玻璃工艺学复习资料

第一章玻璃的定义与结构

1、解释转变温度、桥氧、硼反常现象和混合碱效应。

转变温度：使非晶态材料发生明显结构变化，导致热膨胀系数、比热容等性质

发生突变的温度范围。

非桥氧：仅与一个成网离子相键连，而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧。

桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子，即起“桥梁”作

用的氧离子。

硼反常性：在钠硅酸盐玻璃中加入氧化硼时，往往在性质变化曲线中产生极大

值和极小值，这现象也称为硼反常性。

混合碱效应：在二元碱玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物的总含量不变，用一种

碱金属氧化物逐步取代另一种时，玻璃的性质不是呈直线变化，而是出现明显

的极值。这一效应叫做混合碱效应。

2、玻璃的通性有哪些？

各向同性；无固定熔点；介稳性；渐变性和可逆性；

①.各向同性

玻璃态物质的质点总的来说都是无规则的，是统计均匀的，因此，它的物理化学性质在任何方向都是相同的。这一点与液体类似，液体内部质点排列也是无序的，不会在

某一方向上发现与其它方向不同的性质。从这个角度来说，玻璃可以近似地看作过冷液。

②.无固定熔点

玻璃态物质由熔体转变成固体是在一定温度区域（软化温度范围）内进行的，（从固态到熔融态的转变常常需要经历几百度的温度范围），它与结晶态物质不同，没有固

定的熔点。

③.介稳性

玻璃态物质一般是由熔融体过冷而得到。在冷却过程中粘度过急剧增大，质点来不及作有规则排列而形成晶体，因而系统内能尚未处于最低值而比相应的结晶态物质含有

较高的能量。还有自发放热转化为内能较低的晶体的倾向。

④.性质变化的渐变性和可逆性

玻璃态物质从熔融状态到固体状态的过程是渐变的，其物理、化学性质变化是连续的和可逆的，其中有一段温度区域呈塑性，称“转变”或“反常”区域。

3、分别阐述玻璃结构的晶子学说和无规则网络学说内容。

答：（1）玻璃的晶子学说揭示了玻璃中存在有规则排列区域，即有一定的有序区域，这对于玻璃的分相、晶化等本质的理解有重要价值，但初期的晶子学说机械地把这些

有序区域当作微小晶体，并未指出相互之间的联系，因而对玻璃结构的理解是初级和

不完善的。总的来说，晶子学说强调了玻璃结构的近程有序性、不均匀性和不连续性。（2）玻璃的无规则网络学说是1932年由查哈里阿森提出的，该学说借助于离子结晶

化学的一些原则，并参照玻璃的某些性能（如硬度、热传导、电绝缘性等）与相应的

晶体的相似性而提出的。像石英一样，熔融石英玻璃的基本结构单元也是硅氧四面体，玻璃被看作是由硅氧四面体为结构单元的三度空间网络所组成的，但其排列是无序的，缺乏对称性和周期性的重复，故不同于晶态石英结构。当熔融的石英玻璃中加入碱金

属或碱土金属氧化物时，硅氧网络断裂，碱金属或碱土金属离子均匀而无序地分布于

某些硅氧四面体之间的空隙中，以维持网络中局部的电中性。对硼酸盐与磷酸盐玻璃

也作了类似的描述。

第二章玻璃的形成与规律

1、混合键性为何易于形成玻璃？

答：因为既具有离子键易改变键角、以形成无对称变形的趋势，又具有共价键的方向和饱和性，不易改变键长和键角的倾向。前者造成玻璃的长城无序；后者赋予玻璃

的短程有序，因此极性共价键化合物易形成玻璃。

2、什么是3T图？

答：所谓的3T图是通过T-T-T（即温度-时间-转变）曲线法，以确定物质形成玻璃能力的大小。

3、三元系统玻璃形成区共有多少种?

答：①仅含有一种网络形成体（F）的三元系统，该三元系统共有15种。

②含有两种网络形成体（F和F、

）的三元系统，该系统共有5种。③含有三种网络形成体的三元系统，该三元系统的只有一种。所以共有15+5+1=21种。

第三章玻璃的分相和析晶

1、解释：均匀成核、非均匀成核、分相。

均匀成核：在宏观均匀的玻璃中，没有外来物参与，与相界、结构缺陷等无关的成核

过程。又称本征成核、自发成核。

非均匀成核：依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核过程。

分相：玻璃的分相实质熔体和玻璃体在冷却或热处理过程中，从均匀的液相或玻璃相

在转变为晶相或形成两种互不相溶的液相。

2、影响结晶的因素有哪些？

答：（1）温度（2）黏度（3）杂质（4）界面自由能

3、玻璃析晶的两个阶段及其相互间的关系是什么？

答：玻璃的析晶阶段包括晶核成长和晶体长大两个阶段。

当形成稳定的晶核后，在适当的过冷度和过饱和的条件下，熔体中的原子向界面迁移。到达适当的生长位置，使晶体长大。所以晶体长大的条件是建立在可以形成晶核之上的。

4、玻璃分相的类型和分相结构的特点是什么？

答：分为稳定分相和亚稳分相，在亚稳区中分相后形成一种分散的孤立滴状结构，而在不稳区则形成一种三维空间互相连接的联通结构。

5、高硅氧玻璃的制备原理及生产工艺？

答：高硅氧玻璃纤维其工艺原理是利用玻璃在熔融或冷却过程中，二个或二个以上互

不相容的液相彼此分离，成微不均匀性，利用其结构的分相而生产的。

高硅氧玻璃纤维的生产工艺：高硅氧玻璃纤维的生产是以合适的原始玻璃成分，按普

通玻璃纤维的生产工艺制成纱、布等各种制品，经过酸沥滤和热烧结工艺，即得到耐

高温性能接近石英纤维的高硅氧制品，对原始玻璃组分，目前主要有以E玻璃以及

Si02-B203-Na2O和Si02-B203二元系统为原始玻璃组分，我国主要采用三组分的纳硼硅酸盐玻璃，其主要的制品生产工艺流程如图1所示：