玻璃工藝學(xué)xv1

1、玻 璃 工 藝 學(xué)一、玻璃的發(fā)展簡(jiǎn)史原始社會(huì)末期開(kāi)始使用玻璃； 5000多年學(xué)會(huì)制造玻璃（埃及古墓）； 3500年前中國(guó)殷商時(shí)期的瓷器有“素肌玉骨”之稱(chēng) ；2000年前羅馬人用磚砌筑小池熔化玻璃，玻璃透明 ；700年前15世紀(jì)世界玻璃制造中心在威尼斯，玻璃廠(chǎng)集中于穆蘭諾島 ；1615年英國(guó)湯姆以煤炭為燃料的坩堝熔制技術(shù) ；1675年英國(guó)人拉文斯克羅夫制成含氧化鉛的火石玻璃（中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期出現(xiàn)鉛鋇玻璃） ；1688年法國(guó)人路易發(fā)明澆鑄法 ；1790年瑞士人發(fā)明攪拌法；1881年德國(guó)人阿貝和肖特合作研究光學(xué)玻璃，奠定了玻璃科學(xué)基礎(chǔ) ；19世紀(jì)中期發(fā)生爐煤氣、蓄熱室池窯得以應(yīng)用，開(kāi)始出現(xiàn)蒸汽機(jī)。； 1

2、903年機(jī)械吹筒法 ；1913年比利時(shí)弗克法建廠(chǎng)，1922年傳入中國(guó) ；1916年美國(guó)人柯?tīng)柋痉ń◤S(chǎng)，七十年代傳入中國(guó) ；1925年美國(guó)皮茲堡法建廠(chǎng)，六十年代傳入中國(guó) ；1959年浮法研制成功，1962年建廠(chǎng) ；1971年洛陽(yáng)浮法投產(chǎn)；二、玻璃研制方面的特點(diǎn) 成份的變化 形狀的變化 玻璃態(tài)的變化 玻璃的功能變化 玻璃的制備工藝三、我國(guó)玻璃發(fā)展概況平板玻璃的發(fā)展： 1971年，洛陽(yáng)平板玻璃浮法工藝研制成功 引進(jìn)合資的浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)： 上海匹爾金頓 大型浮法玻璃廠(chǎng) 廣東PPG浮法玻璃廠(chǎng) 一條薄片控制生產(chǎn)線(xiàn)，0.51.3mm 2006年我國(guó)平板玻璃總產(chǎn)量達(dá)4.39億重量箱，可生產(chǎn)玻璃厚度1.050m

3、m 特種玻璃的發(fā)展： 日用玻璃：瓶罐、器皿、保溫瓶、工藝美術(shù)品等。 建筑玻璃：窗玻璃、平板玻璃、空心玻璃磚、隔聲、隔熱的泡沫玻璃等。鋼化玻璃、磨光玻璃、夾層玻璃等裝配著各種運(yùn)輸工具。 電真空玻璃和照明玻璃：需要其具有透明、氣密、絕緣等特性，是制造電子管、電視機(jī)、電燈等不可取代的。四、玻璃的種類(lèi) 光學(xué)玻璃：用于生產(chǎn)顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)等各種復(fù)雜的光學(xué)儀器。 試驗(yàn)用具：化學(xué)儀器、溫度計(jì)等。 玻璃纖維：以及與各種樹(shù)脂制成的玻璃鋼。五、玻璃的基礎(chǔ)研究 玻璃的結(jié)構(gòu) 玻璃的形成、分相與析晶 功能玻璃的能量轉(zhuǎn)換與失效機(jī)理 有機(jī)無(wú)機(jī)材料（有機(jī)改性硅酸鹽）六、本課程研究的內(nèi)容 了解玻璃的組成結(jié)構(gòu)性能之間的依從

4、關(guān)系 玻璃的形成 玻璃工藝過(guò)程玻璃的定義與結(jié)構(gòu) 玻璃的定義 玻璃的特性和轉(zhuǎn)變 玻璃的結(jié)構(gòu) 玻璃組成、結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系 玻璃結(jié)構(gòu)的研究方法玻璃的定義1、無(wú)定形固體2、無(wú)機(jī)熔融物3、物理化學(xué)觀(guān)點(diǎn)：凝固的過(guò)冷液體4、無(wú)機(jī)非晶態(tài)固體中最重要的一族，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是近程有序、遠(yuǎn)程無(wú)序什么是玻璃？ 玻璃是熔融、冷卻、固化的非結(jié)晶（在特定條件下也可能成為晶態(tài)）無(wú)機(jī)物。玻璃的定義：廣義玻璃的定義： 結(jié)構(gòu)上完全表現(xiàn)為長(zhǎng)程無(wú)序的，性能上具有玻璃轉(zhuǎn)變特性的非晶態(tài)固體。一、玻璃的特性（玻璃的通性）1、各向同性2、無(wú)固定熔點(diǎn)3、介穩(wěn)性4、漸變性與可逆性玻璃的特性與轉(zhuǎn)變介穩(wěn)性 思考題1：為什么玻璃在常溫時(shí)能以介穩(wěn)狀態(tài)穩(wěn)定

