玻璃工藝學(xué)復(fù)習(xí)練習(xí)題

玻璃工藝學(xué)復(fù)習(xí)練習(xí)題一、解釋以下概念硼反常：堿金屬氧化物加入到B2O3玻璃中，使玻璃的結(jié)構(gòu)得到加強，物理化學(xué)性能得到改善。這與堿金屬氧化物加入到石英玻璃中的情形恰好相反。這是一種硼反常。在鈉硅玻璃中加入B2O3，玻璃的結(jié)構(gòu)隨B2O3增長而逐漸加強，玻璃的性質(zhì)得到改善。但B2O3的含量超過某數(shù)值時，將出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)：隨著B2O3的增長，玻璃結(jié)構(gòu)逐漸弱化，玻璃的性質(zhì)逐漸劣化，在玻璃的性質(zhì)變化曲線上出現(xiàn)極值。這是另一種硼反常。逆性玻璃:結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化趨勢（變化方向）與一般玻璃相反的玻璃。玻璃的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：玻璃從流動性的熔體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袆傂缘墓腆w，要通過一個過渡溫度區(qū)。這個過渡溫度區(qū)稱為玻璃的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)。玻璃的熱歷史：玻璃在轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和退火溫度區(qū)的經(jīng)歷。雙減效應(yīng):在簡樸的硅酸鹽玻璃系統(tǒng)（R2O-SiO2）中，一種堿金屬氧化物被另一種堿金屬氧化物替代時，隨著替換量的增長，在性質(zhì)-成分曲線上，第一類性質(zhì)會出現(xiàn)極大值或極小值。這種現(xiàn)象稱為混合堿效應(yīng)（或中和效應(yīng)）。臨界冷卻溫度:能生成玻璃的最小冷卻速度。結(jié)晶容積分率：晶體體積與熔體體積之比穩(wěn)定分相：在液相線以上就存在的分相。亞穩(wěn)分相：在液相線以下才開始發(fā)生的分相。不混溶區(qū)：玻璃發(fā)生分相的組成-溫度范圍。均勻成核：在宏觀均勻的熔體或玻璃中，沒有外來物參與，與相界、缺陷無關(guān)的成核過程。又稱本征成核、自發(fā)成核。非均勻成核：依靠相界或基質(zhì)的缺陷而發(fā)生的成核過程。晶核：具有一定大小可以穩(wěn)定生長的結(jié)晶區(qū)域稱為晶核。微晶玻璃：微晶玻璃是通過往玻璃中加入成核劑，再通過熱解決、光照射或化學(xué)解決等手段使玻璃均勻析出大量微小晶體所形成的致密的微晶相與玻璃相共存的無機非金屬材料。技術(shù)微晶玻璃:：原料為一般的玻璃原料。礦渣微晶玻璃:：原料是冶金爐渣、固體燃料灰渣和礦渣。粘度：單位面積流層在單位速度梯度下作相對移動所需克服的內(nèi)摩擦力。粘度溫度系數(shù)：玻璃的粘度溫度系數(shù)=粘度變化/溫度變化

=Δη/ΔT長性玻璃：粘度溫度系數(shù)小的玻璃稱為長性玻璃。短性玻璃：粘度溫度系數(shù)大的玻璃稱為短性玻璃表面張力：液體反抗表面脹大的一種收縮力。表面張力在數(shù)值上等于恒溫恒容條件下增長一個單位表面積所做的功。色散：折射率隨入射光波長的不同而不同的現(xiàn)象稱為色散。轉(zhuǎn)變溫度：粘度為1012.4帕秒的溫度軟化溫度：粘度為106.5-107.2帕秒的溫度范圍。平均色散：?=nF–nc阿貝數(shù)：ν=(nD–1)/(nF–nc)

