特种玻璃2016详解
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压制法：玻璃毛坯、小型园盒、园片; 吹制法：瓶、罐、酒具;
拉制法：玻璃丝、管、棒、小薄片;
压延法：压花平板玻璃、摊薄玻璃; 浇注法：不规则玻璃毛坯、艺术玻璃; 烧结法：玻璃粉压坯烧结、微晶玻璃; 浮法：平板玻璃生产。
2018/9/1 5
2018/9/1
玻璃的生产
2018/9/1
7
2. 特种玻璃
光吸收系数α ：用白光通过玻璃中每cm路程内的透过率T的
自然对数负值表示 。
条纹度：条纹状包裹物。 折射率： n＝c／d ，c、d分别表示光在真空和玻璃中传播速
度。 n=Σniγi ni 为组分i 折射率、γi为组分摩尔数
色散：折射率随波长改变的特性。 光学均匀性和应力双折射 ：
2018/9/1
23
（2）按着色剂分
离子着色（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co 、Ni、Ce、 Pr、Nd等）
过渡元素的化合物，以离子状态存在于玻璃中，它们电子在未填满的3d 轨道中跃迁，并在可见光谱区产生选择性吸收而引起着色。稀土着色是由于 未完全填满的f电子跃迁产生的光谱吸收所致。
胶体着色（ Cu、Ag、Au、Pt；非金属元素S、Se、
Te；化合物CdS、FeS、Sb2S2等 ）
一般先以离子态溶解于玻璃中，经热处理转变成原子态并聚集、长大成
胶体粒子，均匀分散在玻璃中的微小粒子对光的吸收和色散引起对可见光的
吸收而着色，如金红、铜红、银黄等。
2018/9/1 24
半导体着色（CdS和CdSe混合着色）
其颜色随CdS/CdSe的比例可制取黄、橙、红、深红一系列颜色的玻璃。
电功能玻璃
磁功能玻机
械功能玻璃
2018/9/1
14
3. 光学玻璃
基本特性要求： （1）特定光学常数和同批一致性 （2）高度透明性 （3）高度均匀性
（4）一定的化学稳定性
（5）一定的耐热性质及机械性质
2018/9/1 15
光学玻璃分类
无色光学玻璃
颜色滤光玻璃（滤色玻璃）
原子技术玻璃（耐辐照玻璃及防护玻璃）
2018/9/1 8
2018/9/1
9
（2）形状变化：
从传统的板、块
状发展至薄膜、纤维， 即从三维发展到二维、 一维。还有纳米空心
和实心玻璃微球等零
维制品。
2018/9/1
3M公司玻璃空心微珠
10
（3）玻璃态变化： 从单一均质玻璃结构发展到分相玻璃、乳
浊玻璃、微晶玻璃、泡沫玻璃、空气薄膜玻璃。
2.1 主要特点：
（1）成分变化：a.从纯硅酸盐系统发展到硼酸盐、磷
酸盐、锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐、砷酸盐、铋酸盐、铅 硅酸盐等非硅酸盐氧化物系统；b.从纯氧化物玻璃发 展至卤化物、硫族化物、合金化合物等非氧化物玻璃；
c.不同类型玻璃混合而成的混合玻璃； d.纯无机化合
物玻璃至有机-无机复合玻璃； f.从单纯成分至以元素 周期表中大部分元素为成分的玻璃。
表面着色
在玻璃表面用电浮法或采用热喷涂法涂敷透明、半透明或不透明的颜色 涂层，还可以用印刷或喷涂玻璃色釉等，制成表面着色的颜色玻璃。
红外光学玻璃
2018/9/1
16
3.1 无色光学玻璃
3.1.1基本概况
钠钙硅酸盐玻璃 轻冕玻璃 （ 钡、锌、硼、磷玻璃） 重冕玻璃 、火石玻璃（铅、铜、 铋、镧）
冕牌玻璃(K)一般作凸透镜，火石玻璃(F)
作凹透镜。
2018/9/1 17
3.1.2 几种常用的无色光学玻璃
2018/9/1
18
3.1.3 基本要求
称为颜色玻璃或有色玻璃。 用于光学仪器中作为滤色元件，形成单色
光源自文库于某些仪器，滤去其它光波对仪器的干扰。
2018/9/1
21
CIE 1931 XYZ系统色品图
2018/9/1 22
3.2.2 分类
（1）按光谱性能分：
截止型颜色滤光玻璃 选择吸收性滤光玻璃 中性暗型滤光玻璃
（在400一700 nm光谱范围内有较均匀吸收的滤光玻璃）
1.2 特征
各向同性； 无固定熔点； 亚稳态； 变化可逆； 可
变性（成分与性能依存性变化）。
1.3 原料
主要原料：纯碱、石灰石、石英、硼砂、硼酸、芒
硝、白云石、碳酸钡、铅丹等。
辅助原料：澄清剂、着色剂、脱色剂、乳浊剂、 加速剂等等。
2018/9/1 4
