第六章玻璃成分设计

④原子分数（原子百分数） 如Ge22As20Se58、Ge20Sb15Se65 •主要用于特种玻璃组成的表示。 ⑤阳离子相对分数：每种阳离子与氧离子的原子比
f Me
Me的 原 子 数 量 O的 原 子 数 量
⑥硅酸盐摩尔分数：玻璃中硅酸盐所占的摩尔分数
如：摩尔比为Na2O • CaO • 3SiO2的玻璃成分，可形成 Na2Si2O5和CaSiO3的硅酸盐，则其硅酸盐摩尔分数 为0.5Na2Si2O5 • 0.5CaSiO3的 •只适用于硅酸盐，且简单的成分系统，故不常用。
③符合绿色制造概念 尽量不用或少用对环境有害的成分，如 Pb、Hg、F等，但目前还很难做到理想。 ④符合熔制、成形、退火等工艺要求 ⑤原料质量的稳定和供应 原料易得，成本低，玻璃价格低。
具体地 •首先：根据玻璃制品的物理-化学性能和工艺 性能，选择合适的氧化物系统，确定３-４种总量达 ９０％左右的主要氧化物含量。利用相图或玻璃形 成区图选择组成点时，组成点接近低共熔点或相界 线，远离析晶区，以降低玻璃的析晶倾向。 •此外：还加入一些赋予玻璃必要性质而不使 玻璃主要性质变差的氧化物，使其组成氧化物在５６种以上。这里须结合各种氧化物的作用，以及双 碱效应、硼反常、铝反常等知识。 •最后：还应当考虑加入适当的辅助原料如澄 清剂、助熔剂等。
2．玻璃成分设计
（1）玻璃成分设计原则
①设计的玻璃性能达到要求 根据组成、性质和结构的关系 ②玻璃成分体系稳定可靠 •设计的组成能形成玻璃而析晶倾向小。 •以玻璃形成图为依据时，透明玻璃成分要在玻璃形 成区内。 •以相图为依据时，玻璃成分应位于相图中相交界线 和低共熔点附近。 还要考虑玻璃是否容易分相和析晶的问题， 微晶玻璃应获得要求的晶相和形貌
叶 巧 明 教 授
玻 璃 工 艺 学
第六章 玻璃成分设计
(一)玻璃成分概述 １．玻璃成分表示方法
①质量分数
最常用方法
mi wi 100 mi
式中：wi——玻璃成分i的质量分数，%； mi——玻璃成分i的质量； Σmi——玻璃中所有成分质量的总和。 •质量分数表示法与玻璃性质间不存在线性关系。
（2）玻璃成分设计方法
经验设计、计算机辅助设计 ①玻璃成分经验设计 •提出设计玻璃的性能要求 根据玻璃制品使用要求，列出以下主要性能 要求： 膨胀系数、软化点、热稳性、化稳性、机械强度 、电学性质、光学性质等以及如熔制温度、成形温 度、退火温度等工艺性能。
•拟定玻璃的组成
一般有两类情况： 对于玻璃新成分的确定： 有关相图 选择玻璃组成点，拟定玻璃组成； 玻璃形成区图 对于已有成分作局部调整： 首先：根据性能要求，参考已有成分，结合生 产条件，调整玻璃中各氧化物的比例，拟定出原始 组成； 然后：按照有关性质计算公式算出主要性质， 并与预期要求对照，不符和要求时，反复调整组成 ，最终拟定玻璃的组成。 •实验、测试、确定组成 经反复试验、性能测试后确定合理的玻璃组成。
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②摩尔分数：玻璃组成中每种成分的摩尔含量
ni xi 100 ni
式中：xi——玻璃成分i的摩尔物质量分数，%； ni——玻璃成分i的物质的量； Σni——玻璃中所有成分物质的量的总和。 •在研究玻璃成分与性质关系时，常采用摩尔分数。 ③摩尔比 先将玻璃成分中各成分的量换算成物质的量，再 列出相互之间物质的量的比例 如：Na2O • CaO • 3SiO2 优点：可预测玻璃的性质 •在探讨不同成分对玻璃性质影响时，常用摩尔比法。
②玻璃成分计算机辅助设计（自学） •计算机模拟设计 全面试验法： 按照用途提出性能要求→根据经验选择成分数 目和大致范围→根据成分—性质数学模型计算→选 出适合要求的成分 正交试验法： 根据正交试验表，选择选择计算次数。其他 与全面试相同。 此法可以减少计算工作量。 •玻璃成分计算机优化设计 •利用数据库进行玻璃成分设计 （3）玻璃性能计算（自学）