正常色散：折射率隨波長減小而增大，色散隨隨波長減小而加劇的現(xiàn)象稱為正常色散。反常色散：光波波長接近玻璃的吸取帶時，玻璃的折射率發(fā)生急劇變化，吸取帶長波側(cè)的折射率高于短波側(cè)的折射率。這種現(xiàn)象稱為反常色散。原氣憤泡（一次氣泡）：由于澄清不良，殘留在玻璃中的氣泡，稱為原氣憤泡或一次氣泡，實質(zhì)上是由過量的氣體形成的氣相包裹物。再氣憤泡（二次氣泡）：澄清好的玻璃在冷卻過程中，由于溫度波動(如重新加熱)，或窯內(nèi)壓力、氣氛等條件的改變，破壞了當(dāng)時已經(jīng)建立起來的氣-液平衡，這樣，本來溶于玻璃液中的氣體則有也許重新析出形成氣泡，這種氣泡稱為再氣憤泡或二次氣泡。結(jié)石：玻璃中的結(jié)晶質(zhì)夾雜物稱為玻璃結(jié)石條紋：條紋呈線條狀或纖維狀，形狀和粗細都不規(guī)則，與它周邊的玻璃有時沒有明顯的界線，故亦稱之為玻璃態(tài)夾雜物。癤瘤：癤瘤大多是在高溫時形成的液態(tài)球滴或球團。由于這部分玻璃的粘度、表面張力比基體玻璃大，因而易收縮呈圓形或橢圓形。癤瘤也可當(dāng)作是條紋的前身，由于擴散不充足而導(dǎo)致。二.簡答題在Na2O-SiO2玻璃中加入二價金屬氧化物，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性將如何變化？既有斷網(wǎng)作用，也有積聚作用。在二元（RO-SiO2）玻璃中，重要起斷網(wǎng)作用，使性能劣化。對堿性氧化物有壓制作用。在堿硅玻璃中加入二價金屬氧化物能使性能改善。玻璃的密度、折射率等性質(zhì)隨二價金屬離子半徑大小而變化。在Na2O-SiO2玻璃中加入B2O3，玻璃的結(jié)構(gòu)將如何變化？在鈉硅玻璃中加入B2O3，玻璃的結(jié)構(gòu)隨B2O3增長而逐漸加強，玻璃的性質(zhì)得到改善。但B2O3的含量超過某數(shù)值時，將出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)：隨著B2O3的增長，玻璃結(jié)構(gòu)逐漸弱化，玻璃的性質(zhì)逐漸劣化，在玻璃的性質(zhì)變化曲線上出現(xiàn)極值。判斷玻璃生成能力的三個動力學(xué)指標是什么？1.在熔點Tm附近熔體的粘度大小粘度大，容易生成玻璃2.Tg/Tm比值的大小Tg/Tm比值大，容易生成玻璃3.臨界冷卻速度臨界冷卻速度越小，越容易生成玻璃將氧化物劃分為玻璃生成體、網(wǎng)絡(luò)外體和中間體化合物的依據(jù)是什么？用單鍵強度來衡量不同氧化物生成玻璃的能力。分相結(jié)構(gòu)對玻璃的性質(zhì)有何影響？對第一類性質(zhì)的影響：由離子的遷移特性決定的性質(zhì)，如電阻率、化學(xué)穩(wěn)定性等對玻璃的分相結(jié)構(gòu)十分敏感。若性質(zhì)較差的相以連通結(jié)構(gòu)的形式存在，玻璃的性質(zhì)將明顯變壞。若性質(zhì)較差的相呈孤立液滴狀分布于性質(zhì)較好的連續(xù)基相中，則能保持較好的性質(zhì)。對玻璃析晶的影響——分相有助于析晶1.為成核提供界面。2.分相導(dǎo)致其中的一相比均勻母相具有較大的質(zhì)點遷移率，這有助于晶核的形成和長大。3.分相使成核劑濃集于其中的一相，從而促進晶核的形成。4.分相使其中的一相或兩相更加接近某種晶體的組成，這有助于結(jié)晶。對光學(xué)性質(zhì)的影響1.