1.4 加工工艺
原料加工——熔炼——成型——退火
特种玻璃
王海风 whf2008@dhu.edu.cn
2018/9/1 1
1.玻璃
1.1 什么是玻璃？
玻璃是熔融、冷却、固化后的得到的非结晶无机物。 是一种具有无规则结构的非晶态固体。 ——是来不及结晶的“液体”。
2018/9/1
2
玻璃结构
无规则网络学说
2018/9/1
微晶学说
3
扎哈里亚森(Zachariasen)(1932年)和列别捷夫(А.А.Лебедев)(1921年)
（1）具有特定光学常数，一致性好；
（2）高度透明性，高度物化均匀性；
（3）一定化学稳定性、耐热性和机械强度；
（4）原料要求高，特别控制含铁量Fe2O3≤0.005％；
（5）采用单坩埚间歇法和小池炉连续法，精炼用白
金坩埚；
（6）采用精密退火，退火速率最低0.2-1℃／h。
2018/9/1 19
3.1.4 评价指标
参与材料复合：金属玻璃、夹层玻璃、玻
璃钢、玻纤增强水泥、微晶玻璃等。
2018/9/1
11
（4）功能变化： 从单纯的透光、包装材料发展成具有光、 电、磁和声等特性材料;玻璃本身也从单纯 材料发展为元器件;生物玻璃甚至可以修补 替代有机体。
2018/9/1
12
（5）制备工艺变化：
高温熔融法传统玻璃采用坩埚窑、池窑
制备,特种玻璃发展为电、高频感应、高压真
空、等离子火焰、激光等手段熔炼。还产生
了气相合成、真空蒸发、溅射、CVD、MOCVD
等气相沉积、双辊急冷、低温合成、高能射
线辐照合成，溶液-凝胶等制备方法。
2018/9/1 13
2.2 特种玻璃的主要类型
光功能（光学）玻璃
生物功能玻璃 化学功能玻璃 热功能玻璃
2018/9/1
成分不均匀性或应力差异引起局部折射率不一样，材质表征称为应力 双折射， 换算成单位间距光程差δ(nm/cm)。
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3.2 颜色滤光玻璃（滤色玻璃）
3.2.1 定义及用途
对光谱具有选择吸收（或能透射）各种 颜色的光学玻璃称为颜色滤光玻璃。由于吸收
某波长，透过光则呈现所吸收波长的补色，又
拉制法：玻璃丝、管、棒、小薄片;
压延法：压花平板玻璃、摊薄玻璃; 浇注法：不规则玻璃毛坯、艺术玻璃; 烧结法：玻璃粉压坯烧结、微晶玻璃; 浮法：平板玻璃生产。
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玻璃的生产
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2. 特种玻璃
光吸收系数α ：用白光通过玻璃中每cm路程内的透过率T的
自然对数负值表示 。
条纹度：条纹状包裹物。 折射率： n＝c／d ，c、d分别表示光在真空和玻璃中传播速
度。 n=Σniγi ni 为组分i 折射率、γi为组分摩尔数
色散：折射率随波长改变的特性。 光学均匀性和应力双折射 ：
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（2）按着色剂分
离子着色（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co 、Ni、Ce、 Pr、Nd等）
过渡元素的化合物，以离子状态存在于玻璃中，它们电子在未填满的3d 轨道中跃迁，并在可见光谱区产生选择性吸收而引起着色。稀土着色是由于 未完全填满的f电子跃迁产生的光谱吸收所致。
胶体着色（ Cu、Ag、Au、Pt；非金属元素S、Se、
Te；化合物CdS、FeS、Sb2S2等 ）
一般先以离子态溶解于玻璃中，经热处理转变成原子态并聚集、长大成
胶体粒子，均匀分散在玻璃中的微小粒子对光的吸收和色散引起对可见光的
吸收而着色，如金红、铜红、银黄等。
2018/9/1 24
半导体着色（CdS和CdSe混合着色）
其颜色随CdS/CdSe的比例可制取黄、橙、红、深红一系列颜色的玻璃。
电功能玻璃
磁功能玻机
械功能玻璃
2018/9/1
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3. 光学玻璃
基本特性要求： （1）特定光学常数和同批一致性 （2）高度透明性 （3）高度均匀性
（4）一定的化学稳定性
（5）一定的耐热性质及机械性质
