玻璃工艺学第2章
玻璃工艺学复习资料
玻璃⼯艺学复习资料第⼀章玻璃的定义与结构1、解释转变温度、桥氧、硼反常现象和混合碱效应。
转变温度：使⾮晶态材料发⽣明显结构变化，导致热膨胀系数、⽐热容等性质发⽣突变的温度范围。
⾮桥氧：仅与⼀个成⽹离⼦相键连，⽽不被两个成⽹多⾯体所共的氧离⼦则为⾮桥氧。
桥氧：玻璃⽹络中作为两个成⽹多⾯体所共有顶⾓的氧离⼦，即起“桥梁”作⽤的氧离⼦。
硼反常性：在钠硅酸盐玻璃中加⼊氧化硼时，往往在性质变化曲线中产⽣极⼤值和极⼩值，这现象也称为硼反常性。
混合碱效应：在⼆元碱玻璃中，当玻璃中碱⾦属氧化物的总含量不变，⽤⼀种碱⾦属氧化物逐步取代另⼀种时，玻璃的性质不是呈直线变化，⽽是出现明显的极值。
这⼀效应叫做混合碱效应。
2、玻璃的通性有哪些？各向同性；⽆固定熔点；介稳性；渐变性和可逆性；①.各向同性玻璃态物质的质点总的来说都是⽆规则的，是统计均匀的，因此，它的物理化学性质在任何⽅向都是相同的。
这⼀点与液体类似，液体内部质点排列也是⽆序的，不会在某⼀⽅向上发现与其它⽅向不同的性质。
从这个⾓度来说，玻璃可以近似地看作过冷液。
②.⽆固定熔点玻璃态物质由熔体转变成固体是在⼀定温度区域（软化温度范围）内进⾏的，（从固态到熔融态的转变常常需要经历⼏百度的温度范围），它与结晶态物质不同，没有固定的熔点。
③.介稳性玻璃态物质⼀般是由熔融体过冷⽽得到。
在冷却过程中粘度过急剧增⼤，质点来不及作有规则排列⽽形成晶体，因⽽系统内能尚未处于最低值⽽⽐相应的结晶态物质含有较⾼的能量。
还有⾃发放热转化为内能较低的晶体的倾向。
④.性质变化的渐变性和可逆性玻璃态物质从熔融状态到固体状态的过程是渐变的，其物理、化学性质变化是连续的和可逆的，其中有⼀段温度区域呈塑性，称“转变”或“反常”区域。
3、分别阐述玻璃结构的晶⼦学说和⽆规则⽹络学说内容。
答：（1）玻璃的晶⼦学说揭⽰了玻璃中存在有规则排列区域，即有⼀定的有序区域，这对于玻璃的分相、晶化等本质的理解有重要价值，但初期的晶⼦学说机械地把这些有序区域当作微⼩晶体，并未指出相互之间的联系，因⽽对玻璃结构的理解是初级和不完善的。
第二章玻璃生成规律
（3）原始物质为气体
气相沉积法：用SiCl4 、 SiHCl3、SiH4 等硅的卤化物在氢气中热分解，气相生成 物SiO2沉积在石英玻璃基板上，进一步熔 化成高纯石英玻璃。
辉光放电法：在含氧气氛中,金属的有机化 合物分解在基板上, 形成非晶质氧化物薄 膜,不需高温,有微波原子氧发生器时,反应 可在室温进行。如Si( OC2H5)2生成 SiO2。
（1）冷却速度
冷却速度的表征标准 •晶体线生长速度（ν）的倒数（１／ν） •临界冷却速度（指能获得玻璃的最小冷却速度） 史蒂弗斯和斯坦恩（Stein ）认为每种熔体都存 在一个可以形成玻璃的最慢冷却速度，并称之为临 界冷却速度CCR（Critical-Cooling-Rate）。它表明 只有当冷却速度超过CCR值才能使该种物质形成玻 璃。 •三Ｔ图方法（Temperature-Time-Transformation)
•以上讨论结果如从右图所示：
当Ｔ＞Ｔ0时，Ｇ晶＞Ｇ熔
当Ｔ＜Ｔ0时，Ｇ玻＞Ｇ晶，
即低温时玻璃有析晶的倾向。
故从热力学角度分析： 玻璃态内能＞晶态物质内能 ∴有玻璃态→晶态的趋势 玻璃态与晶态的内能差别愈大， 愈易析晶， 难成玻璃。
2.动力学条件
从热力学角度看，玻璃是介稳的；但从动 力学角度看，它却是稳定的，它转变成晶 体的几率很小。因为玻璃的析晶过程必须克 服一定的势垒。 如果这些势垒很大，尤其当熔体冷却速度很 快，粘度就迅速增大，以致降低了内部质点 的扩散，来不及进行有规则的排列而形成玻 璃。 因此，从动力学观点看，生成玻璃的关 键是熔体的冷却速度（即粘度增大速度）。
•Ｆ－Ｉ（如SiO2-Al2O3）：熔化温度太高， 中间体产生积聚作用，使玻璃分相和析晶， 因而玻璃形成范围很小； •Ｉ－Ｍ、Ｉ－Ｉ、Ｍ－Ｍ：无玻璃形成体氧 化物，一般不能形成玻璃； •Ｆ－Ｍ：大多能形成玻璃。
