玻璃基礎(chǔ)理論介紹實(shí)用教案

1、主要(zhyo)內(nèi)容1.玻璃是什么及玻璃結(jié)構(gòu). 2.玻璃三個(gè)主要特性(txng). 3.玻璃種類.4.玻璃粘度.5.玻璃主要成分.6.熱導(dǎo)率.7.電導(dǎo)率.8.熱膨脹和應(yīng)力.9.玻璃機(jī)械強(qiáng)度.10.玻璃表面張力.11.有關(guān)玻璃其它方面的一些理論知識(shí).第1頁/共43頁第一頁，共44頁。1.玻璃是什么(shn me)及玻璃結(jié)構(gòu)1.玻璃是什么?玻璃在幾千年前就在自然界中被發(fā)現(xiàn)物質(zhì),有著廣泛的應(yīng)用.在一些情況(qngkung)下,如果液體的冷卻速度非?？?液體或變的很粘,不同的粒子流動(dòng)性很低,這樣就失去規(guī)則結(jié)構(gòu),象這樣的材料稱之為玻璃.玻璃是不規(guī)則的結(jié)構(gòu)、非晶體并且是不均勻的.玻璃在加熱后化學(xué)鍵在不同的

2、時(shí)間內(nèi)斷開.不同的材料有不同的結(jié)構(gòu),如食鹽或金屬其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是立方體,是規(guī)則的結(jié)構(gòu)、結(jié)晶體并且是均勻的.金屬在加熱后化學(xué)鍵在相同的時(shí)間內(nèi)斷開.玻璃結(jié)構(gòu):第2頁/共43頁第二頁，共44頁。1.玻璃(b l)是什么及玻璃(b l)結(jié)構(gòu)1.什么是理想的晶體結(jié)構(gòu)?(也稱規(guī)則(guz)結(jié)構(gòu)).當(dāng)結(jié)晶速度大于冷卻速度時(shí)就可以形成理想的晶體結(jié)構(gòu),也稱規(guī)則(guz)結(jié)構(gòu),反之就形成不理想的非晶體結(jié)構(gòu),也稱不規(guī)則(guz)結(jié)構(gòu). 規(guī)則(guz)結(jié)構(gòu): 不規(guī)則(guz)結(jié)構(gòu):第3頁/共43頁第三頁，共44頁。1.玻璃(b l)結(jié)構(gòu)溫度熔化點(diǎn)固體液體玻璃金屬第4頁/共43頁第四頁，共44頁。 2.玻 璃 三個(gè)主要(z

3、hyo)特性1.玻璃有哪三個(gè)主要(zhyo)特性 ?玻璃沒有固定的熔點(diǎn),只有一個(gè)熔解范圍.玻璃在低溫下是熱的不良導(dǎo)體.玻璃在高溫下是熱的良導(dǎo)體.玻璃有很高的表面張力. 第5頁/共43頁第五頁，共44頁。 3.玻璃(b l)種類1.玻璃的種類有哪些 ?玻璃的種類有三大類: 軟料玻璃、硬料玻璃和石英玻璃(sh yn b l)或二氧化 硅玻璃.軟料玻璃包括:石灰料玻璃和鉛玻璃. 軟料玻璃膨脹系數(shù):=90- 100X10-7/度 硬料玻璃包括:硼硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻璃. 硬料玻璃膨脹系數(shù):=35-40 X10-7/度 石英玻璃(sh yn b l)或二氧化硅玻璃膨脹系數(shù):=6.5X10-7/度第6頁

