玻璃工艺学

玻璃的定义：
广义：玻璃是一类非晶态材料
狭义：在熔融时能形成连续网络结构的氧化物，其熔融体在冷却过程中黏度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐无机非金属材料
晶子学说于1921年由别捷夫提出，无规网络学说于1932年查哈里阿森提出。
准晶：具有准周期平移格子构造的固体，其中的原子一般呈定向有序排列，但不作周期性平移重复，其对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称，如5次对称轴。
液晶：在某一范围可以出现液晶相，在较低温度为正常结晶的物质。
玻璃制造工艺主要有熔融法和非熔融法两种。
短性玻璃称为快凝玻璃，长性玻璃称为慢凝玻璃。
工艺上把玻璃液在冷却过程黏度不断增大的现象称为玻璃的硬化（固化），而把玻璃液黏度增大的快慢叫硬化速度。
转变温度Tg：玻璃的结构发生变化，使玻璃的很多物理性质发生急剧变化的温度。
软化温度Tf：它与玻璃的密度和表面张力有关，表示玻璃自重软化状况的特征点。
随着氧硅比的增大，玻璃熔体趋向于硅氧四面体连接度较小的结构，黏度下降。
在硅酸盐玻璃中，黏度首先取决于硅氧四面体的连接程度。当引入碱金属氧化物时，可以向熔体提供“游离氧”，氧硅比增大，使原来复杂的硅氧阴离子团分解，大型四面体群分解为小型四面体群，自由体积随之增大，导致熔体黏度下降。
二价阳离子降低黏度的次序是Ba>Sr>Ca>Mg。
CaO,ZnO对玻璃黏度的影响规律较为奇特。低温时，CaO增加熔体黏度，高温时，当摩尔数小于10%--12%时，降低黏度，当摩尔分数大于10%--12%时，增大黏度。低温时添加ZnO也增加黏度，但在高温时却是降低黏度。
玻璃成分设计原则：
1. 玻璃成分必须在玻璃形成区内，形成玻璃而不析晶，
2. 玻璃性质必须达到要求的指标，
3. 玻璃成分设计要符合绿色设计和环境保护的要求，
4. 玻璃成分设计应满足工艺性能需要，
5. 玻璃成分设计要考虑原料的质量稳定和货源充足。
双碱效应：在碱金属离子浓度相同的情况下，含有两种碱比含有一种碱的电导率小
压碱效应：在含碱金属离子中，加入2价金属氧离子，特别重金属氧离子可使得玻璃的电导率降低，相应的离子半径越大，效应越强。
着色剂：离子着色剂，胶态着色剂和硫硒着色剂
适量的水分含量：
与干物料相比，在配合料中加入适量的水可增加颗粒表面的吸附性，易于混合均匀，减少在输送过程中的分层和粉料飞扬，有利于改善操作环境和延长熔窑的使用寿命，同时，配合料含有适量的水分可使熔制过程中物料间固相反应加速。
直接向配合料加水会引起混合不均，所以常先润湿石英质

原料，使水分均匀地分布在砂粒表面形成水膜，此水膜约可溶解5%的纯碱和芒硝，这有利于玻璃的熔制。砂粒越细，所需的水量也越多，当使用纯碱配合料时水分的加入量以3%-5%为宜，使用芒硝料时水分宜在7%以下。
气体率：配合料中逸出的气体量与配合料质量之比
气体率过高，会造成玻璃液翻腾剧烈，延长澄清和均化时间；气体率过低，又使玻璃液澄清和均化不完全。
热分析技术是程序控制的温度下测量物质的各种物理转变与化学反应，用于某一特定温度时物质及其组成和特性参数的测定，由此过一步研究物质结构与性能的关系，反应规律等。
热重法：TG 在程控温度下，测量物质的质量与温度关系的技术。横轴为温度或时间，从左到右逐渐增加，纵轴为质量，自上向下逐渐减少。
微商热重法：DTG 将热重法得到的热重曲线对时间或温度一阶微商的方法。横轴同上，纵轴为质量变化速率。
差示扫描量热法：DSC 在程控温度下，测量输入到物质和参比物之间的功率差与温度关系的技术。
差热分析：DTA 在程控温度下，测量物质和参比物之间的温度差与温度关系的技术。横轴为温度或时间，从左到右逐渐增加；纵轴为温度差，向上表示放热，向下表示吸热。
窑炉包括玻璃熔制，热源供给，余热回收和排烟供气四个部分。
重油乳化技术是通过超声波或磁化，加入添加剂等方式使重油和水之间形成油包水的微小颗粒，在燃烧过程中产生爆裂，提高重油的雾化效果。
全电熔窑内部加热与火焰熔窑表面加热的区别主发在于：
1. 双向与单身作用 全电熔窑供热源与受热体之间具有双向作用，电极释放功率使玻璃液温度升高，玻璃液温度通过玻璃液的电导率反过来对电极释放的功率大小起作用。火焰熔窑供热源与受热体间只有单身作用，火焰发射热量使玻璃温度升高，而玻璃液温度对火焰自身发射的热量不起作用。
2. 三场与二场互为影响 全电熔窑内电场，温度场，流场互为影响。火焰熔窑内仅温度场与流场互为影响。
3. 不同的三相参与传热过程 全电熔窑内电极，玻璃液与耐火材料三相参与传热过程通过电极供给电能，电能转为热能，调节电能即能调节玻璃液和耐火材料的温度，电能的调节是简便灵活的。
4. 不同的窑型种类
由于石英砂粒的熔解和扩散速度比各种硅酸盐和扩散速度慢得多，所以玻璃液形成阶段的速度实际上取决于石英砂粒的熔解扩散速度；石英砂粒的熔解扩散过程分为两步，首先是砂粒表面发生熔解，而后熔解的SiO2向外扩散，两者的速度是不同的，其中扩散最慢，所以石英砂粒的熔解速度决定于扩散速度。
去气应理