复习思考题--玻璃工艺学
第二篇玻璃工艺学第二章玻璃的性质1 、透光性是否是玻璃的通性？玻璃通性有哪些？2 、可否称玻璃为凝固的液体？3 、玻璃的粘度对生产有何4 、玻璃有何结构特点？5 、两大结构学说各强调了玻璃结构的哪些方面？6 、相同成分的块状玻璃与玻璃纤维相比，哪种的机械强度更大？为什么？7 、为什么保温瓶壁通常都很薄？8 、为什么玻璃受急冷比受急热更容易破裂？9 、为什么水玻璃可以溶解于水而窗玻璃不能？10 、玻璃在大气中和在水中相比，哪种情况更容易破坏？11 、玻璃在常温状态下为什么可以被看作绝缘体？12 、为什么铅硅酸盐玻璃折射率比窗玻璃高？13 、下列氧化物，那些能使玻璃着色？为什么？CaO 、CuO 、Cu2O 、Cr2O3、CoO 、Mn2O3第三章玻璃生产工艺1 、平板玻璃生产时，为什么一般不用高岭土引入 Al2O3？2 、以硝代碱引入 Na2O ，有何利弊？3 、玻璃生产对配合料质量有何要求？4 、是否混合时间越长，均匀度越高？5 、如何提高配合料的均匀度？6 、玻璃生产，为什么不以氧化钙、氧化镁的形式引入玻璃成分，而用石灰石、白云石？7 、既然玻璃澄清是为了排除气泡，为什么使用澄清剂？8 、为什么箱式蓄热室比上升道式蓄热室能将空气预热到更高的温度？9 、说明排烟供气系统上各设备作用。
10 、平板玻璃生产通常使用哪些原料？各引入什么成分？11 、原料加工有何意义？12 、玻璃生产采用那些设备加工原料？为什么要避免“过粉碎”？13 、采用用哪些措施可以提高称量的准确性？14 、影响混合均匀度的因素有哪些？15 、混合过程中加水目的何在？可采用哪些形式加水？为什么要控制加水量、加水温度？16 、碎玻璃加入方式有哪些？各有何利弊？17 、碎玻璃加入量大时为什么要“补碱”？18 、生产中因故障导致硅砂使用量增大，可能会出现什么缺陷？19 、配合料储存采用什么设施？储存时间过长、过短各有什么后果？20 、玻璃熔制过程分哪几个阶段？各阶段的进行受哪些因素的影响？21 、玻璃熔制过程需要做到“四小稳”，内容是什么？22 、泡界线是怎样形成的？泡界线跑偏如何纠正？23 、随着熔制时间的延续，粉料熔化速度是加速进行还是减速进行？24 、配合料粒度对熔化速度有什么影响？25 、玻璃液澄清有何目的？粘度、表面张力对玻璃液澄清各有何影响？26 、为什么采用 As 2 O 3 作为澄清剂时需要与 NaNO 3 合用？27 、温度、窑压不稳定会影响玻璃液澄清质量，为什么？28 、玻璃液均化目的时什么？29 、对玻璃液的冷却有哪些要求？30 、分析玻璃熔制温度过高或过低时会在玻璃制品中出现什么缺陷？31 、哪些措施可以维持玻璃液面的稳定？32 、火焰的气氛制度怎么控制？33 、如果在助燃空气中增加氧气含量，对生产有何影响？34 、玻璃中配合料结石和耐火材料结石各有何特征？产生原因有哪些？35 、保护气体对浮法玻璃的生产有何作用？36 、浮法生产中为什么选择锡作为浮抛介质？37 、玻璃为什么有光滑平整的表面？38 、浮法玻璃成分特点是什么？39 、为什么相同成分的浮法玻璃比其它方法生产的玻璃颜色更深？40 、浮法成型过程可以分哪几个阶段？41 、为什么锡槽要加强密封？42 、为什么锡槽槽底要使用钢板并进行冷却？43 、锡槽中设置电加热元件目的何在？44 、玻璃拉薄和增厚时，拉边机安放方式有何不同？45 、玻璃进出锡槽时的温度是怎样的？为什么？46 、玻璃退火的目的是什么？47 、玻璃中热应力有哪几种？产生原因是什么？48 、玻璃经受急冷，在玻璃表面温度稳定前和稳定后，哪种情况下玻璃更容易破裂？为什么？49 、向室温玻璃杯中加入沸水，玻璃中的应力是暂时应力还是永久应力？为什么？50 、为什么平板玻璃生产需要进行退火过程，而玻璃纤维的生产则不需要？51 、相同尺寸的平板玻璃与石英玻璃都经受相同的温度变化，哪种玻璃中出现的应力更大？为什么？52 、玻璃内应力的存在对玻璃性能有何影响？53 、玻璃进行二次加热退火过程是怎样的？说明其合理性。