4、/共43頁第六頁，共44頁。 3-1.石灰(shhu)料玻璃1.石灰料玻璃的主要成分是那些? 71%的二氧化硅,玻璃生成體.17%的氧化鈉,軟化劑.5%的氧化鈣, 增加化學(xué)耐用性.2.主要運(yùn)用:室內(nèi)光源的玻殼.(例如(lr):GLS及TL)3.主要規(guī)格:(1)290蘇打石灰料玻璃. (2)291鉛玻璃. (3)203玻璃. (4)241玻璃. (5)320玻璃防風(fēng)化玻璃. (由于天氣因素造成腐蝕,如高的濕度弱化玻璃,使玻璃表 面模糊). 第7頁/共43頁第七頁，共44頁。 3-2.鉛玻璃1.鉛玻璃的主要成分是那些? 62%的二氧化硅,玻璃生成體.21%的氧化鉛,增加防電解能力.7% 的氧化鈉和

5、,7%的氧化鉀. 2.主要運(yùn)用:室內(nèi)光源的燈芯和汽車燈.3.主要規(guī)格: (1)01玻璃(30%氧化鉛) (2)78玻璃(36%氧化鉛) (3)291玻璃(21%氧化鉛)燈泡應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)玻璃. 備注:由于環(huán)境因素,現(xiàn)在許多工廠(gngchng)換用360玻璃,是一種無鉛玻璃 里面鉛的功能用鋇來代替,有時(shí)指的是鋇玻璃.第8頁/共43頁第八頁，共44頁。 3-3.硼硅酸鹽玻璃(b l)1.硼硅酸鹽玻璃的主要成分是那些? 72%的二氧化(ynghu)硅,玻璃生成體.17%的三氧化(ynghu)二鋇,玻璃硬化劑.5% 的氧化(ynghu)鈉. 2.主要運(yùn)用:室外光源HID燈中使用,較低的膨脹系數(shù)可防熱爆

6、.3.主要規(guī)格: (1)8486玻璃,生產(chǎn)玻殼. (2)8487玻璃,生產(chǎn)玻管. 第9頁/共43頁第九頁，共44頁。 3-4.鋁硅酸鹽玻璃(b l)1.鋁硅酸鹽玻璃的主要成分是那些? 60%的二氧化硅(r yng hu gu),玻璃生成體.5%的三氧化二鋇.17%的三氧化二 鋁,玻璃硬化劑.2.主要運(yùn)用:室外光源特種HID燈中使用,金鹵燈和汽車燈,因?yàn)槠浞?熱爆性比硼硅酸鹽玻璃更高.3.主要規(guī)格: (1)180玻璃. (2)1724玻璃. (3)1725玻璃. 第10頁/共43頁第十頁，共44頁。 3-5.石英玻璃(sh yn b l)或二氧化硅玻璃1.石英玻璃(sh yn b l)或二氧化硅

7、玻璃的主要成分是那些? 石英玻璃(sh yn b l)或二氧化硅玻璃是100%的二氧化硅. 2.主要運(yùn)用:HID電弧管,鹵鎢燈和汽車燈.它有特殊的防熱爆性和非 常高的軟化點(diǎn).3.主要規(guī)格: (1)300玻璃. (2)214玻璃. 第11頁/共43頁第十一頁，共44頁。 3-6.摻雜(chn z)石英玻璃1.摻雜石英玻璃摻雜石英玻璃 在石英玻璃中加入少量在石英玻璃中加入少量(sholing)其它材料可改變純石英的特性。其它材料可改變純石英的特性。 a. 飛利浦 521 成分: 同300類似.但摻雜了Al,Ce,Ti和K以降低粘度,可以增加生產(chǎn)速度。主要(zhyo)應(yīng)用: 汽車燈 (H 4)最高溫

8、度850oCb. 飛利浦361 成分: 類似于300，但摻雜了鈰, 鈦和鋁以改變UV輸出。主要應(yīng)用: 鹵鎢燈 和H.I.D.燈最高溫度 850oC 第12頁/共43頁第十二頁，共44頁。3-7.維克玻璃(b l)C. 維克玻璃維克玻璃成分成分: 一種經(jīng)過化學(xué)處理一種經(jīng)過化學(xué)處理(chl)，去除添加物再熔合的硼硅酸鹽玻，去除添加物再熔合的硼硅酸鹽玻璃。這種玻璃較便宜，而且比用天然晶體生產(chǎn)的石英光學(xué)性能璃。這種玻璃較便宜，而且比用天然晶體生產(chǎn)的石英光學(xué)性能更好。更好。 96% SiO2 4 % B2O3主要應(yīng)用(yngyng): 過去在Philips內(nèi)制造汽車燈。最高溫度850oC第13頁/共43