使玻璃的透光率下降分相產(chǎn)生的相界面使光線發(fā)生散射，導(dǎo)致透光率下降，嚴重時，會產(chǎn)生乳濁現(xiàn)象。2.影響玻璃的顏色分相過程中，過渡元素幾乎所有集中在微相液滴中。這種選擇性富集可以用來發(fā)展有色玻璃，激光玻璃、光敏玻璃和光色玻璃等。玻璃分相對析晶有何影響？對玻璃析晶的影響——分相有助于析晶1.為成核提供界面。2.分相導(dǎo)致其中的一相比均勻母相具有較大的質(zhì)點遷移率，這有助于晶核的形成和長大。3.分相使成核劑濃集于其中的一相，從而促進晶核的形成。4.分相使其中的一相或兩相更加接近某種晶體的組成，這有助于結(jié)晶。為什么玻璃在成型過程中一般不容易析晶，在后期的熱解決過程中卻容易析晶？設(shè)計玻璃的成分時，為什么要在共結(jié)線（點）附近選擇成分點？從減少熔制溫度和防止析晶的角度考慮，應(yīng)在共結(jié)點或共結(jié)線上或其附近選擇玻璃的組成點。用非惰性氣體型陽離子取代惰性氣體型陽離子，硅酸鹽玻璃的粘度將如何變化？用非惰性氣體型陽離子取代惰性氣體型陽離子可以減少玻璃的粘度。由于非惰性氣體型陽離子的極化力大于惰性氣體型陽離子。B-O的單鍵強度高于Si-O，為什么B-O玻璃的粘度卻低于Si-O玻璃？這是由于[SiO4]四周體的對稱性高于[BO3]三角體和[PO4]四周體的緣故。哪些組分能提高玻璃液的表面張力？Al2O3、La2O3、CaO、MgO能提高表面張力。什么組分用量很少就能顯著減少玻璃液的表面張力？Cr2O3、V2O5、MoO3、WO3等加入量不多也能顯著減少表面張力。玻璃的實際強度為什么遠遠低于理論強度？玻璃的實際強度之所以比理論強度低得多，是由于玻璃的脆性和玻璃存在缺陷、微裂紋和不均勻區(qū)的緣故。玻璃抗熱震性能的高低重要決定于什么？（一）玻璃的化學(xué)組成（二）玻璃分相（三）玻璃中的缺陷（四）玻璃表面微裂紋（五）活性介質(zhì)（六）溫度（七）應(yīng)力（八）加荷時間玻璃呈色的因素是什么？玻璃中的著色劑對可見光的選擇性吸取和選擇性散射是玻璃呈色的主線因素。影響離子著色的因素有哪些？著色離子的種類著色離子不同所著的顏色不同著色離子的價態(tài)離子價態(tài)不同所著的顏色不同著色離子的配位狀態(tài)配位狀態(tài)不同所著顏色不同基礎(chǔ)玻璃的組成基礎(chǔ)玻璃不同所著的顏色不同制造工藝玻璃的熱歷史也會影響離子著色。玻璃生產(chǎn)中為什么要使用澄清劑？其重要作用是驅(qū)除氣泡。原理是使氣泡體積增大，使氣泡上升速度加快。玻璃生產(chǎn)中為什么要使用碎玻璃？在玻璃生產(chǎn)中合理使用碎玻璃，不僅可以運用廢物，還能加速玻璃的熔制過程，減少熱耗，提高產(chǎn)量，從而減少玻璃的生產(chǎn)成本。硅酸鹽玻璃的熔制涉及那幾個階段？硅酸鹽的形成、玻璃液的形成、玻璃液的澄清、玻璃液的均化、玻璃液的冷卻消除玻璃液中可見氣泡有哪兩種辦法？這兩種辦法分別在什么時候用？1.使氣泡漂浮出玻璃液表面而消失。2.使氣泡中的氣體溶解于玻璃中而消失。在玻璃生產(chǎn)實踐中，這兩種方法都會采用。澄清的前期，一般采用第一種方法。由于此時玻璃液中的氣體較多，氣泡較大，氣泡容易浮出液面。澄清后期，一般采用第二種方法。由于澄清后期玻璃液中的氣體較少，氣泡較小，氣泡很難浮出液面。采用什么措施可以加快玻璃液中氣泡的上升速度？使玻璃液中的氣泡增大提高玻璃液的溫度采用什么措施可以提高玻璃液氣泡中的氣體壓力？減少玻璃液的溫度一方面可以使氣泡變??；另一方面，可以提高玻璃液的表面張力。這兩方面的作用均會使氣泡中的氣體壓力增大。影響玻璃液均化的因素有哪些？一）玻璃液的粘度η↓，D↑（二）玻璃液的表面張力σ↓，D↑（三）條紋與玻璃液的接觸面積S↑，D↑（四）玻璃液的溫度T↑，D↑（五）玻璃液的流動如何提高玻璃液的均化速度？