玻璃工艺学智慧树知到课后章节答案2023年下齐鲁工业大学
玻璃工艺学智慧树知到课后章节答案2023年下齐鲁工业大学齐鲁工业大学绪论单元测试1.玻璃吹管的使用是玻璃制造工艺的第一个变革。
答案:对第一章测试1.下列哪种物质不属于网络形成体氧化物。
（）答案:Al2O32.晶子学说从微观上解释了玻璃的本质，即玻璃的微不均匀性，（）与有序性。
答案:不连续性3.非桥氧的存在，使硅氧四面体失去原来的完整性和（），使玻璃性能变差。
答案:对称性4.下列哪种物质属于网络外体氧化物。
（）答案:CaO5.从热力学方面来讲玻璃是稳定的，从动力学方面来讲玻璃是不稳定的，所以说玻璃具有亚稳性。
（）答案:错第二章测试1.根据键强判断属于玻璃形成氧化物（网络形成体）的是（）。
答案:键强大于80kcal/mol2.下列哪种键型容易形成玻璃（）答案:离子共价键3.含有一种F（网络形成体）的三元系统有（）种类型。
答案:154.三元系统玻璃形成区共有（）类型。
答案:215.从动力学观点看，生成玻璃的关键是熔体的冷却速度（即黏度增大速度）。
（）答案:对第三章测试1.稳定分相（稳定不混溶性）是液相线以下出现相分离现象。
（）答案:错2.碱金属氧化物与二氧化硅的二元系统出现的分相属于稳定分相。
（）答案:错3.MgO－SiO2系统中液相线以上出现的分相属于亚稳分相。
（）答案:错4.在不稳区，分相后第二相为高度连续性的蠕虫状颗粒。
（）答案:对5.凡是侵蚀速度随热处理时间而增大的玻璃，一般都具有孤立滴状结构。
（）答案:错第四章测试1.结构对称则结构缺陷较少，粘度较小。
（）答案:错2.碱土金属氧化物降低高温粘度，升高低温粘度。
（）答案:对3.奥霍琴法计算某黏度值对应的温度时，以1％MgO代1％CaO时，会降低相应温度。
（）答案:错4.熔体内部质点之间的相互作用力愈大，则表面张力也愈大。
（）答案:对5.奥霍琴法计算某黏度值对应的温度时，公式中的D（随黏度值而变化）表示下列哪种物质的特性常数。
（）答案:SiO2第五章测试1.淬冷属于化学钢化法，能提高玻璃的强度。
玻璃工艺学第二章答案
第二章
1混合键性为何易于形成玻璃？2、什么是3T图？解释3T图曲线的含义。
3、从单键能的角度谈氧化物的分类。
4、总结玻璃形成的动力学条件的表达方式有哪些？
1 答: 形成玻璃必须具有离子键或金属键
向共价键过渡的混合键型。
一般地说：
阴、阳离子的电负性差△x约在1.5～2.5之间；
其中阳离子具有较强的极化本领；
单键强度>335kJ/mol；
成键时出现s-p电子形成杂化轨道。
这样的键型在能量上有利于形成一种低配位数
的负离子团构造或结构键，易形成无规则的网络，
因而形成玻璃倾向很大。
2 答: 以ΔT=Tm-T 为纵坐标，冷却时间t为横坐标作出的三T曲线图叫做三T图。
由于析晶驱动力（过冷度）随温度降低而增加，质点迁移率随温度降低而降低，因而造成
3 T 曲线弯曲而出现头部突出点，其中凸面部分为该熔点的物质在一定过冷度下形成晶体的区域，而凸面部分外围是一定过冷度下形成玻璃体的区域。
3T曲线头部的顶点对应了析出晶体体积分数为10－6时的最短时间
3答：根据单键强度的大小，将氧化物分成三类：键强在80kcal/mol以上称为玻璃形成体，它们自身能形成玻璃。
键强在60kcal/mol一下称为网络外体，在通常条件下不能形成玻璃。
键强在60～80kcal/mol的氧化物，称为网络中间体，其自身不能形成玻璃，将其加入玻璃中可以改变玻璃的性能。
4过冷度增大，熔体质点动能降低，有利于质点相互吸引而聚结和吸附在晶核表面，有利于成核及晶核长大；过冷度增大，熔体粘度增加，使质点移动困难，难于从熔体中扩散到晶核表面，不利于成核及晶核长大。
玻璃工艺培训第2章.