9、頁第十三頁，共44頁。 4.玻璃(b l)粘度1.什么是粘度？ 粘度是流動(dòng)的阻力(zl),可用dPa.s表示(十分之一帕.秒,或泊來表示). 例如:在糖水中和在水中攪動(dòng)湯勺,比較受到的阻力(zl),粘度同流動(dòng)性 成反比關(guān)系,溫度越高,粘度越低. 下面是一些粘度的例子:- water水 (20o C): visc. 0.01 poise- syrup糖漿 (20o C): visc. 300 poise- wax蠟 (20oC): visc. 1010 poise- soft glass軟料玻璃 (20o C): visc. 1020 poise (600o C):visc. 1010 pois

10、e (1200o C): visc. 103 poise第14頁/共43頁第十四頁，共44頁。Visc.(Pois粘 度1014.510131012.4107.4104102Strain point屈服點(diǎn):The viscosity point where stresses are relieved in hours 應(yīng)力能在幾小時(shí)內(nèi)消失(xiosh)的粘度點(diǎn) Annealing point退火(tu hu)點(diǎn):The viscosity point where stresses are relieved in minutes. 應(yīng)力能在數(shù)分鐘內(nèi)消除(xioch)的粘度點(diǎn) Philips So

11、ftening point:菲利浦軟化點(diǎn)：Glass can be deformed by an applied force and internal stresses are relieved in seconds.在施加外力情況下玻璃會(huì)變形，應(yīng)力能在數(shù)秒內(nèi)消除 American Softening point:美國軟化點(diǎn)：The viscosity point where the glass deforms by its own (surface tension, gravity) and the glass starts to stick.玻璃自己就會(huì)變形的粘度點(diǎn)（表面張力，重力），玻璃

12、開始可以粘住。Working point:工作點(diǎn)：The viscosity point where glass can be processed on commercial machines.玻璃可以在商業(yè)設(shè)備上加工的粘度點(diǎn) 。Melting point熔化點(diǎn)：Temp.liquidviscousbrittle4.玻璃粘度第15頁/共43頁第十五頁，共44頁。4.玻璃(b l)粘度注意(zh y):這些點(diǎn)的粘度值對(duì)所有的玻璃都是相同的.對(duì)于不同的玻璃,唯一不同的是這些點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度值.第16頁/共43頁第十六頁，共44頁。4.玻璃(b l)粘度Temp.VISC.S.P.A.P.P.S.P.

13、A.S.P.W.P.ABGlass A is softer than B硬料玻璃(b l)和軟料玻璃(b l)第17頁/共43頁第十七頁，共44頁。4.玻璃(b l)粘度Temp.VISC.S.P.A.P.P.S.P.A.S.P.W.P.ABGlass A is longer than B長料玻璃(b l)和短料玻璃(b l)第18頁/共43頁第十八頁，共44頁。5.玻璃(b l)成分1.玻璃的主要成分是什么(shn me)？ 玻璃有三個(gè)主要成分: (1) 玻璃成形體(石英砂或二氧化硅). (2) 熔化點(diǎn)降低劑 (如:蘇打或氧化鈉). (3) 影響玻璃性能的添加劑.第19頁/共43頁第十九頁，