5、存在？可逆性漸變性二、玻璃的轉(zhuǎn)變1、定義： 熔融狀態(tài)冷凝到固態(tài)玻璃，或其相反的過(guò)程。動(dòng)力學(xué)條件： 自身結(jié)構(gòu)調(diào)整因素（結(jié)構(gòu)調(diào)整速度） 動(dòng)力學(xué)因素（冷卻、加熱速度）2、玻璃的“轉(zhuǎn)變溫度區(qū)”TgTfTg：玻璃轉(zhuǎn)變溫度（轉(zhuǎn)變點(diǎn)），1012PaS； “退火區(qū)域”：10121013.5PaSTf：玻璃軟化溫度（軟化點(diǎn)），10810PaS。假想溫度：在轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間內(nèi)，某一溫度下，玻璃熔體有對(duì)應(yīng)于該溫度的平衡結(jié)構(gòu)。（1）玻璃的熱歷史（熱處理過(guò)程） 指玻璃從高溫液態(tài)冷卻，通過(guò)轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域和退火溫度區(qū)域的經(jīng)歷。2、玻璃轉(zhuǎn)變的影響因素?zé)釟v史對(duì)玻璃熱譜的影響熱歷史對(duì)玻璃達(dá)到平衡結(jié)構(gòu)的速度的影響（1）自542迅速冷卻至

6、532；（2） 自522迅速加熱至532熱歷史對(duì)玻璃性能的影響（2）玻璃的熱現(xiàn)狀 玻璃的結(jié)構(gòu) 晶子學(xué)說(shuō) 無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō) 思考題2：玻璃結(jié)構(gòu)的兩大主要學(xué)說(shuō)的論點(diǎn)、論據(jù)及學(xué)說(shuō)的重點(diǎn)是什么？玻璃結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是什么？一、玻璃的結(jié)構(gòu)理論玻璃的四個(gè)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)：X 每個(gè)多面體中非橋氧離子的平均數(shù)；Y 每個(gè)多面體中橋氧離子的平均數(shù)；Z 每個(gè)多面體氧離子的總數(shù)（即配位數(shù)）； R 玻璃中氧離子總數(shù)與網(wǎng)絡(luò)形成離子的總 數(shù)之比或例：1）SiO2：2）Y又稱(chēng)為結(jié)構(gòu)參數(shù)，玻璃的很多性質(zhì)取決于Y值。Y值減小，熱膨脹系數(shù)增大，電導(dǎo)升高，粘度下降：Y值越高，越大，玻璃形成能力越強(qiáng)Y值 335kJ/mol配位數(shù)：陽(yáng)離子F的是3或

7、4； 陰離子O2-的配位數(shù)是2。配位多面體：FO4或FO3頂角相連。能單獨(dú)生成玻璃，如：SiO2、B2O3、P2O5、GeO2、As2O5等F：網(wǎng)絡(luò)生成體離子不能單獨(dú)生成玻璃，不參加網(wǎng)絡(luò)，一般處于網(wǎng)絡(luò)之外。如： Li2O、Na2O、K2O、CaO、BaO、ZrO2等。2、網(wǎng)絡(luò)外體氧化物M：網(wǎng)絡(luò)外體離子M-O鍵：離子鍵電場(chǎng)強(qiáng)度：較小，單鍵能： 251kJ/mol配位數(shù)： 6。各種氧化物給出游離氧的本領(lǐng)（K）一般不能單獨(dú)生成玻璃，其作用介于網(wǎng)絡(luò)生成體和網(wǎng)絡(luò)外體之間。常見(jiàn)的有：BeO、(MgO)、ZnO、Al2O3、Ga2O3、TiO2等。3、中間體氧化物I：中間體離子I-O鍵：離子鍵性，具有一定的

8、共價(jià)性單鍵能：251.2334.9kJ/mol配位數(shù)：一般為6， 奪取游離氧后配位數(shù)可以變成4 在含有不止一種中間體氧化物的復(fù)雜系統(tǒng)中，當(dāng)游離氧不足時(shí)，中間體離子大致按下列次序進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)：BeO4AlO4GaO4BO4TiO4ZnO4 離子多面體的體積（Vm）大小次序?yàn)椋築O4 SiO4 GeO4 AlO4二、結(jié)構(gòu)因素對(duì)玻璃性質(zhì)的影響 氧硅比對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 陽(yáng)離子配位狀態(tài)的影響 離子極化的影響 離子堆積與排列的影響 亞穩(wěn)分相的影響1、氧硅比對(duì)結(jié)構(gòu)的影響（硅氧骨架的結(jié)合程度）R(O/Si)Y242.533213.540逆性玻璃： 如果玻璃中同時(shí)存在兩種以上金屬離子，且他們的大小和所帶電荷不相同時(shí)，即使Y2（f0.33）也能制成玻璃，這構(gòu)成了結(jié)構(gòu)上的逆性，并且其某些性能會(huì)隨著金屬離子數(shù)的增大而變好，一般這種玻璃稱(chēng)為逆性玻璃。2、陽(yáng)離子配位狀態(tài)的影響一價(jià)堿金屬離子R+二價(jià)堿土金屬氧化物RO場(chǎng)強(qiáng)大的陽(yáng)離子雙堿效應(yīng)（混合堿效應(yīng)、中和效應(yīng)）：在硅酸鹽熔體或玻璃中，R2O總量不變，由一種R2O 部分取代另外一種R2O時(shí)，玻璃的某些性質(zhì)不是呈線(xiàn)性變化、而是出現(xiàn)明顯的極值，這就是雙堿效應(yīng)。雙堿效應(yīng)壓制