T
3、粘度特征点
（PaS） 10 102~103 103~106.6 对应温度 熔化温度（玻璃可以一般速度熔化） 自动供料温度 操作范围
3×106~1.5×107
108~1010 1012
软化温度（成型下限）
膨胀软化点Tf 退火上限
1012.4
1013.5
转变点Tg
应变点（退火下限）
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玻璃的实际强度、理论强度 块状玻璃的实际强度比理论强度低得多，与理 论强度相差2~3个数量级。块状玻璃实际强度这样低 的原因，是由于玻璃的脆性和玻璃中存在有微裂纹 （尤其是表面微裂纹）和内部不均匀区及缺陷的存 在造成应力集中所引起的（由于玻璃受到应力作用 时不会产生流动，表面上的微裂纹便急剧扩展，并 且应力集中，以致破裂）。其中表面微裂纹对玻璃 强度的影响尤为重要。
在实际生产中，常通过测定玻璃密度和热膨胀系数的 方法来监视生产工艺过程运转是否正常，从分析波动原因来 指导日常的稳定生产。但必须指出，取样时必须定点、定时、 定条件，否则会影响测定的正确性，从而失去可比性。
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2.3
玻璃的热学性质
玻璃的热学性质包括热膨胀系数、导热性、比热容、 热稳定性以及热后效应等，其中以热膨胀系数较为重要， 对玻璃制品的使用和生产都有着密切关系。 1.玻璃热膨胀系数 物体受热后都要膨胀，其膨胀多少是由它们的线膨 胀系数和体膨胀系数来表示的。线膨胀系数是当物体升 高1℃时在其原长度上所增加的长度。 玻璃的热膨胀系数范围： 5.810-7~15010-7/C 一般钠钙硅玻璃为： 80~10010-7/C
《玻璃工艺学》笔记DOC
《玻璃工艺学》笔记DOC第一章玻璃的结构与性质第一节玻璃的定义与通性一、玻璃外观:即不同于液体,也不同于固体,透明或半透明,断裂时呈贝壳状。
结构:以硅酸盐为主要成分的无定形物质。
性质:冷却时不析晶,凝固时又硬又脆.狭义:熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质。
广义:呈现玻璃转变现象的非晶态固体。
【玻璃的定义】玻璃是由熔体过冷所得,随着粘度逐渐增大而固化,具有较大脆性和硬度. 宏观性能类似于固体,微观结构上具有近程有序,远程无序的无定形物质。
结构特征：局部原子具有类似于晶体的有序排列,宏观上原子排列类似于液体无序.即“近程有序,远程无序”二、玻璃的通性1.各向同性2.介稳性3.无固定的熔点4.从熔融态向玻璃态转化时物化性质随温度变化的连续性与可逆性5.物理、化学性质随成分变化的连续性第二节玻璃结构：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一.玻璃结构学说（一）晶子学说1.理论依据：兰德尔1930年提出微晶学说，微晶和无定形两部分组成，有明显的界限。
列别捷夫玻璃在520℃退火时,玻璃折射率变化反常,在500℃之前呈线性分布,在520~ 590之间,突然变小,因为石英在573℃的晶型转变,故推断玻璃中存在高分散石英微晶(晶子)聚集体.2.观点硅酸盐玻璃的结构是由各种不同的硅酸盐和SiO2的微晶体(晶子)所组成的。
晶子是带有晶格极度变形的有序区域,不具有正常晶格构造。
晶子分散在无定形介质中,过渡是逐渐完成的,无明显界线。
3.意义：第一次提出玻璃中存在微不均匀性和近程有序性。
（二）无规则网络学说1.理论依据1932,查哈里阿森硅胶中存在1~10nm的不连续颗粒,图谱中有明显小角散射.玻璃中均匀分布,故结构是连续的、非周期性的.方石英具有清晰的、周期性的衍射峰，说明晶体排列有周期性的.衍射带中主峰位置一致,说明结构单元一致[SiO4]，石英玻璃与方石英中的原子间距相等.计算得知玻璃中Si-O间距1.62A,而方石英中为1.60A.2.基本观点：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组成,这种网络由离子多面体（四面体或三角体）构筑而成，晶体结构网由多面体无数次有规则、重复构成，而玻璃体结构中多面体缺乏对称性和周期性的重复。
第二章玻璃生成规律
①容积分率
乌尔曼（D.R.Uhlmann）估计：玻璃中 能测出的最小晶体体积占熔体总体积的比例约 为10-6。 容积分率=（VL/ V）=/3 Iru3 t4= 10-6
其中，VL为熔体中晶体的体积，
V为熔体体积，
Ir为晶核形成速度，
u为晶体生长速度
利用上式及Ir、u数据可以作出“三Ｔ”图。
2+
Na
+
Li Sr La
2+ Ba
Zn Mg
Ca
