普通硅酸盐工艺学

所以，在生产上退火质量的好坏可在密度上明显地反映出来。
二、密度在生产控制中的应用
在玻璃生产中常出现事故，如配方计算错误、配合
料称量差错、原料化学组成波动等，这些均可引起玻 璃密度的变化。因此，玻璃工厂常将测定玻璃的密度 作为控制玻璃生产和玻璃组成恒定性的有效手段。 平板玻璃的密度为2500～2520kg/m3。 常温下密度的测定方法：排液失重法（阿基米德 法）；比重瓶法；悬浮法。
2. 温度:
玻璃的粘度随温度降低而增大，从玻璃液到固态玻璃的 转变，粘度是连续变化的 。
粘 度
温度
对不同组成的玻璃，粘度－温度曲线形状相似，但随温
度变化，粘度变化速率不同，这种情况称为玻璃具有不同的
料性，如图所示。 A B
η
η
1
η
2
T1
T2
T3
T4
玻璃B成为料性短的玻璃或短性玻璃，又称快凝玻璃； 玻璃A称为长性玻璃，又称慢凝玻璃。
二、介稳性 三、无固定熔点
四、性质变化的连续性与可逆性
硅酸盐工艺学
第二节 玻璃结构的假说
一、玻璃的结构 １晶子学说：强调玻璃的近程有序性。
２无规则网络学说：玻璃结构的连续性、
统计均匀性和无序性。
玻璃结构的特点：短程有序，长程无序。
第三节 玻璃的粘度
一、粘度的定义
指面积为S的两平行液层，以一定的速度梯度
[BO4]
一、影响玻璃密度的因素
1.组成对密度的影响: 玻璃组成不同密度相差很大。
石英玻璃的密度最小，为2000kg/m3
普通钠钙硅玻璃为2500-2600kg/m3
含有PbO、Bi2O3、Ta2O5、WO3的玻璃密度可达6000kg/m3 某些防辐射玻璃的密度可高达8000kg/m3
2.温度对密度的影响：温度升高，密度下降。 一般工业玻璃，当温度由20℃升高1300℃时， 密度下降约为6%―12%，在弹性形变范围内，密度 的下降与玻璃的热膨胀系数有关。
第六节 玻璃的力学性质
一、玻璃的强度 一般用抗压强度、抗折强度、抗张强度和抗冲击强度等 指标表示玻璃的机械强度。 玻璃以其抗压强度高、硬度高而得到广泛应用，也因其 抗张强度与抗折强度不高，脆性大而使其应用受到一定的限 制。
玻璃的理论强度比理论强度小2―3个数量级。
原因：实际玻璃中存在有微裂纹（尤其是表面微裂纹）
硅酸盐工艺学
二、影响表面张力的因素
1. 组成：各种氧化物对玻璃的表面张力有不同的影响 如Al2O3 、CaO、MgO能提高表面张力。K2O、 PbO、B2O3、Sb2O3 等如加入量较大，则能大大降低 表面张力。Cr2O3 、V2O3 用量不多时也能降低表面张 力。硫酸盐如芒硝，氯化物如NaCl等都能显著地降低 玻璃的表面张力，因此，这些化合物的加入，均有利 于玻璃的澄清和均化。
四、玻璃的分类：
1. 元素玻璃：由一种元素的原子构成的玻璃。 如：硫、硒、砷、磷。 2. 氧化物玻璃：单组分氧化物玻璃如B2O3、
SiO2、P2O3、AS2O3、Sb2O3等，有实用价值的
是石英玻璃。
硅酸盐工艺学
多组分玻璃主要有：
硅酸盐玻璃： Na2O—CaO—SiO2系统，包括窗玻璃、 电真空玻璃等，是实用价值最大的一类。为改善性能， 加入少量Al2O3和MgO。 防辐射玻璃、微晶玻璃玻璃等
周围，很快溶解消失。反之，条纹玻璃表面张力大，则
条纹力求形成球形，不利于溶解而难以消除。
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2.对成型过程更为重要，如玻璃球的生产、玻璃
制品的吹制、以及近代浮法玻璃生产原理也是基于
玻璃与锡液的表面张力作用获得光滑的平板玻璃。
3.不利影响：生产玻璃薄膜必须克服表面张力的 作用，平板玻璃拉制或浮法生产薄玻璃时要用拉边 器来克服表面张力引起的边收缩。
1. 所用原料从纯天然矿物到人工合成的高纯原料； 2. 所含成分从各种氧化物到非氧化物以及元素； 3. 所用的合成方法从单坩埚熔制到多坩埚、熔池熔制，以及 气相沉积和溶胶一凝胶法合成；
4. 所用成型方法从简单的浇铸、模压和用吹管吹制等手工成
型到全部机械化和自动化的吹、压、拉、离心浇注； 5. 应用范围从装饰、生活日用品到具有声、光、电、磁、热、 力等各种性能的电子元器件。
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第一篇 玻璃工艺学
第一章 概述
