材料工艺与设备

1.理解材料对人类文明进步的地位和作用

2.玻璃的定义

玻璃是呈现玻璃转变现象的非晶态固体（or是由熔融物冷却硬化而得到的非晶态固体）。广义的玻璃包括单质玻璃、有机玻璃和无机玻璃，狭义的指无机玻璃。

3.什么是玻璃转变现象

指当玻璃由固体加热或由熔体冷却时，在相当于晶态物质熔点绝对温度的1/2~2/3温度附近出现热膨胀等性能的突变，这一温度成为玻璃转变温度。

4.如何理解玻璃的四个通性

（1）各向同性：玻璃态物质的质点排列是无规则的，是统计均匀的，其理化性质在任何方向都是相同的。（2）无固定熔点：玻璃态物质由固体转变为液体是在一定的温度范围内进行的，并且没有新的晶体生成。（3）亚稳性（热力学不稳定，动力学稳定）玻璃是由熔体急剧冷却而得到的，因为温度下降黏度增加。质点来不及做有规则排列形成晶体，没有放出结晶潜热。

（4）性质变化的连续性与可逆性：玻璃的性质随成分发生连续和逐渐变化；从熔体状态冷却过程中，可以多次进行，其物理化学性质产生逐渐和连续的变化，而且是可逆的，没有生成新相。

5.玻璃的结构及特点

玻璃结构是指玻璃中的质点的几何配置、有序程度以及他们之间的结合状态。

玻璃结构的三种尺度：原子排布范围、亚微结构范围、显微组织或宏观结构范围。

特点：近程有序，远程无序。

6.玻璃的结构理论及其学术内容

晶子学说：宏观上强调了玻璃中多面体间排列的连续性、均匀性和无序性。

无规则网络学说：强调了不连续性、微不均匀性和有序性。

7.什么是铝（硼）反常现象，解释其原因

当加入Na2O后，提供游离氧，使硼氧三角体[BO3]转变

为硼氧四面体[BO4]，层状结构转化为架状结构，性质变化

曲线上出现极值或折点。（硼反常）

8.玻璃生产工艺中的四大稳、玻璃熔制过程的四小稳

四大稳：原料稳，燃料稳，熔化稳，成型、退火稳；

四小稳：温度稳、压力稳、液面稳、气氛稳。

9.玻璃的熔制过程五个阶段及其特点（P83）

（1）硅酸盐形成：很大程度在固体状态下进行，粉料和各组分发生一系列物理化学反应，粉料由固相反应完成，大量气体物质逸出。这一阶段结束时，配合料变成由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物，800~1000℃完成。

（2）玻璃形成：继续加热，烧结物开始熔融。硅酸盐和剩余的二氧化硅相互熔解，烧结物变成了透明体。此时已没有未起反应的配合料，但在玻璃种还存在着大量的气泡和条纹，化学组成和性质尚未均匀一致。1200~1250℃。（平板玻璃1200~1400℃）

（3）澄清：温度继续升高，粘度下降，气泡逐渐逸出，即去除可见气泡的过程。1400~1500℃，粘度10 Pa*s左右。

（4）均化：高温，玻璃液热运动及相互扩散、条纹逐渐消失，玻璃液各处的化学组成与折射率逐渐趋向一致，均化温度可在低于澄清温度下完成。

（5）冷却成型：将玻璃液温度冷却200~300℃，使粘度102~103 Pa*s。

10.成分对玻璃的粘度的影响

（1）玻璃的粘度首先取决于硅氧四面体网络的连接程度，即随O/Si比上升而下降。

（2）化学键强度也影响玻璃粘度。其他条件相同下，粘度随阳离子与氧的键力的增大而增大。如二价金属对粘度增加的顺序为Mg>Ca>Sr>Ba。

O/Si大时，粘度Li2O>Na2O>K2O；O/Si小时，键力大的使Si-O键断裂，故粘度Li2O

（3）结构对称性。结构不对称，粘度下降。

（4）配位数B2O3%增大（相当于Na2O减少），粘度先增大后减小（硼反常）。

11.玻璃的料性及其对生产的指导意义

料度表示粘度随温度的变化率，对玻璃成型有指导意义

料性短——快凝——短性玻璃

料性长——慢凝——长性玻璃

12.粘度如何测量

（1）旋转法1~107 Pa*s测扭力矩

（2）落球法1~103 Pa*s

（3）拉丝法107~1014 Pa*s

13.温度对玻璃粘度的影响

温度升高，粘度下降。

应变点（Ts）——对应Pa*s的温度。在此温度下，几小时可消除玻璃中的应力。

转变点（Tg）——对应Pa*s的温度。温度高于此点，玻璃进入粘滞状态，开始塑性变形。

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变形点——对应1010~11 Pa*s的温度。玻璃开始变形，可进行热弯处理。

软化温度（Tf）——对应（3~15）*106 Pa*s的温度

操作范围——对应103~Pa*s的温度。相当于玻璃成型时，玻璃液表面温度范围。

14.影响玻璃表面张力有哪些因素

（1）温度升高，表面张力减小

（2）外界气氛。非极性气体影响小，极性气体影响大（降低越多）。

（3）还原气氛比氧化气氛下玻璃表面张力大20%

（4）氧化物

15.玻璃表面张力的测量原理

拉脱法：用测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时所需要的力，来求得该液体表面张力的系数的方法。

16.玻璃为什么会析晶

玻璃具有亚稳性

有控制的析晶或诱导析晶是制造微晶玻璃的基础，而成核和晶体长大是实现有控制析晶的关键。

17.玻璃结晶成核的机理（P86）（塔曼双曲线）

均相核化:指在宏观均匀的熔体和玻璃体中在没有外来物参与下，与相界、结构缺陷等无关的成核过程，又称本征成核或自发成核。

异相核化：依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程，又称非本征成核或不均匀成核。

成核——吸热，晶化——放热。可用差热法测量

18.玻璃的原料（了解）

主要原料：SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO。

辅助原料：澄清剂、着色剂、脱色剂、乳浊剂、氧化剂、还原剂、助溶剂等。

19.玻璃熔制所用的设备（了解）

20.玻璃的熔制过程可分为哪几个阶段

硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化、冷却成型。

21.影响玻璃形成速率的因素

玻璃成分。一般来说τ值越小，玻璃越易熔。

沙粒大小（石英颗粒）。半径越大，形成时间越久。t=K*R3

熔制温度（熔融体温度）。温度越高，时间越短。τ=a*e-bt，t是温度

形成速率因素都是复杂的，不能单一决定。

22.浮法玻璃的成型原理

23.玻璃液中，气体的存在形式包括：可见气泡、物理溶解、化学结合

24.玻璃配合料的质量要求有哪些

25.排出玻璃液中可见气泡的方式有哪些

气泡的上升逸散。大直径气泡比小直径气泡更容易逸出。