第五章玻璃的着色与脱色.

离子 3d层电子 颜色
Ti3+，Ti4+，V3+，V5+，Cr3+，Mn2+，Mn3+，Fe2+，Fe3+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Cu+
1 紫
0 无
2 蓝
0 无
3 绿
5 弱
4 紫
4 蓝
5 弱
7 蓝
8 紫
9 蓝
10 无
离子 4f层电子
Ce3+， Ce4+， 1 0
Pr3+， Nd4+， 2 3
铬
•Cr3+：绿色，着色能力强，高温较稳定，强 还原条件可能全以3价存在 •Cr6+：黄色 低温有利于其存在。
•铬在硅酸盐中溶解度较小，可用于制铬金星 玻璃。 锰 •Mn2+ ： 3d轨道半空，着色弱，近于无色 •Mn3+：紫色 ，氧化越强着色越深。 •钠硼酸盐中为棕色，铅硅酸盐中为棕红色。
铁 •Fe2+：蓝绿色 •Fe3+： 3d轨道半充满，着色弱，浅黄绿色或黄色 •通常两种价态同时存在，比例不同而显不同颜色。 •在磷酸盐玻璃还原条件可能全为2价，在红外有吸 收峰，吸热好，透可见光好，可做吸热玻璃。 •两价态均强烈吸收紫外线，用于太阳镜和电焊片。 钴 •常以Co2+存在，着色稳定。 •[CoO6]偏紫色，低碱硼酸盐、磷酸盐中 •[CoO4]偏蓝色，硅酸盐中较多 •0.01% Co2O3即可使玻璃呈深蓝色。
2. 金属胶体着色 （1）着色机理 金属（Au Ag Cu）以单质形式存在于玻璃中， 形成晶体并聚集而成胶粒，对光产生选择性吸收， 使玻璃着色。 （2）工艺过程 ①金属离子的溶解（前提） ②金属离子的还原 热还原法（预先加入多价元素） 2Au+ + Sn2+ → 2Au0 + Sn4+ 2Ag+ + Sn2+ → 2Ag0 + Sn4+ 2Cu+ + Sn2+ → 2Cu0 + Sn4+
Eu3+， Ga3+ 7 7
颜色
淡棕
无
绿
紫
无
无
影响离子着色的因素： ①着色离子价态 ②配位状态 ③基础玻璃成分 ④熔制工艺（温度、时间、气氛等） ⑤光照和热处理
（5）几种常见离子的着色 钛 •Ti4+：3d轨道全空，稳定，无色。强烈吸收紫外线， 吸收带进入可见光区紫蓝光部分使玻璃显棕黄色。 •Ti3+：磷酸盐玻璃，还原条件，为紫色。 •钛可加强过渡元素着色。铅玻璃中显著。 钒 •V3+：绿色，吸收光谱似Cr3+，但着色能力差。 •V5+：3d轨道全空，无色。 •V4+：吸收带1100nm，无色。 •基玻璃氧化性或碱性太强则无色（V5+） •钠硼酸盐玻璃中，由于钠和熔制条件不同，可呈蓝色、 青绿、绿色、棕色或无色。
（1）惰性气体型阳离子 其电子层结构与周期表中邻近的惰性气体相似。
电子层结构 1s2 1s22s22p6 1s22s22p63s23p6 1s22s22p63s23p63d104s24p6 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6 惰性 He（氦 Ne） （氖 Ar） （氩 Kr） （氪 Xe） （氙 ） 阳离子 Li+，Be2+，B3+，C4+ Na+,Mg2+,Al3+,Si4+ K+,Ca2+,Sc3+,Ti4+ Rb+,Sr2+,Y3+,Zr4+ Cs+,Ba2+,La3+
钕 •Nd3+：紫红色，有双色效应 •吸收峰复杂且稳定，可做校正分光光度计的标准玻璃。 •固体激光材料。 （6）混合着色 可从透光曲线迭加推测混合色
•铈+钛：金黄色，不同基础玻璃、比例可得黄、金 黄、棕、蓝等色。
•锰+钴 紫到蓝间颜色，锰调节色调。、
•钴+铜
钴消除铜绿，铜消除钴红，得浅蓝→淡青
Cu+、Zn2+、Ga3+、Ge4+、As5+、 As3+、 Ag+、Cd2+、In3+、Sn4+、Sb5+、Au+、Hg2+、 Tl3+、Pb4+、 Pb2+、Bi5+、Bi3+
（3）不饱和电子壳阳离子
结构：d（过渡金属）和f（镧系元素）亚层有不 饱和电子，很不稳定。电子跃迁所需要的能量Eg 较小，可见光谱范围内的能量足够，故显色。 特点：有色、变价、吸收紫外线等。 （4）离子着色一般规律 电外层（或次外层）含未配对电子或“轨道”部分 填充者：有色 电外层（或次外层）的电子已配对（全充满、全空 ）或半充满者：无色或色弱 变价阳离子：紫外或近紫外区有强烈吸收
•铜+铬 以CuO:Cr2O3=1.5:1为中心（绿）得黄绿→蓝 绿，铜多偏蓝，铬多偏黄。
不可从透光曲线迭加推测混合色
•铬+锰：少量K2Cr2O7使紫色增强，再多则变 灰色。 可制黑色和黑色透红外玻璃。 •铁+锰：褐紫色和黄棕色，色调无规律。 •铁+钴：灰色，比例不同颜色深度不同。 •钴+镍：比例不同，可得蓝色～紫色系列。 •铁+铬+铜+镍：黑色，几乎将红外、可见、 紫外光全吸收，仅少量透过。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（2）色度图
三原色 红（x）、蓝（y）、绿（z） x+y+z=1 色度图是将颜色的色相和饱和度结合在一起的图 形。（自学） (二)玻璃着色机理 1.离子着色 是否在可见光内发生选择性吸收，取决于价电子 的跃迁 。 可根据材料中离子的光吸收，价态等与电子层结 构的关系，可把常见离子大致划分为三种类型：
叶 巧 明 教 授
玻 璃 工 艺 学
第五章 玻璃的着色与脱色
（一）玻璃颜色的表征方法 物质呈色主要为光吸收和光散射，而以吸 收更常见。
（1）颜色 三要素 色相（主波长）：颜色的相貌，即颜色的 种类，取决于透过或反射的主波长。 明度（总透过率）：颜色的明暗程度，可 表明颜色深浅的差别。 饱和度（色纯度）：色彩的浓淡程度和鲜 艳程度。
铜 •Cu0 ：属金属胶体着色，红色、铜金星玻璃。
•Cu+ ：3d全充满，无色
•Cu2+天蓝色，与铬共用可制绿色信号玻璃。
•在钠硼玻璃中随钠的增多绿→青绿→蓝
铈 •Ce4+ ：强烈吸收紫外线，可见光透过率高。 紫外吸收带进入可见光区产生淡黄色。 •铈钛黄：不同基础玻璃、比例可得黄、金黄、棕、 蓝等色。
这一类离子中的电子自旋总和等于零，稳定，跃迁 需高能量，通常不产生选择性吸收，故无色、不 吸收紫外线。
（2）18或18+2电子壳阳离子
结构：这类离子每个轨道上也都有两个电 子，相对较稳定，但不及惰性气体型离子。 特点：极化率大，易变形，有变价，吸收 紫外线。
本身无色，易被还原为金属态。与阴 离子结合可有色。