一、定义 1. 广义的定义：玻璃是呈现玻璃转变现象的 非晶态固体。 2. 狭义的定义：一种在凝固时基本不结晶
的无机熔融物。即通常所说的无机玻璃，常
见的为硅酸盐玻璃。
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二、玻璃的特性 透明、质地坚硬、耐腐蚀、热塑性 （可塑造各种形状的制品）、无毒等
20世纪50年代，英国一位名叫皮尔金的工程师发明了浮 法玻璃工艺，解决了平板玻璃制作工艺的问题。
我国古代没有玻璃一词，－－琉璃 琉璃包括符合现代玻璃定义的真正玻璃以及一些半透明和不 透明物质。
1904年，清廷官员曾在博山设立玻璃公司，在德国技师指导 下手工生产过平板玻璃这可能是中国最早生产的平板玻璃。
玻璃吹管的使用是玻璃制造工艺的第一个变革
古代玻璃由于含有较多的氧化铁及其他杂质，因而总是带 有暗绿色。约公元1世纪，埃及亚力山大港人为了制造无色玻 璃，在玻璃中引入氧化锰作为补色剂。无色玻璃的出现为随后 的彩色玻璃开辟了道路。 12世纪，欧洲的玻璃工匠发明出彩色 玻璃工艺，为教堂设计形形色色的彩色玻璃窗。
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沉浮比较密度仪
由于密度溶液的热膨胀系数比玻璃参照标样和玻璃试样的热 膨胀系数大得多，所以温度升高时，密度溶液的密度值比玻璃参 照标样和玻璃试样的密度值下降多得多。 室温20±3℃时，配制的密度溶液的密度大于玻璃参照标样 和玻璃试样的密度，因此，玻璃参照标样和玻璃试样漂浮在密度 溶液上。然后使三者同时升温，当密度溶液的密度小于标样与试 样的密度时，在不同温度下，标样和试样分别沉降，根据其沉降 温度，计算玻璃试样的密度。 玻璃参照标样于30℃[1]在配制密度溶液中沉降，玻璃试样在 20 ～ 40℃ 范 围 内 沉 降 ， 因 此 ， 可 测 定 与 标 样 密 度 值 相 差 ±0.0200g／cm3以内的试样。 注：[1]为便于玻璃厂快速测定玻璃试样密度，玻璃参照标样沉 降温度可定在25－35℃范围内。
(200―380)×10-3N/m。
玻璃的表面张力在玻璃的澄清、均化、成型、玻璃液 与耐火材料相互作用等过程中起着重要的作用。
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表面张力在生产过程中的意义
1.对玻璃的澄清、均化等过程起重要的作用 表面张力一定程度上决定了气泡的成长和溶解，从 玻璃液中排除的速度； 玻璃液中条纹和节瘤的扩散和溶解速度决定于主体 玻璃与条纹玻璃表面张力的相对大小，若条纹玻璃的表 面张力小，则条纹力求展开形成薄膜状，并包围在玻璃
2. 温度： 表面张力随着温度的升高而降低，二者几乎成直 线关系，实际上可认为，当温度提高100℃时表面张 力减少1%，
第五节 玻璃的密度
玻璃单位体积的质量称为玻璃密度。主要取决于
玻璃的原子的质量，也与原子堆积的紧密程度及其配
位数有关，是表示玻璃结构的一个标志。
[AlO4] [BO3]
[AlO6]
掌握好粘度变化规律，可提高玻璃制品的产量和质量。
粘度在生产上作为一个控制因素。 1、应变点——大致相当于粘度为1013.6Pa· 秒的温度，即应 力能在几小时内消除的温度。 2、转变点(Tg）——相当于粘度为1012.4 Pa· S的温度。 3、退火点——大致相当于粘度为1012帕· 秒的握度。 即应力能在几分钟内消除的温度。
15世纪末，威尼斯人制造出完全透 明的玻璃。有了透明的玻璃，人们可以
制造眼镜、显微镜和望远镜。
1905年，比利时人E.Foureault成功从池窑中直接拉制出 平板玻璃（有槽垂直引上法）。之前，窗玻璃就一直用这种 方法制造。尽管窗玻璃尺寸 有限，且质量不高，但它却使玻 璃应用出现了新的领 域，即从日用和观赏进入建筑领域。
三、玻璃的发展史
公元前2500年，埃及和美索不达米亚。 你知道玻璃是从石英砂中提炼出来的吗？人类在烧制陶器的时 候，从烧过的灰中发现了玻璃珠。但当时制造的玻璃珠和玻璃 棒只是用来作昂贵的装饰品。
公元前200年，人们发明出吹制玻璃皿的工具和工艺。他 们把吹管的一端蘸上玻璃液，在另一端一边用嘴吹气一边转动， 玻璃液变成一个球，球里面不断地充气，最后形成玻璃瓶。
7、熔化温度——粘度为10帕· 秒的温度，在此温度下玻璃能
以一般要求的速度熔化。
8、自动供料机供料粘度——102-103帕· 秒