解为全部排除三种气体：可见气泡，与玻璃组分形成化学结合的呈熔解状的气泡，以及少量附在下班表面上的吸附型气体。
在冷却阶段，影响产品质量的两个因素是玻璃液的热均匀程度和是否产生二次气泡。
二次气泡产生的原因：
1. 碳酸盐或硫酸盐的继续分解
2. 含钡玻璃在高温和降温时易产生气泡。可能由于部分的BaO在高温下被氧化为BaO2，这个反应是吸热的，当温度降低时，BaO2开始分解放出氧气即生成小气泡。另外，钡玻璃在降温时，由于玻璃液对耐火材料的侵蚀也可能会出现二次气泡。
3. 熔解的气体被析出。可能有这样的气体，它与一般的溶解度随温度的降低而增高不同，它溶解时超吸热的。当温度降低时，溶解的气体即行放出而生成二次气泡。
4. 电化学反应引起的二次气泡。为了避免二次气泡的出现，在冷却过程中，必须防止温度的回升，否则很可能产生二次气泡。同时还必须根据玻璃化学组成的不同采用不同的冷却速度，铅玻璃可缓慢冷却，重钡玻璃应快速冷却，这有利于气泡的消除。
含有一定量水分的原料可防止配合料的分层和飞料，提高熔制速度，提高混合的均匀性。因为配合料中保持一定的水分，能使配合料中芒硝和纯碱等助熔剂覆盖黏附于石英砂颗粒表面，提高了内摩擦系数，并使配合料颗粒的位置相互巩固，减少分层现象，大大提高了配合的反应能力，并将减轻飞料现象，改善对小炉和蓄热室的侵蚀。还有利于配合料的热传导，同时水分汽化时对玻璃液起着强烈的搅拌作用，从而促进玻璃的熔化。但水分过多，会造成大量热损失，且将影响熔化。
为防止冷空气进入窑内，窑内压力应保持在微正压或零压。
浮法玻璃的成型原理：让处于高温熔融状态的玻璃液浮在比它重的金属液表面上，受表面张力作用使玻璃具有光洁平整的表面，并在其后的冷却硬化过程中加以保持，则能生产出接近于抛光表面的平板玻璃。
离子着色原理：d-d跃迁；f-f跃迁
金属胶体着色原理：玻璃可以通过分散状态的金属对光的选择性吸收而着色。
阴离子的亲电势越小，截短波极限所处的波长越长，颜色越深。
玻璃制品在制造和加工过程中会产生一定的应力，其中因化学不均匀导致结构不均匀而产生的应力称为结构应力；受迅速而不均匀的温度变化产生的应力称为热应力；把玻璃的结构应力和温度梯度消失后残留的热应力称为内应力。
磨光工艺是经过研磨和抛光而使玻璃制品具有特殊平整光滑表面的平板玻璃工艺。
玻璃制品的冷加工包括：磨光，喷花，蚀刻，雕刻，镀膜，制镜，真空化
玻璃制品的热加工：玻璃制品的钢化

，玻璃制品的晶化，烤花
玻璃制品的表面处理：表面着色，表面蚀刻与抛光
玻璃钢化法通常分为物理钢化法和化学钢化法两大类
氧化铟锡导电膜玻璃ITO
溶胶-凝胶法是指用含化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解，综合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥，烧结固化制备出具有特定微观结构材料的工艺过程。
玻璃增韧的基本思路是在玻璃基体内生成晶体或者利用Kic高的材料与玻璃复合，以得到脆性低，韧性高的材料。
光记忆玻璃是指能利用光能引起的磁性变化进行信息存储的玻璃介质材料。
光记忆功能玻璃通用有两种系统：一种是Ge-Sb-Te玻璃，另一种是In-Sb-Te玻璃。
光致变色是指一种物质（甲）受到一定波长的光照射时，可发生光化学反应得到一种新物质（乙），并且甲，乙两物质对光的吸收不同而呈现截然不同的颜色与透光性；同时，乙物质在外界环境变化时又可恢复到原来的状态甲物质。
光致变色玻璃大致有两种类型：一种是“着色中心”型，另一种是“感光”型
电致变色材料变机理中的双注理论被基本认同。双注理论认为，变色效应是材料中离子和电子注入或抽出而产生的。当在导电层加上正向直流电压后，离子储存层中离子被抽出，通过离子导体，进入变色层，引起电致变色层变色，并实现无功耗记忆；当加上反向电压后，电致变色层中的离子被抽并进入储存层，而恢复透明状。
无机热致变色性材料变色机理比较复杂，其中，晶型转变机理是代表性的一种，该机理认为，结晶物质加热到一定温度会从一种晶型转变到另一种晶型，引起材料对可见光的透过，吸收，反射的变化，从而导致其颜色的改变；降温处理后，材料又恢复到原来的晶型，随之颜色也复原。大多数金属离子化合物，具有这一热致变色机理。