻璃等。
2.5.2 玻璃
玻璃——熔体冷却后呈坚硬无定 形状态的无机物
玻璃瓶
玻璃工艺烛台
艺术玻璃
建筑玻璃
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普通玻璃的化学结构
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玻璃中的组分构成：
1. 形成体：能够独立形成网络的氧化物
–SiO2，B2O3，GeO2
强度大，滤光
灯，光导纤维，压电晶体等
透光性能好，有折光 眼镜片，照相机，显微镜，望
和色散性
远镜用凸凹透镜等光学仪器
玻璃纤维 钢化玻璃
耐腐蚀，不怕烧，不 太空飞行员的衣服，玻璃钢等 导电，不吸水，隔热， 吸声，防蛀虫
耐高温，耐腐蚀，强 运动器材，微波通讯器材，汽 度大，质轻，抗震裂 车，火车窗玻璃等
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• LCD专用平板玻璃
– TFT-LCD使用无碱玻璃，避免钠离子迁移对 半导体的破坏
• 光纤玻璃
– 高纯度石英 – 避免出现羟基结构，因硅羟基吸收近红外光
信号
• 彩色玻璃
– 通过添加着色剂实现彩色 – 着色剂能对投射到玻璃上的白光进行选择性
的吸收
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不同玻璃颜色所使用着色剂
着色剂 氧化铁 氧化锰 氧化钴 氯化金 硒化合物 碳氧化物 锰、钴、铁混合物 氧化锑 氧化铀 表面化合物 铜化合物 锡化合物 铅-锑化合物
——通过扩散、对流、搅拌作用，消除条纹、成分 不均匀和热不均匀性
Process4 & 5
5) 玻璃液冷却阶段
冷却降温200～300 C， 达到成型所要求粘度
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熔窑
池窑
大量连续生产 各熔制阶段在窑的不同部位进行 各部位温度恒定
坩埚窑
小型，间歇式生产, 生产周期24小时
间歇式池窑 单元式熔窑
各熔制阶段均在 同一坩埚内随时间 推移依次进行， 炉膛温度随时间变化， 适用于产量小或经常 更换料种的玻璃， 如特种玻璃
中间体，如： Process1 Na2Ca(CO3)2 (Na2O)0.5~2·(CaO)1~2·(SiO2)3
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2) 玻璃形成阶段
温度 1200～1250 C
低共熔混合物熔化 硅酸盐和剩余石英砂粒的互熔
Process2
熔体中有大量气泡、条纹
CO2, O2, SO2, NO2等
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3) 玻璃液澄清阶段
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方石英 鳞石英
SiO2-Na2O相图
Na2O加入SiO2 中，因形成低 共熔混合物而 使其熔融温度 显著降低
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2.5.2.1 玻璃的制造
1) 硅酸盐形成阶段
2) 玻璃形成阶段 3) 玻璃液澄清阶段
4) 玻璃液的均化阶段 5) 玻璃液冷却阶段
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1) 硅酸盐形成阶段
温度800～1000C 在固相或液相反应中形成易熔的
温度 1400～1500 C
——除气泡
加入澄清剂，如Na2SO4，放出SO3并带出气泡
其它澄清剂：
Process3
NaNO3/KNO3+As2O5——适于高温熔体1400～1500C NaNO3/KNO3+Sb2O3——适于低温熔体1300～1400C
熔体中还有条纹，温度不均匀
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4) 玻璃液的均化阶段 保持较高温度
– 氟化物玻璃
• 非氧化物玻璃
– 硫系玻璃
– 卤化物玻璃
金属玻璃
半导体玻璃
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• 硅酸盐玻璃——基本成分为SiO2
石英玻璃SiO2含量大于99.5％ 高硅氧玻璃SiO2含量约96％ 钠钙玻璃（又名钠玻璃）——含有15％的
Na2O和16％的CaO 铅硅酸盐玻璃主要成分有SiO2 和PbO 铝硅酸盐玻璃主要成分有SiO2 和Al2O3 硼硅酸盐玻璃（耐热玻璃） 以SiO2和
玻璃与陶瓷
• 玻璃转变温度Tg是区分玻璃与其它非晶态固体的重要特征。 ★传统玻璃：TM>Tg 传统玻璃熔体与玻璃体的转变是可逆
的，渐变的。 ★非晶态固体：TM<Tg 二者的转变不可逆。
Tg：玻璃形成温度（脆性温度）T介稳性
熔体u
指玻璃具有 析晶不稳定性与 U
气体：完全无序的结构，因而出现散射现象.
玻璃和熔体结构： 存在相似性 介于有序和无序之间的一种状态，衍射图谱呈弥散状衍 射峰. 近程有序、远程无序. 在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这种局部有规 则排列区域是高度分散的。
无机玻璃分类：
按用途：日用玻璃、建筑玻璃、化学仪
器玻璃、光学玻璃、其他特种玻璃；
2. 中间体：不能独立形成网络的氧化物，但能够 与形成体共同形成网络
–Al2O3，V2O5，SeO2
3. 改性剂：不仅不能形成网络，随着添加量的增 大还会逐渐破坏网络，最终导致体系结晶。一 般为碱金属与碱土金属的氧化物 –Na2O，K2O，CaO，MgO，BaO等。
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Na2O的加入对SiO2网络的影响