14、共44頁。 冷玻璃是不良導(dǎo)體. 優(yōu)點(diǎn): 可以局部加熱,如果需要可以手工加熱. 缺點(diǎn): 容易產(chǎn)生應(yīng)力. 熱玻璃是良導(dǎo)體. 優(yōu)點(diǎn): 有熱流,可以利用,必須控制. 缺點(diǎn): 在其余部分不變形(bin xng)的情況下,很難工作 在小的區(qū)域.6. 熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率：兩個(gè)相差(xin ch)1度的單位表面上熱量流過的速率。熱傳導(dǎo)(chundo)的3種基本方式:1.傳導(dǎo)(chundo).2.輻射.3.對(duì)流玻璃在低溫下是熱的不良導(dǎo)體,玻璃在高溫下是熱的良導(dǎo)體第20頁/共43頁第二十頁，共44頁。6.熱導(dǎo)率 舉例(j l): 材料 熱導(dǎo)系數(shù)J/ms oC銅: 370鑄鐵: 72硬橡膠: 0.035蘇打石灰(shhu

15、)玻璃20oC: 0.8 蘇打石灰(shhu)玻璃20oC: 1000oC: 30蘇打石灰(shhu)玻璃20oC: 1200oC: 60第21頁/共43頁第二十一頁，共44頁。7.電導(dǎo)率在金屬中通過自由電子的遷移導(dǎo)電在玻璃中通過離子的遷移導(dǎo)電電解:Na+ 鈉離子遷移改變玻璃成分改變膨脹系數(shù)引起(ynq)應(yīng)力開裂! 燈泡漏氣第22頁/共43頁第二十二頁，共44頁。 7.電導(dǎo)率直流電在直流情況下,相對(duì)小的Na+離子逐步從正極向負(fù)極遷移.也就是在正極周圍的Na離子減少,在負(fù)極Na離子增加,這就改變(gibin)了兩邊玻璃的成分,改變(gibin)了玻璃的膨脹系數(shù),應(yīng)力也就會(huì)產(chǎn)生.應(yīng)力 開裂 漏氣燈

16、!這種現(xiàn)象稱為“電解”,相對(duì)小的Na+離子具有最大的遷移率,因此能自由地向負(fù)極遷移.第23頁/共43頁第二十三頁，共44頁。 7.電導(dǎo)率交流電在交流情況下Na+不能從一個(gè)極向另外一個(gè)極遷移但仍會(huì)發(fā)生電解.在抽真空的燈中,電子從熱鎢燈絲上發(fā)射到相對(duì)冷的打扁處.打扁表面就充負(fù)電, Na+離子(lz)從電極向表面遷移.同樣因?yàn)椴ＡС煞趾团蛎浵禂?shù)的改變,引起開裂.溫度越高,電解速度就越快.因?yàn)殡S著鈉含量的增加電導(dǎo)率也會(huì)增加,直接的解決辦法是減少鈉含量.然而,這樣會(huì)提高熔化點(diǎn),對(duì)加工帶來不利的影響.第24頁/共43頁第二十四頁，共44頁。7.電導(dǎo)率鉛和鋇離子(lz)比較大,可用以阻止鈉離子(lz)的遷移

17、,也就減緩了電解ACPb2+第25頁/共43頁第二十五頁，共44頁。8.熱膨脹和應(yīng)力(yngl)LL 根據(jù)(gnj)公式 : L= x Lx T可以推導(dǎo)出 : = L /(LxT) 膨脹系數(shù)=膨脹長度/(初始(ch sh)長度x溫度變化) 金屬L 溫度.第26頁/共43頁第二十六頁，共44頁。8.熱膨脹和應(yīng)力(yngl)玻璃玻璃(b l)中的應(yīng)力有：中的應(yīng)力有：1. 機(jī)械應(yīng)力. 2. 熱致應(yīng)力.3. 永久應(yīng)力. 4. 暫時(shí)(znsh)應(yīng)力.5. 一種玻璃內(nèi)的應(yīng)力6. 兩種玻璃形成的應(yīng)力. 7. 壓應(yīng)力. 8. 張應(yīng)力.玻璃在壓應(yīng)力下強(qiáng)度很高玻璃在壓應(yīng)力下強(qiáng)度很高.玻璃在張應(yīng)力下強(qiáng)度也很高玻璃在