3+
0.2
0.5 In
1.0
1.5 R 半径
R2O-SiO2二元系统 依据：硅氧结构随SiO2含量变化的规律（第一章）
SiO2％ 100 66.7 50 40 33.3 fSi=Si/O 0.5 0.4 0.333 0.288 0.25 硅氧结构集团 连续的架状结构 连续的层状结构 连续的链状结构 组群状、双四面体 孤立的硅氧四面体 桥氧数y 4 3 2 1 0
•以上讨论结果如从右图所示：
当Ｔ＞Ｔ0时，Ｇ晶＞Ｇ熔
当Ｔ＜Ｔ0时，Ｇ玻＞Ｇ晶，
即低温时玻璃有析晶的倾向。
故从热力学角度分析： 玻璃态内能＞晶态物质内能 ∴有玻璃态→晶态的趋势 玻璃态与晶态的内能差别愈大， 愈易析晶， 难成玻璃。
2.动力学条件
从热力学角度看，玻璃是介稳的；但从动 力学角度看，它却是稳定的，它转变成晶 体的几率很小。因为玻璃的析晶过程必须克 服一定的势垒。 如果这些势垒很大，尤其当熔体冷却速度很 快，粘度就迅速增大，以致降低了内部质点 的扩散，来不及进行有规则的排列而形成玻 璃。 因此，从动力学观点看，生成玻璃的关 键是熔体的冷却速度（即粘度增大速度）。
•1.8＞Z／a2＞0.8的阳离子，为中间体氧化物。
复习思考题解答--玻璃工艺学
第二篇玻璃工艺学第二章玻璃的性质1．答：不是，玻璃通性有：各向同性、介稳性、无固定熔点、性质变化的连续性和可逆性。
2．答：可以，但不很完善。
3．答：熔制中——粘度小，有利于玻璃液澄清、均化；成型中——粘度不均匀产生玻筋；粘度的作用，使玻璃厚度均匀；粘度随温度变化的快慢影响成型速度；退火中——退火在恰当的粘度下进行。
4．答：近程有序，远程无序。
5．答：晶子学说强调了玻璃结构的有序性、不连续性、不均匀性；无规则网络学说强调了玻璃结构的连续性、无序性、统计均匀性。
6．答：玻璃纤维机械强度更大，因为尺寸小，生产中冷却均匀，表面微裂纹少。
7．答：减小玻璃中存在的温度差，提高热稳定性。
8．答：急冷过程中，表面产生张应力，急热时表面产生压应力，玻璃抗张强度远小于抗压强度。
9．答：窗玻璃中含有二价金属离子，对碱金属离子的迁移有压制效应，迫使离子交换反应停止。
10．答：在大气中更容易损坏。
因为在大气中主要是玻璃表面薄膜水侵蚀玻璃，量小，侵蚀中产生的碱溶解于水后浓度大，相当与碱侵蚀玻璃，碱可以直接溶解玻璃骨架。
11．答：因为玻璃中的碱金属离子等不能迁移。
12．答：因为铅离子极化率大，有利于提高玻璃折射率。
13．答：CuO、Cr2O3、CoO、Mn2O3能使玻璃着色, 因Cu2+、Cr3+、Co2+、Mn3+的d轨道上有未配对的电子，且不是呈半满状态，Ca 2+没有d轨道，Cu+的d轨道呈全满状态，不符合离子着色条件。
第三章玻璃生产工艺1．答：因为高岭土中Al2O3含量高，平板玻璃配合料粒度大，如果混合质量稍差，熔化后局部Al2O3含量高，玻璃中会出现条纹。
2．答：因Na2O含量低导致储库储量增大；耐火材料损坏加快，缩短熔窑寿命；可能出现芒硝泡影响玻璃质量。
3．答：正确性，稳定性，均匀性，恰当的颗粒度与颗粒组成，一定的水分含量，一定的气体含率。
4．答：不是。
5．答：根据物料性质选择混合机，合理的放料顺序，合理的加水量、加水方式，恰当的混合时间，恰当的装填量。
玻璃工艺学课件(3篇)
第1篇一、课程概述玻璃工艺学是一门研究玻璃材料的生产、加工和应用技术的学科。
它涉及玻璃的物理、化学、力学以及加工工艺等多个方面。
本课件旨在介绍玻璃的基本原理、生产工艺、加工技术以及应用领域，为学生提供系统的玻璃工艺学知识。
二、课程内容第一部分：玻璃的基本原理1. 玻璃的定义与分类- 定义：玻璃是一种非晶态固体，由熔融的硅酸盐、氧化物或金属氧化物冷却固化而成。
- 分类：按成分分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等；按用途分为建筑玻璃、光学玻璃、器皿玻璃等。
2. 玻璃的物理性质- 热稳定性：玻璃具有较好的热稳定性，但温差过大时易破裂。
- 透明度：玻璃具有较高的透明度，但颜色、成分等因素会影响其透明度。
- 机械强度：玻璃的机械强度较低，但通过加工可提高其强度。
3. 玻璃的化学性质- 化学稳定性：玻璃具有良好的化学稳定性，不易与酸、碱反应。
- 玻璃的腐蚀：玻璃在特定条件下会被腐蚀，如硫酸、硝酸等。
第二部分：玻璃的生产工艺1. 玻璃的原料- 硅砂：提供硅元素，是玻璃生产的主要原料。
- 石灰石：提供钙元素，用于降低玻璃的熔点。
- 长石：提供铝、钠、钾等元素，调节玻璃的性质。
2. 玻璃的生产过程- 熔制：将原料在高温下熔融，形成玻璃液。
- 熔化：将玻璃液在高温下加热，使其达到熔融状态。
- 拉制：将熔融的玻璃液拉成细长的玻璃棒。