1.保持較高的均化溫度2.攪拌玻璃液3.合理控制玻璃液的流動產(chǎn)生二次氣泡的也許因素有哪些？（一）以化學(xué)結(jié)合態(tài)存在于玻璃液中的氣體，由于化學(xué)分解釋放出來，導(dǎo)致過飽和。（二）溶解在玻璃液中的氣體因過飽和而析出（三）冷卻階段溫度波動導(dǎo)致溫度回升（四）某些玻璃液的表面張力具有正溫度系數(shù)。冷卻過程中因表面張力下降而使玻璃液中微氣泡的氣壓減少，從而使溶解在玻璃液中的氣體向氣泡擴散，使氣泡長大成為可見氣泡。（五）玻璃液與耐火材料反映放出氣體。（六）電化學(xué)反映如何防止二次氣泡的產(chǎn)生？1.防止溫度回升。2.根據(jù)玻璃化學(xué)成分采用適當(dāng)?shù)睦鋮s速度。鉛玻璃可以慢冷，重鋇玻璃要快冷。3.延長熔化時間，使碳酸鹽、硫酸鹽充足分解，使CO2、SO2、SO3盡量排除，減少以化學(xué)形式存在的氣體。4.澄清階段讓氣體盡也許充足排出，減少溶解在玻璃液中的氣體。機械成型的供料方式有哪幾種？液流供料、真空吸料、滴料供料生產(chǎn)瓶罐玻璃一般采用什么成型方法？目前最先進的平板玻璃成型方法是什么？浮法成型生產(chǎn)夾絲玻璃一般采用什么成型方法？連續(xù)輥間壓延法成型。玻璃成型后為什么還要退火因素之一：玻璃生產(chǎn)過程中，因經(jīng)受劇烈的、不均勻的溫度變化會產(chǎn)生熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力會減少玻璃制品的強度和熱穩(wěn)定性。成型后的玻璃制品和通過熱加工的玻璃制品，若不通過退火解決，讓其自然冷卻，在以后的存放和機械加工過程中很也許會自行破裂。因素之二：玻璃制品從高溫自然冷卻室溫，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不均勻的，由此會導(dǎo)致玻璃光學(xué)性質(zhì)的不均勻。對玻璃進行退火解決就是讓玻璃的結(jié)構(gòu)趨向均勻，使玻璃中的熱應(yīng)力消除或減小的熱解決過程。退火要消除的是那種應(yīng)力？玻璃退火過程中要消除的熱應(yīng)力是永久熱應(yīng)力。玻璃中的缺陷有哪些？氣泡、條紋、癤瘤、結(jié)石玻璃中的結(jié)石按成因不同可分為哪幾種？熔化殘留結(jié)晶物（粉料結(jié)石、耐火材料結(jié)石）；化學(xué)反映生成物；玻璃熔體析晶物（析晶結(jié)石）。三、下列說法是否對的？SiO2含量越高，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性越好。堿金屬氧化物含量越高，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性越差。錯Li+離子場強較大，重要起積聚作用。用它取代K+、Na+離子可提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性含兩種堿金屬氧化物的玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性比只含一種堿金屬氧化物的玻璃低。在鈉硅玻璃中加入的B2O3越多玻璃的耐水性越好。退火玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性比淬火玻璃差。Na2O-B2O3-SiO2玻璃分相時，若富鈉硼相呈滴狀結(jié)構(gòu)，則會減少玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。