18、張應(yīng)力下強(qiáng)度也很高,但但: 張應(yīng)力張應(yīng)力+表面損傷表面損傷開裂開裂!第27頁/共43頁第二十七頁，共44頁。8.熱膨脹和應(yīng)力(yngl)舉例舉例:機(jī)械機(jī)械(jxi)應(yīng)力應(yīng)力這種應(yīng)力存在的條件(tiojin):1.僅在固體材料中.2.當(dāng)外力存在時(shí)才有.第28頁/共43頁第二十八頁，共44頁。8.熱膨脹和應(yīng)力(yngl)熱致暫時(shí)應(yīng)力存在的條件:1.只有在固體材料中才存在.2.只有溫差(wnch)存在時(shí)才存在. 注意:熱的一側(cè)是壓應(yīng)力第29頁/共43頁第二十九頁，共44頁。8.熱膨脹和應(yīng)力(yngl)冷卻(lngqu)熱致永久應(yīng)力應(yīng)用(yngyng):喇叭制造冷卻CCT應(yīng)力圖案第30頁/共43頁第三

19、十頁，共44頁。9.玻璃機(jī)械強(qiáng)度(qingd)玻璃機(jī)械強(qiáng)度定義:如果表面出現(xiàn)不規(guī)則,抗張強(qiáng)度就會(huì)大大降低.當(dāng)我們?cè)谝粔K玻璃上施加一個(gè)拉力,在開裂點(diǎn)的受力可根據(jù)(gnj)開裂的長度(L)乘上一個(gè)因子最大a x F.注意: a =放大因子,最大到200,主要取決于: 1.刻痕長度. 2.刻痕點(diǎn)的清晰度.刻痕(也稱開裂(ki li)點(diǎn))拉力F拉力FL第31頁/共43頁第三十一頁，共44頁。10.表面張力(biominzhngl)材料(cilio)都有趨向于最小的表面積/體積比球形第32頁/共43頁第三十二頁，共44頁。11.1玻璃其它(qt)方面知識(shí)1.為什么要添加額外的物質(zhì)到玻璃中?答:額外的添加

20、物加入到玻璃中是為了影響玻璃的某些特性,例如: 玻璃的膨脹性能; 玻璃的熔化溫度; 玻璃的軟化溫度; 玻璃的軟化范圍(長料或短料玻璃; 防止電解(加入鉛).2.為什么玻璃沒有(mi yu)熔化點(diǎn)?答:因?yàn)椴Ａе鸩綇墓腆w轉(zhuǎn)化為液體.第33頁/共43頁第三十三頁，共44頁。11.2玻璃(b l)其它方面知識(shí)1.為什么在玻璃熔爐中要加入碎玻璃?答:為了更好地熔化,我們?cè)诓Ａ蹱t中加入同樣類型40%的碎玻璃.2.張應(yīng)力與壓應(yīng)力,哪一種對(duì)玻璃更有利?答:玻璃能承受的壓應(yīng)力是張應(yīng)力的15倍.3.什么原因造成玻璃中存在應(yīng)力?答:造成玻璃中應(yīng)力的原因是:加在玻璃上的外力.例如:彎曲、拉伸(l shn)、撞擊等

21、,或者是溫度大于屈服點(diǎn)的不規(guī)則的冷卻和加熱造成.第34頁/共43頁第三十四頁，共44頁。11.3玻璃(b l)其它方面知識(shí)1.指出至少五種原因,為什么燈泡制造中要使用玻璃?答:燈泡制造中使用玻璃是因?yàn)? 它具有很好的透光性能; 它具有足夠的氣密性; 它具有很好的電氣性能和絕緣性能; 它具有很好的化學(xué)和大氣影響抵抗力; 它能在一個(gè)較寬的溫度范圍內(nèi)被加工; 在加工前后能保持原來的屬性; 另外,玻璃也是一種(y zhn)最便宜的材料.第35頁/共43頁第三十五頁，共44頁。11.6玻璃其它(qt)方面知識(shí)1.解釋為什么玻璃中有永久應(yīng)力比暫時(shí)應(yīng)力情況更嚴(yán)重?答:玻璃中有永久應(yīng)力比暫時(shí)應(yīng)力情況更嚴(yán)重有以