- 烧结：将玻璃棒在高温下烧结，形成玻璃板。
3. 玻璃的冷却- 快速冷却：通过水冷或风冷，使玻璃迅速固化，减少内应力。
- 缓慢冷却：通过自然冷却或缓慢加热，使玻璃均匀冷却，减少内应力。
第三部分：玻璃的加工技术1. 切割- 机械切割：使用切割机将玻璃切割成所需尺寸。
- 热切割：使用火焰或激光将玻璃切割成所需尺寸。
2. 磨光- 机械化磨光：使用磨光机将玻璃表面磨光。
- 手工磨光：使用砂轮、磨棒等工具手工磨光。
3. 抛光- 机械化抛光：使用抛光机将玻璃表面抛光。
- 手工抛光：使用抛光布、抛光膏等工具手工抛光。
玻璃工艺学--2
103 0.97/0.94 101/79 60 1.5
第三节 玻璃形成物质
一、玻璃形成物质
网络形成体氧化物 网络外体氧化物 中间体氧化物
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二、各种氧化物在玻璃中的作用
碱金属氧化物
二价金属氧化物
氧化铝
氧化硼
其它氧化物：氧化锆、 氧化钛等
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（一）碱金属氧化物的作用
R2O 1 时，玻璃形成能力强； SiO2 2 R2O 1 ~ 1时，玻璃形成能力下降； SiO2 2 R2O 1时，R 2 O 50%，难成玻。 SiO2
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RO 50%时，能形成玻璃
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2、I－F 二元系统（SiO2－Al2O3系统）
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2、键强
单键强度 化合物MOX的离解能 阳离子（M）的配位数
网络形成体（玻璃形成氧化物） 网络外体（玻璃调整氧化物） 中间体（中间体氧化物）
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3、键性
化学键的性质 离子键 共价键 金属键 混合键
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思考题1：为什么具有单纯共价键（离 子键、金属键）的物质冷却后不易形成玻 璃？
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（三）氧化铝
在玻璃中，Al3+有两种配位，即位于四面体或八面
体中。在钠硅酸盐玻璃中，当Na2O/Al2O3>1时， Al3+
位于四面体中，而当Na2O/Al2O3<1时，Al3+作为网络
外体位于八面体中。 当Al3+位于铝氧四面体[AlO4]中时与[SiO4]组成统 一的网络。在一般的钠钙硅玻璃中，引入少量的氧化 铝，Al3+会夺取非桥氧形成铝氧四面体进入玻璃网络，
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
16
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
31
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
22
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
8
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
9
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
玻璃工艺学第二章
成核、生长速率与过冷度的关系(塔曼曲线)
(2)粘度 如果在玻璃形成温度(Tg)附近，粘度很大，成核 和晶体生长速率都很小，熔体就容易形成过冷液体 而不易析晶。
确定物质结晶有关条件： 过冷度；粘度；成核速率；晶体生长率。
3T(Time-Temperature-Transformation)曲线图
晶格的机率较大，容易调整成为晶体。如NaCl、CaF2等，以单独离 子存在，流动性大，在凝固点处能够依靠库仑力迅速组成晶格。
共价键——单纯共价键的化合物大多为分子结构，分子间为范
德华力，范德华力无方向性，组成晶格的概率较大。因此共价键化合 物一般也不易形成玻璃。
键性
由以上可知，单纯的键型，如金属键、离子键化合物在一 般条件下很难形成玻璃，纯粹的共价键化合物也难以形成玻璃。 但是，当存在键型过渡时，比如形成由离子-共价、金属-共 价混合键所组成的大阴离子时，就最容易形成玻璃。以离子键