玻璃中分布不均勻的殘余應(yīng)力，會大大減少玻璃的強度。玻璃中分布均勻且有規(guī)則的內(nèi)應(yīng)力會提高玻璃的強度。用原子序數(shù)較大的堿金屬元素取代原子序數(shù)較小的堿金屬元素，玻璃的密度一定會提高。用原子序數(shù)較大的堿金屬元素取代原子序數(shù)較小的堿金屬元素，玻璃的折射率一定會減少。物理脫色劑是一種著色劑。對一般采用的退火溫度比最高退火溫度低20-30℃對四、論述題試述引入SiO2的原料和SiO2在玻璃中的作用。原料種類：石英砂*、石英砂巖、石英巖等。質(zhì)量規(guī)定：SiO2＞98%Fe2O3＜0.2-0.01%Cr2O3＜0.001%TiO2<0.1%石英砂粒度在0.15-0.8mm之間最佳作用：構(gòu)成玻璃的骨架；減少玻璃的熱膨脹系數(shù)，提高玻璃的抗熱震性；提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性；提高玻璃的軟化溫度、粘度和耐熱性；提高玻璃的硬度、機械強度；提高玻璃透紫外光的能力。但SiO2含量高則熔制溫度高，并也許導(dǎo)致析晶。試述引入B2O3的原料和B2O3在玻璃中的作用。硼砂*（Na2B4O7·10H2O）硼酸（H3BO3）含硼礦物：硼鎂石（2MgO·B2O3·H2O）鈉硼解石（NaCaB5O9·8H2O）硅鈣硼石[Ca2B2(SiO4)2(OH)]作用：在硼硅酸鹽玻璃中與硅氧四周體共同組成網(wǎng)絡(luò)；減少玻璃的熱膨脹系數(shù)；增大玻璃的折射率，改善玻璃的光澤；提高玻璃的機械性能；高溫降粘，低溫增粘；助熔，加快玻璃液的形成；加快玻璃液的澄清；減少玻璃的析晶能力。但B2O3含量過高，玻璃的熱膨脹系數(shù)反而增大。述引入Al2O3的原料和Al2O3在玻璃中的作用。長石*粘土蠟石氧化鋁氫氧化鋁作用：提高玻璃的粘度減少玻璃的析晶傾向；提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性；提高玻璃的熱穩(wěn)定性；提高玻璃的機械強度、硬度；提高玻璃的折射率；減輕玻璃對耐火材料的侵蝕。試述引入Na2O的原料和Na2O在玻璃中的作用。純堿*芒硝長石氫氧化鈉硝酸鈉一般是用純堿引入Na2O。芒硝價格便宜，但芒硝引入Na2O的同時會引入SO3。SO3在玻璃中的溶解度很小，多了會導(dǎo)致環(huán)境污染。并且，芒硝要到1400℃作用：減少玻璃的熔制溫度；減少玻璃的粘度；提高玻璃的熱膨脹系數(shù)；減少玻璃的抗熱震性；減少玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性；減少玻璃的機械強度。其用量一般不能超過18%。試述引入CaO的原料和CaO在玻璃中的作用。石灰石*方解石白堊沉淀碳酸鈣作用：提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性；提高玻璃的機械強度；減少玻璃的高溫粘度；促進玻璃的熔化和澄清；溫度減少時，粘度增長不久，給成型帶來困難。含量太高會增大玻璃的析晶傾向，并使玻璃發(fā)脆。一般玻璃中CaO的含量不超過12.5%。試述玻璃成分設(shè)計的原則（一）滿足玻璃的使用性能規(guī)定設(shè)計玻璃成分時，一方面要考慮使用性能規(guī)定。要保證按設(shè)計的成分生產(chǎn)出來的玻璃能滿足使用時的所有性能規(guī)定。例：規(guī)定玻璃的熱膨脹系數(shù)≤5×10-7/℃，就只能選SiO2作為玻璃形成體。