22、下原因: 永久應(yīng)力將一直存在在產(chǎn)品中,如果永久應(yīng)力太大,在產(chǎn)品使用期間的任何時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷. 暫時(shí)應(yīng)力是一種臨時(shí)應(yīng)力,在生產(chǎn)過程中它會(huì)出現(xiàn),但在成品中不會(huì)存在. 2.何時(shí)玻璃中完全(wnqun)沒有應(yīng)力?答:當(dāng)玻璃溫度大于退火點(diǎn)或軟化點(diǎn)時(shí),玻璃中完全(wnqun)沒有應(yīng)力.第36頁/共43頁第三十六頁，共44頁。11.7玻璃其它方面(fngmin)知識(shí)1.如何發(fā)覺玻殼分化?答:風(fēng)化的特征是玻璃表面出現(xiàn)一些混濁(白點(diǎn)),使得(sh de)玻璃不透明.2.什么原因造成玻璃分化?它經(jīng)常發(fā)生在哪里?答:玻璃的分化是空氣中濕氣侵蝕玻璃的結(jié)果.它經(jīng)常發(fā)生在玻殼的內(nèi)表面上.3.為什么我們要使用退火爐?

23、答:我們使用退火爐逐步均勻地冷卻玻璃,減少溫差,獲得我們能接受 的應(yīng)力.第37頁/共43頁第三十七頁，共44頁。11.9玻璃其它方面(fngmin)知識(shí)1.玻璃粘度曲線上SP、AP、PST、AST和WT這些參考點(diǎn)有什么樣 的特征并且說出這些點(diǎn)的具體(jt)名稱?答: SP、AP、PST、AST和WT這些參考點(diǎn)的特征是: SP是玻璃在此溫度下4個(gè)小時(shí)后,內(nèi)部應(yīng)力會(huì)降至可接受的水平. AP是玻璃在此溫度下15分鐘左右,內(nèi)部應(yīng)力會(huì)降至可接受的水平. PST是玻璃在此溫度下開始變形,換句話說,它是玻璃加熱至不會(huì)因自重而變形之前的 最高溫度. AST是玻璃在此溫度下迅速變形并開始與其它物體粘結(jié),換句話說

24、,玻璃在此溫度下因 為自重而迅速變形. WT是玻璃在此溫度下已經(jīng)很軟,可以對(duì)它成型和工藝處理.答: 玻璃粘度曲線上的參考點(diǎn)從下往上是: 工作點(diǎn)(WT);美國軟化點(diǎn)(AST);飛利浦軟化點(diǎn)(PST);退火點(diǎn)(AP);屈服點(diǎn)(SP).第38頁/共43頁第三十八頁，共44頁。11.12玻璃其它方面(fngmin)知識(shí)1.玻璃(b l)停留在轉(zhuǎn)換區(qū)域的時(shí)間越長,會(huì)有什么好處?答:玻璃(b l)通過轉(zhuǎn)換區(qū)域的時(shí)間越長(在退火點(diǎn)和屈服點(diǎn)之間),溫度的分布就越均勻,因此冷卻后的應(yīng)力就越少.這個(gè)過程中在玻璃(b l)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變之后,玻璃(b l)將不會(huì)再發(fā)生變化.2.關(guān)于應(yīng)力方面,軟料玻璃(b l)比硬料玻璃(b l)要求更嚴(yán)格嗎?答:軟料玻璃(b l)在應(yīng)力方面比硬料玻璃(b l)要求更嚴(yán)格(對(duì)應(yīng)力更敏感).第39頁/共43頁第三十九頁，共44頁。11.13玻璃其它(qt)方面知識(shí)1.從顏