第二章 玻璃的形成
主要内容：
1.玻璃的形成条件
形成玻璃的物质和方法；
形成玻璃的热力学条件； 形成玻璃的动力学条件；
形成玻璃的结晶化学条件。
2.常见的玻璃系统
1. 形成玻璃的物质和方法
目前普遍认为，只要冷却速率足够快，几乎
任何物质都可以形成玻璃。 形成玻璃的方法有很多种，总的来说分为 熔融法和非熔融法（近年来发展起来的）。 具体分别如表所示：
2.3玻璃形成的动力学条件
判定形成玻璃的条件和方法： 物质结晶条件 3T曲线图
物质结晶条件
(1)塔曼曲线
析晶过程分为晶核生长和晶体长大两个过程。
晶核生成速率Iv：单位时间、单位体积的熔体中，生成 的晶核数目(个/cm3· s)；
玻璃工艺02
二、RmOn-B2O3二元系统玻 璃
形成范围与R的半径、电价、 极化率、场强、配位数等有关。 * 规律
成 玻 50 区 域 40 mol%30 20 10
Be
2+
Na Li Cd Zn Mg Ca
Pb K
+
2+ Ba
Sr La
1.同价R半径越大成玻范围越大。 2.半径相近，电荷越小成玻范围 越大。(Li+>Mg2+>Zr4+) 3.半径电荷均相近，极化率大的 成玻范围大。(Pb2+>Ba2+) 4.电场强度大且配位数=6的R可 加入量极少。(Zr4+)
第二章 玻璃生成规律 rules of glassforming 概述玻璃的形成方法：熔体冷却法和非熔融法。 （一）热力学条件 1.玻璃的能量 ∆G=∆H – T∆S 高温熔体– T∆S 起主导作用， ∆G<0 低温玻璃∆H 占主导， ∆H 玻璃态内能>相应结晶态物质，有析晶倾向。 2.形成玻璃的热力学条件 玻璃态与晶态的内能差越小越易形成玻璃 （二）动力学条件 ∆G>0
即离子势差（ 即离子势差（∆Z/r）越小越易分相。如Na-Si Ca-Si ）越小越易分相。
五、分相与玻璃成分的一般规律 1 单一 的玻璃无分相 单一F的玻璃无分相 2 含R2O的硼或硅酸盐二元系统通常看不到分相。 的硼或硅酸盐二元系统通常看不到分相。 的硼或硅酸盐二元系统通常看不到分相 3 含RO(除BaO)的二元系统中，分相在液相线以上。 的二元系统中， 除 的二元系统中 分相在液相线以上。 4 二价阳离子氧化物与硼、硅的二元系统，随离子半径 二价阳离子氧化物与硼、硅的二元系统， 而不同。 而不同。(Fe Zn Cd似 RO, Pb似R2O但分相倾向大 似 似 但分相倾向大) 5 第七主族元素加入会扩大分相区。 七主族元素加入会扩大分相区。 6 P2O5能促进Na2O-SiO2分相，大量 2O3也助分相。 分相，大量B 也助分相。 能促进 7 Al2O3 ZrO2 PbO可抑制 可抑制Na-Si分相，少量 2O3也可。 分相， 可抑制 分相 少量B 也可。 8 Al2O3有抑制BaO- SiO2分相作用。 分相作用。 有抑制 9 分相现象是普遍的。 分相现象是普遍的。
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5.游离氧足够时，加入F、I时，玻璃形成范围仍 大。
6.加入两种M时成玻区比只加一种大。 但 由于低共熔物的形成，使三元系统成玻规律发 生了变化
二、三元系统成玻规律 1.由于新的共熔物形成，三元系统形成区中部出现
突出部分。 2.含有两种F的三元系统，突出位置受共熔点位置
的影响，即突向熔点低一侧。
3.三元系统只有一种F时，突出部分偏向低熔点氧 化物一侧。
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。
2020/10/8
2020/10/8
（二）热力学条件
1.玻璃的能量
G=H – TS
高温熔体–TS起主导作用
G< 0
低温玻璃H 主导
G>0 玻璃态内能>相应结晶态物质，有析晶倾向
2.形成玻璃的热力学条件 玻璃态与晶态的内能差越小越易形成玻璃
三、孙光汉单键能理论
键能大，键的破坏、重组也难，成核位垒高，不 易析晶。
键能>335 KJ/mol的氧化物可单独成玻。
四、温特(winter)的原子构造理论 外层P电子数/氧化物原子数 >2可成玻
化合物 SiO2 Na•2Si Na•2Ca•3Si Na•Si 3Na•Si 2Na•Si
P电子数 10 24
42
14 32 18
原子数Z 3 9
16
6 15
9
P/Z 3.3 2.66
2.63 2.33 2.1
2
易成玻
可成玻易析晶 不成玻
（五）二元系统玻璃生成规律 一、概述
不同阳离子场强差较大，夺氧能力不同，不易析晶
二、RmOn-B2O3二元系统玻璃 形成范围与R的半径、电价、极化率、场强、配位