2018/9/1 15
光学玻璃分类
无色光学玻璃
颜色滤光玻璃（滤色玻璃）
原子技术玻璃（耐辐照玻璃及防护玻璃）
2018/9/1 8
2018/9/1
9
（2）形状变化：
从传统的板、块
状发展至薄膜、纤维， 即从三维发展到二维、 一维。还有纳米空心
和实心玻璃微球等零
维制品。
2018/9/1
3M公司玻璃空心微珠
10
（3）玻璃态变化： 从单一均质玻璃结构发展到分相玻璃、乳
浊玻璃、微晶玻璃、泡沫玻璃、空气薄膜玻璃。
2.1 主要特点：
（1）成分变化：a.从纯硅酸盐系统发展到硼酸盐、磷
酸盐、锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐、砷酸盐、铋酸盐、铅 硅酸盐等非硅酸盐氧化物系统；b.从纯氧化物玻璃发 展至卤化物、硫族化物、合金化合物等非氧化物玻璃；
c.不同类型玻璃混合而成的混合玻璃； d.纯无机化合
物玻璃至有机-无机复合玻璃； f.从单纯成分至以元素 周期表中大部分元素为成分的玻璃。
表面着色
在玻璃表面用电浮法或采用热喷涂法涂敷透明、半透明或不透明的颜色 涂层，还可以用印刷或喷涂玻璃色釉等，制成表面着色的颜色玻璃。
红外光学玻璃
2018/9/1
16
3.1 无色光学玻璃
3.1.1基本概况
钠钙硅酸盐玻璃 轻冕玻璃 （ 钡、锌、硼、磷玻璃） 重冕玻璃 、火石玻璃（铅、铜、 铋、镧）
冕牌玻璃(K)一般作凸透镜，火石玻璃(F)
作凹透镜。
2018/9/1 17
3.1.2 几种常用的无色光学玻璃
2018/9/1
18
3.1.3 基本要求
称为颜色玻璃或有色玻璃。 用于光学仪器中作为滤色元件，形成单色
光源自文库于某些仪器，滤去其它光波对仪器的干扰。
2018/9/1
21
CIE 1931 XYZ系统色品图
2018/9/1 22
3.2.2 分类
（1）按光谱性能分：
截止型颜色滤光玻璃 选择吸收性滤光玻璃 中性暗型滤光玻璃
（在400一700 nm光谱范围内有较均匀吸收的滤光玻璃）
1.2 特征
各向同性； 无固定熔点； 亚稳态； 变化可逆； 可
变性（成分与性能依存性变化）。
1.3 原料
主要原料：纯碱、石灰石、石英、硼砂、硼酸、芒
硝、白云石、碳酸钡、铅丹等。
辅助原料：澄清剂、着色剂、脱色剂、乳浊剂、 加速剂等等。
2018/9/1 4
1.4 加工工艺
原料加工——熔炼——成型——退火
特种玻璃
王海风 whf2008@dhu.edu.cn
2018/9/1 1
1.玻璃
1.1 什么是玻璃？
玻璃是熔融、冷却、固化后的得到的非结晶无机物。 是一种具有无规则结构的非晶态固体。 ——是来不及结晶的“液体”。
2018/9/1
2
玻璃结构
无规则网络学说
2018/9/1
微晶学说
3
扎哈里亚森(Zachariasen)(1932年)和列别捷夫(А.А.Лебедев)(1921年)
（1）具有特定光学常数，一致性好；
（2）高度透明性，高度物化均匀性；
（3）一定化学稳定性、耐热性和机械强度；
（4）原料要求高，特别控制含铁量Fe2O3≤0.005％；
（5）采用单坩埚间歇法和小池炉连续法，精炼用白
金坩埚；
（6）采用精密退火，退火速率最低0.2-1℃／h。
2018/9/1 19
3.1.4 评价指标
参与材料复合：金属玻璃、夹层玻璃、玻
璃钢、玻纤增强水泥、微晶玻璃等。
2018/9/1
11
（4）功能变化： 从单纯的透光、包装材料发展成具有光、 电、磁和声等特性材料;玻璃本身也从单纯 材料发展为元器件;生物玻璃甚至可以修补 替代有机体。
2018/9/1
12
（5）制备工艺变化：
高温熔融法传统玻璃采用坩埚窑、池窑
制备,特种玻璃发展为电、高频感应、高压真
空、等离子火焰、激光等手段熔炼。还产生
了气相合成、真空蒸发、溅射、CVD、MOCVD
等气相沉积、双辊急冷、低温合成、高能射
线辐照合成，溶液-凝胶等制备方法。
2018/9/1 13
2.2 特种玻璃的主要类型
光功能（光学）玻璃
生物功能玻璃 化学功能玻璃 热功能玻璃
2018/9/1
成分不均匀性或应力差异引起局部折射率不一样，材质表征称为应力 双折射， 换算成单位间距光程差δ(nm/cm)。
20
3.2 颜色滤光玻璃（滤色玻璃）
3.2.1 定义及用途
对光谱具有选择吸收（或能透射）各种 颜色的光学玻璃称为颜色滤光玻璃。由于吸收
某波长，透过光则呈现所吸收波长的补色，又