玻璃工艺学思考题答案汇总

玻璃工艺学思考题汇总

1.简述玻璃制造技术的发展历程：

玻璃的制造已有5000年以上的历史，一般认为最早的制造者是古代的埃及人，他们以泥罐熔融，以捏塑或压制的方法制造装饰物和简单的器皿。

纪元前一世纪，诺骂人发明用铁管吹制玻璃，用铁管将熔制好的玻璃液吹成中空气泡，然后制成各种形状的制品。

十一世纪到十五世纪威尼斯人已经能够制造窗玻璃，玻璃瓶，玻璃镜和其他玻璃饰品，艺术价值较高。

十七世纪玻璃制造技术传遍欧洲，玻璃工厂开始出现，并以煤炭取代了木材作为燃料，玻璃工业得到发展。

1790年，瑞士人发明了搅拌法制造光学玻璃，高均匀度的玻璃的熔制有了新的途径。

十八世纪后期，由于制碱法和蒸汽机的发明，以及机械工业和化学工业的进步，玻璃制造技术得到进一步的提高。

十九世纪中叶由于科学技术和材料的革新，出现了玻璃的连续生产以及玻璃的机械成型和加工。

进入20世纪，玻璃制造技术得到突波，先后出现了有\无槽垂直引上法，平拉法，对辊法等传统的平板玻璃制造技术。

1957年，英国皮尔金顿公司发明了浮法玻璃制造技术，它的拉制速度是传统工艺的十倍，但是其成本却与传统工艺相差无几。

此后浮法玻璃制造技术成为当前普通玻璃制造的主流技术。

2.广义或狭义的玻璃定义是什么？玻璃的通性有哪些？

答：玻璃：一种较为透明的液体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。主要成份是二氧化硅。广泛应用于建筑物，用来隔风却透光。

玻璃的通性有四点：1.各向同性.2.无固定熔点3.介稳性4.性质变化的连续性和可逆性

3.玻璃态物质特性或通性？

答：（1）玻璃态物质的通性：

玻璃是一种具有无规则结构的非晶态固体，其原子不像晶体在空间作长程有序的排列，而近似于液体具有短程有序，玻璃象固体一样保持一定的外形，而不像液体那样在自重作用下流动。

（2）玻璃态物质具有以下四个特性：

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.性质变化的连续性和可逆性

玻璃态物质从熔融状态到固体状态的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。

4.为什么说玻璃是介稳态，什么叫介稳态？（袁寅）

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。因此说玻璃是介稳态。

所谓介稳态，既在一定情况下处于稳定状态，而在一定物理化学条件下，会发生化学反应的状态。

4.为什么说玻璃态是介稳态，什么是介稳态？(魏琼)

解：玻璃态物质一般是由熔融体过冷而得到的。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，所以玻璃是介稳态。

在一定的热力学条件下，如果系统处在一个吉布斯自由能极小值状态，而不是处在一个最小值状态，它就有可能转变到这个最小值状态；但也可能会以原状态长期存在，因为在局部的自由能极小值与最小值之间，存在着一个势垒，这样的状态称为介稳态。

5.玻璃结构的晶子学说？晶子和微晶的区别？

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）晶子和微晶的区别

微晶具有正规的原子排列并与无定形物质间有明显的界限，微晶的取向无序。

“晶子”不同于微晶，是带有点阵变形的有序排列分散在无定形介质中，且从“晶子”到无定形区的过渡是逐步完成的，两者之间并无明显界限。

6.玻璃结构的无规则网络学说？(向智)