（二）能形成玻璃，析晶傾向小設(shè)計玻璃成分時，要參考有關(guān)的相圖和玻璃形成圖。根據(jù)玻璃形成圖選擇成分點時，要避開析晶區(qū)，在玻璃形成區(qū)內(nèi)選點。運用相圖選擇成分點時，應(yīng)把成分點選在相圖的共結(jié)點或共結(jié)線附近。設(shè)計的成分盡也許是多元的。此外，還要避開玻璃分相區(qū)。（三）滿足生產(chǎn)工藝規(guī)定設(shè)計玻璃成分時，要考慮玻璃在熔制、成型、加工過程中的實際情況和可行性。保證按設(shè)計的玻璃成分能安全、順利、高效地進行生產(chǎn)。比如，在實驗室，可以在1800℃（四）價格低廉，原料易得在保證上述規(guī)定得到滿足的前提下，盡量選用價格較低、質(zhì)量穩(wěn)定、容易獲得的原料，以減少玻璃的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。（五）綠色環(huán)保盡量使用對環(huán)境沒有污染的原料。試畫一個框圖，說明玻璃成分設(shè)計的一般過程。試述玻璃配合料的質(zhì)量規(guī)定。一.配比對的，成分穩(wěn)定對的計算原料配比；準確稱量；保持原料的化學(xué)成分、水分和粒度穩(wěn)定；若原料的成分和含水量發(fā)生變化，要及時調(diào)整配方。二.含水量適當(dāng)配合料的含水量一般為3-5%。在配合料混合時要加入一定量的水。其作用有三：一是在硅質(zhì)原料的表面形成水膜，使部分純堿和芒硝粘附其上，以加快石英的熔化。二是減少混合時配合料的分層，使配合料容易混勻。三是減少配合料在混合、輸送和往爐中加料時的分層和粉料飛揚，減少因飛揚導(dǎo)致的組分損失和環(huán)境污染以及因分層導(dǎo)致的成分不均。三.氣體率適當(dāng)為了使玻璃容易澄清和均化，配合料中必須具有一定數(shù)量能在高溫時放出氣體的原料，如碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、硼酸、氫氧化鋁等。氣體率=(逸出的氣體量/配合料的重量)×100%Na-Ca-Si玻璃的氣體率為15～20％，過高會引起玻璃起泡；過低則不易澄清。硼硅酸鹽玻璃的氣體率一般為9～15％。四.混合要均勻配合料混合不均勻會導(dǎo)致熔化的不均勻。難熔物較多的地方熔化較慢，容易產(chǎn)生結(jié)石、條紋、氣泡等缺陷。易熔物較多的地方熔化較快，耐火材料容易被侵蝕，侵蝕下來的耐火材料使玻璃液的成分更加不均勻。試述玻璃配合料的制備過程。原料的加工解決:一.原料的干燥；二.原料的破碎；三.原料過篩；四.原料除鐵配合料的混合：配合料的加料量：一般是混合設(shè)備容積的30～50％，加水量與加水方式：配合料的含水量為3～5％。用定量噴水器將水噴到石英砂表面使之潤濕。加料順序1.石英砂→水→純堿→長石→石灰石（白云石）→芒硝，2.石英砂→水→長石→石灰石（白云石）→純堿→芒硝混合終了將近卸料時再加入碎玻璃配合料的?；囀鲇绊懖Ａб褐袣馀萆仙俣鹊囊蛩?。1.氣泡的大小2.玻璃液的粘度3.玻璃液與氣泡的密度差試述影響玻璃液氣泡中的氣體壓力的因素。1.玻璃液面的大氣壓力P0↑，P↑2.玻璃液的密度ρ↑，P↑3.氣泡與液面的距離h↑，P↑4.玻璃液的表面張力σ↑，P↑5.氣泡的半徑r↓，P↑試述玻璃纖維的拉制方法。工具：吹管（或挑料管）、粘頂盤方法1：挑料→滾料→吹料泡→粘頂→拉管方法2：挑料→滾料→粘頂→拉棒試述平板玻璃的浮法成型工藝。浮法成型過程在錫槽中完畢。錫槽被加熱到一定溫度，其中的金屬錫呈熔融狀態(tài)，溫度保持在800-1000℃