玻璃工艺学--xv,1分析

玻璃工艺学

绪论

一、玻璃的发展简史

●原始社会末期开始使用玻璃；

●5000多年——学会制造玻璃（埃及古墓）；

●3500年前——中国殷商时期的瓷器有“素肌玉骨”之称；

●2000年前——罗马人用砖砌筑小池熔化玻璃，玻璃透明；

●700年前~15世纪——世界玻璃制造中心在威尼斯，玻璃厂集中于穆兰诺岛；

●1615年——英国汤姆以煤炭为燃料的坩埚熔制技术；

●1675年——英国人拉文斯克罗夫制成含氧化铅的火石玻璃（中国战国时期出现铅钡玻

璃）；

●1688年——法国人路易发明浇铸法；

●1790年——瑞士人发明搅拌法；

●1881年——德国人阿贝和肖特合作研究光学玻璃，奠定了玻璃科学基础；

●19世纪中期——发生炉煤气、蓄热室池窑得以应用，开始出现蒸汽机。；

●1903年——机械吹筒法；

●1913年——比利时弗克法建厂，1922年传入中国；

●1916年——美国人柯尔本法建厂，七十年代传入中国；

●1925年——美国皮兹堡法建厂，六十年代传入中国；

●1959年——浮法研制成功，1962年建厂；

●1971年——洛阳浮法投产；

二、玻璃研制方面的特点

●成份的变化

●形状的变化

●玻璃态的变化

●玻璃的功能变化

●玻璃的制备工艺

三、我国玻璃发展概况

平板玻璃的发展：

● 1971年，洛阳平板玻璃浮法工艺研制成功

●引进合资的浮法玻璃生产线：

●——上海匹尔金顿大型浮法玻璃厂

●——广东PPG浮法玻璃厂

●——一条薄片控制生产线，0.5～1.3mm

● 2006年我国平板玻璃总产量达4.39亿重量箱，可生产玻璃厚度1.0~50mm

特种玻璃的发展：

四、玻璃的种类

●日用玻璃：瓶罐、器皿、保温瓶、工艺美术品等。

●建筑玻璃：窗玻璃、平板玻璃、空心玻璃砖、隔声、隔热的泡沫玻璃等。钢化玻璃、

磨光玻璃、夹层玻璃等装配着各种运输工具。

●电真空玻璃和照明玻璃：需要其具有透明、气密、绝缘等特性，是制造电子管、电视

机、电灯等不可取代的。

●光学玻璃：用于生产显微镜、望远镜、照相机等各种复杂的光学仪器。

●试验用具：化学仪器、温度计等。

●玻璃纤维，以及与各种树脂制成的玻璃钢。

五、玻璃的基础研究

●玻璃的结构

●玻璃的形成、分相与析晶

●功能玻璃的能量转换与失效机理

●有机无机材料（有机改性硅酸盐）

六、本课程研究的内容

●了解玻璃的组成－结构－性能之间的依从关系

●玻璃的形成

●玻璃工艺过程

第一章玻璃的定义与结构

●玻璃的定义

●玻璃的特性和转变

●玻璃的结构

●玻璃组成、结构、性能之间的关系

●玻璃结构的研究方法

第一节玻璃的定义

什么是玻璃？

1、无定形固体

2、无机熔融物

3、物理化学观点：凝固的过冷液体

4、无机非晶态固体中最重要的一族，其结构特点是近程有序、远程无序

玻璃的定义：玻璃是熔融、冷却、固化的非结晶（在特定条件下也可能成为晶态）无机物。广义玻璃的定义：结构上完全表现为长程无序的，性能上具有玻璃转变特性的非晶态固体。

第二节玻璃的特性与转变

一、玻璃的特性（玻璃的通性）

1、各向同性

2、无固定熔点

3、介稳性

4、渐变性与可逆性

可逆性

渐变性

思考题1：为什么玻璃在常温时能以介稳状态稳定存在？

二、玻璃的转变

1、定义：

熔融状态冷凝到固态玻璃，或其相反的过程。

动力学条件：

①自身结构调整因素（结构调整速度）

②动力学因素（冷却、加热速度）2、玻璃的“转变温度区”

Tg～Tf

Tg：玻璃转变温度（转变点），1012Pa·S；

“退火区域”：1012～1013.5Pa·S

Tf：玻璃软化温度（软化点），108~10Pa·S。

假想温度：

2、玻璃转变的影响因素

（1）玻璃的热历史（热处理过程）

指玻璃从高温液态冷却，通过转变温度区域和退火温度区域的经历。

热历史对玻璃热谱的影响

热历史对玻璃达到平衡结构的速度的影响

（1）自542℃迅速冷却至532℃；

（2）自522℃迅速加热至532℃

热历史对玻璃性能的影响

（2）玻璃的热现状

第三节 玻璃的结构

一、玻璃的结构理论 ● 晶子学说

● 无规则网络学说

思考题2：玻璃结构的两大主要学说的论点、论据及学说的重点是什么？玻璃结构的特点是什么？

玻璃的四个基本结构参数：

X —— 每个多面体中非桥氧离子的平均数； Y —— 每个多面体中桥氧离子的平均数； Z —— 每个多面体氧离子的总数（即配位数）； R —— 玻璃中氧离子总数与网络形成离子的总 数之比

Si O

O 2＝

网络形成剂离子数数全部－=R

⎪⎩⎪⎨⎧=+=+

R Y X Z Y X 21

⎩⎨

⎧-=-=R Z Y Z R X 222

或 例：

1）SiO2：

Y 又称为结构参数，玻璃的很多性质取决于Y 值。

Y 值减小，热膨胀系数α增大，电导升高，粘度下降： Y 值越高，η越大，玻璃形成能力越强

Y 值 < 2，硅酸盐玻璃不能构成三维网络 例：

有两种不同配比的玻璃，其组成如下

试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？ 解：

二、传统玻璃结构 ● 硅酸盐玻璃结构 ● 硼酸盐玻璃结构 ● 磷酸盐玻璃结构 （一）硅酸盐玻璃结构 ● 石英玻璃结构

● 碱硅酸盐玻璃结构 ● 钠钙硅酸盐玻璃结构

石英玻璃结构

2）

2

3223

1

SiO O Al O Na ⋅⋅序号 Na2O （wt%） Al2O3（wt ％） SiO2（wt ％） 1 10 20 70 2

20

10

70

序号

Na2O Al2O3 SiO2

wt ％

mol ％ wt ％ mol ％ wt ％ mol ％ 1 10 10.51 20 12.87 70 76.63 2

20

20.19

10

6.18

70

73.63