答：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。

6.玻璃结构的无规则学说是什么？（朱永昌）

玻璃结构的无规则网络学说是1932 年由查哈里阿森(Zachariasen) 提出的，该学说借助于离子结晶化学的一些原则，描述了离子- 共价键的化合物，如熔石英、硅酸盐和硼酸盐玻璃。由于共价键的因素，玻璃的近程有序与晶体相似，即形成氧离子多面体( 三角体和四面体) ，多面体间顶角相连形成三度空间连续的网络，但其排列是拓扑无序的。瓦伦(Warren) 等人的X 射线衍射结果先后皆支持这一学说，随后，笛采尔(Dietzel) 、孙观汉和阿本等人又从结构化学的观点，根据各种氧化物形成玻璃结构网络所起作用的不同，进一步区分为玻璃网络形成体、网络外体( 或称网络修饰体) 和中间体氧化物。玻璃形成体氧化物应满足：

1 ．每个氧离子应与不超过两个阳离子相联；

2 ．在中心阳离子周围的氧离子配位数必须是小的，即为4 或更小；

3 ．氧多面体相互共角而不共棱或共面；

4 ．每个多面体至少有三个顶角是共用的。

碱金属离子被认为是均匀而无序地分布在某些四面体之间的空隙中，以保持网络中局部地区的电中性，因为它们的主要作用是提供额外的氧离子，从而改变网络结构，故它们称为“网络修饰体”。比碱金属和碱土金属化合价高而配位数小的阳离子，可以部分地参加网络结构，故称为“中间体”，如BeO 、Al 2 0 3 和ZrO 2 等。

无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续性、统计均匀性与无序性，可以解释玻璃的各向同性、内部性质的均匀性和随成分改变时玻璃性质变化的连续性等，因而在长时间内该理论占主导地位。

7.无规则网络学说中各种氧化物在玻璃中的作用是什么？

根据元素与氧结合的单键能（即化合物的分解能与配位数之商）的大小和能否生成玻璃及各种氧化物形成玻璃结构网络所起的作用的不同，将氧化物分为玻璃网络形成体、网络外体（或称网络修饰体）和中间体氧化物。

（1）网络生成体氧化物：能单独生成玻璃，如SiO2、B2O3、P2O5、GeO2、As2O5等，在玻璃中形成特有的网络体系；

（2）网络外体氧化物：不单独形成玻璃，不参加网络，一般处于网络之外。起断网作用，但对玻璃的析晶有一定的作用；

（3）中间体氧化物：一般不单独生成玻璃，其作用介于网络生成体和网络外体之间。当配位数大于等于6时，阳离子处于网络外，与网络外体的作用相似，当配位数为4时，能参加网络，起网络生成体的作用（又称补网作用）。

8.玻璃结构的两大主要学说的论点,论据以及学说的重点是什么?玻璃结构的特点是什么?

答: 玻璃结构的两大主要学说为晶子学说和无规则网络学说.

晶子学说论点是玻璃是由无数晶子所组成,这些晶子不同于微晶,是带有点阵变形的有序排列区域,分散在无定形介质中,且从晶子到无定型区的过的过度是逐步完成的,两者间并无明显界限. 晶子学说为X-射线结构分析数据所证实,玻璃的X-射线衍射图,一般发生宽的衍射峰,与相应晶体的强烈尖锐的衍射峰有明显的不同,但二者所处的位置是基本相同的.把晶体磨成细粉,颗粒度小于0.1微米时,其X-射线衍射图也发生一种宽广的衍射峰,与玻璃类似,且颗粒度越小,射峰的峰值宽度越大.学说重点强调了玻璃结构的近程有序性,不均匀性和不连续性.

无规则网络学说论点是像石英晶体一样,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,但其排序是无序的,缺乏对称性和周期性的重复,故不同于晶态石英结构.论据:瓦伦等人的X-射线衍射结果先后皆支持了这一学说. 无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续性,统计均匀性与无序性,可以解释玻璃的各向同性,内部性质的均匀性和随成分改变时玻璃性质变化的连续性等.

玻璃结构的特点是短程有序和长程无序,从宏观上看玻璃主要表现为无序,均匀和连续性,而从微观上看它又是有序,不均匀和不连续性.

9．石英玻璃，氧化硼玻璃，磷氧玻璃的结构单元是什么？

答：石英玻璃：硅氧四面体[SiO4]

氧化硼玻璃：硼氧三角体[BO3]