数等有关。
1.F-M1-M1’
(Li-Na-Si)
50%
M1熔点低，M1’场强大
M1
M1’
F
2.F-M1-M2
(Na-Ca-Si)
1* 2* 2
11*>22*(M1场强小)
1
M1熔点低
M1
M2
3.F-M1-M3
(K-Pb-Si)
33*>22*，因为M可极化性
强，通过离子变形使配位数降
低。
1* 1 M1
F 3*
Tg/Tm>2/3 的易成玻 Tm
（四）结晶化学条件
一、查哈里阿森规则（形成氧化物玻璃规则） 1.每个氧最多与两个NF相联 2.多面体中阳离子配位数不宜过大（四或更小） 3.多面体间只能共角而不共棱、共面 4.形成连续的空间结构网要求每个多面体至少有 三个角与其它多面体共用
二、键性
1.离子键 无方向性、无饱和性
（六）三元系统玻璃生成规律
一、三 = 二 + 一 时的规律
M1 碱金属 M2 碱土金属
M3 易极化离子(Pb2+ Cd2+ Bi3+) M4高场强离子(La3+ Zr4+ Ta5+)
1.M1主要起断网作用，M2还有积聚作用。 2.高价，高配位阳离子可加入量较少。 3.一些可降低配位数的阳离子可加入量较多。 4.含惰性电子对的阳离子可加入较多（M3）
第二章 玻璃生成规律
Rules of glassforming
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？ 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？
（一）形成玻璃的方法
形成玻璃的方法很多。 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 。
* 规律
1.同价R半径越大成玻范围 成
越大。
玻 50 区
2.半径相近，电荷越小成玻 域 40
范围越大。(Li+>Mg2+>Zr4+) mol%30
Na
+ Li
2+ Pb
K
2+Ba
3.半径电荷均相近，极化率 大的成玻范围大。(Pb2+>Ba2+)
4.电场强度大且配位数=6的 R可加入量极少。(Zr4+)
原子相对位置容易改变，组成晶格容易
2.共价键 有方向性、有饱和性，作用范围小 纯共价键化合物为分子结构，以范氏力结合成分 子晶体。
3.金属键
无方向性、饱和性
倾向于最紧密堆积，原子间易成晶格。最不易成玻
4.过渡键 （离子-共价、金属-共价）
形成大阴离子，易成玻。Fra bibliotek如离子-共价键，既有离子键的易变键角、形成无对 称变形的趋势，又有共价键的方向、饱和性，不易改变 键长、键角倾向。造成长程无序、短程有序。
3 M3
F
4.F-M1-M4（Li-Ta-Si)
(dT/dt)C = TN /N=(Tm-TN)/N
Tm— 熔化温度
温度
TN —鼻尖点温度 N —鼻尖点时间
TN
临界冷却速率越小, 成玻越 易
N 三T图
时间
（2）可得样品厚度 Yc=(DTh •N)0.5 DTh —样品热扩散系数 Yc越大越易成玻
2.粘度规则
Tg
粘度越大，越易成玻。
成玻区
3.三分之二规则
化合物熔点、共熔点与共熔点组分的关系
系统 A
系统 B
A 熔点 B 熔点 AB 熔点 B%mol%
K·2Si K·Al·2Si 1045
1704
923
24
Pb·Si 2Pb·Na·3Si 755
620
590
67.5
(KPO3)2 LiPO3·KPO3 798
562
528
75
3Pb·2Si Na·Si
690
20 10
Be
0.2
Cd
Sr
Ca
Zn Mg
La 3+
0.5 In 1.0
1.5
R 半径
三、R2O-SiO2二元系统
R2O/SiO2<1/2时
R2O利于成玻
R2O/SiO2=1/2~1
成玻能力下降
R2O/SiO21
难以成玻
RO-SiO2与R2O-SiO2类似，只是RO用量小于50%，且 成玻能力较小。
（三）动力学条件
玻璃形成与过冷度T、粘度、成核速率Ir、晶体生 长速率u等有关。
熔体冷却速率非常关键。
1.三T图（Temperature-Time-Transformation) (1)临界冷却速率——可防止玻璃产生能被测得结晶
量的最小冷却速率。 可测出的最小晶体体积与熔体体积之比约为10-6 即容积分率VL/ V=/3 •Ir•u3 • t4= 10-6
1088
590
34
B的熔点低时，在共熔物中所占比例大。
4.I可使M较多的区域重新形成玻璃，在有I的三元 系统中，生成区突出偏向M一侧，呈半圆形。
5.F-I、F-M4等不能形成玻璃的二元系统中加入新 的氧化物，由于新的共熔物的形成，可在其中间部位 形成较小的不稳定的玻璃形成区。
F
三、含有一种F的三元系统（15种）