第四节
玻璃的表面张力
一、表面张力的物理与工艺意义
玻璃表面张力指玻璃与另一相接触的相分界面上（一 般指空气），在恒温、恒容下增加一个单位表面时所做的功 ， 单 位 为 N/m 和 J/m2 。 硅 酸 盐 玻 璃 的 表 面 张 力 为
4、交形点——相当于粘度为1010--1011帕· 秒的温度范围。
5、软化温度(Tf）——它与玻璃的密度和表面张力有关。相当 于3×106-1.5×107帕· 秒之间的温度。密度为2.5左右的玻璃相 当于粘度为10 6.6帕· 秒时的温度
6、操作范围——相当于成型玻璃表面的温度范围。T上限指准 备成形操作的温度，相当于粘度为102-103帕秒(103—104泊)的 温度。T下限指相当于成形时能保特制品形状的温度，相当于 粘度＞ 105帕秒的温度。操作范围的粘度一般为103-10 6.6帕秒。
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降温时，料性短的玻璃硬化快。
三、粘度的计算（略）
四、粘度对工艺生产的意义 玻璃在熔制过程中，石英的溶解、玻璃液的扩散、气泡的
排除都与粘度有关（气泡的上升速度与玻璃液的粘度成反比）
，较低的粘度有利于澄清和均化； 成形过程中不同的成形方法要求有不同的粘度，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(1012帕· 。 秒)
dv/dx移动时需克服的摩擦阻力f。
f=ηSdv/dx
粘度是流体内部结构的外在表现，是玻璃熔体 的重要性质。
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二、影响熔体粘度的主要因素 1. 玻璃的化学组成：组成对粘度的影响比较复杂。 • • R2O↑ η ↓ O/Si小时，对η起主要作用的是四面体的键力，降低 粘度的能力为：Li+＞Na+＞K+＞Rb+＞Cs+ • O/Si大（>30%）时Li+＜Na+＜K+
3.热历史
玻璃的热历史是指玻璃从高温冷却，通过Tf―Tg区域时的
经历，包括在该区域停留时间和冷却速度等。 热历史影响到固体玻璃结构以及与结构有关的许多性质。 其对玻璃密度影响为： 玻璃从高温状态冷却时，淬冷玻璃的密度比退火玻璃的小。 在一定退火温度下保温一定时间后，玻璃密度趋向平衡。 冷却速度越快，偏离平衡密度越多，其Tg值也越高。
瓶罐、日用器皿玻璃、建筑玻璃、光学玻璃、微晶玻璃、
硼酸盐玻璃: Na2O—B2O3—SiO2系统，包括光学玻璃、
磷酸盐玻璃: 用于制造光学、耐热、耐氟酸玻璃等。
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四、玻璃的分类（两千余种 ）：
窗玻璃
日用玻璃
器皿玻璃
夹层玻璃
钢化玻璃
仪器玻璃
光学玻璃
第二章 玻璃的性质
第一节 玻璃态的通性
一、各向同性
仪器名称：比重瓶，电子天平 实验目的：比重瓶的使用，不同组成玻璃密度的比较。 实验步骤： （1）称量玻璃的的质量m1 （2）比重瓶中注满蒸馏水，用滤纸洗干比重瓶外部的水及 毛细管流出的水后，称量比重瓶和水的质量m2 （3）从称量瓶中倒出一部分水，将称量过的玻璃放入比重 瓶，再加满水，称量质量m3 （4）利用公式 m1 玻 水 m1 m2 m3 计算玻璃的密度 （5）比较不同组成玻璃密度的差异。
中国现代玻璃：中国玻璃制造形成大工业生产是在20世纪中 期中华人民共和国成立以后。到1949年，中国仅此3家设备 陈旧、年产量不足100万标准箱的平板玻璃厂 。 中国在70年代也开始在洛阳玻璃厂自行探索 浮法平板玻璃的 生产工艺.并获得成功。
玻璃自问世以来，在长达数千年的历史进程中一直在变
化、发展着，从而达到今天这个状况：
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RO↑ 断网和集聚并存，且都不占优势，对粘度降低能力 为：Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+ CaO:低温使粘度增大，高温时，CaO＜10～12%，使粘度减小， 反之，使粘度增大。
CaO可缩短料性，提高 玻璃成型速度
B2O3：[BO3]形式存在使粘度减小，[BO4]形式存在使粘度增大。 ZrO2 ↑,η ↑