玻璃深加工 第一章

1、主講人：焦宇鴻主講：焦宇鴻主講人：焦宇鴻 學(xué)時(shí)：學(xué)時(shí)：6464 性質(zhì)：性質(zhì)：考試考試 成績(jī)：成績(jī)：平時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī)7070期末考試成績(jī)期末考試成績(jī)3030 平時(shí)成績(jī)：平時(shí)成績(jī)：考勤課堂提問作業(yè)考勤課堂提問作業(yè)參考資料：參考資料： 平板玻璃深加工學(xué)平板玻璃深加工學(xué)，朱雷波，朱雷波， 武漢理工大學(xué)出版社，武漢理工大學(xué)出版社，2002.92002.9 建筑玻璃建筑玻璃，馬眷榮，化學(xué)工業(yè)出版社，馬眷榮，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.12006.1 加工玻璃加工玻璃，龍逸，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，龍逸，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1999,21999,2 低輻射玻璃及其應(yīng)用低輻射玻璃及其應(yīng)用，劉志海，李超，化學(xué)工業(yè)出版

2、，劉志海，李超，化學(xué)工業(yè)出版 社，社，20062006，9 9 節(jié)能玻璃與環(huán)保玻璃節(jié)能玻璃與環(huán)保玻璃，劉志海，龐世紅，化學(xué)工業(yè)出版，劉志海，龐世紅，化學(xué)工業(yè)出版 社，社，20082008，9 9主講人：焦宇鴻第一章 概述1.1 玻璃的基礎(chǔ)知識(shí)1.2 玻璃的缺陷1.3 玻璃深加工方式方法1.4 玻璃深加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主講人：焦宇鴻1.1 玻璃的基礎(chǔ)知識(shí)玻璃的結(jié)構(gòu)玻璃的結(jié)構(gòu)玻璃的性質(zhì)玻璃的性質(zhì)主講人：焦宇鴻一一 玻璃的結(jié)構(gòu)玻璃的結(jié)構(gòu)1.玻璃的特性；玻璃的特性；2.玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說；玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說；3.硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)；硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)；4.玻璃的熱歷史玻璃的熱歷史主講人：焦宇鴻1 1 玻璃的特性玻

3、璃的特性 各各 向向 同同 性性 介穩(wěn)性介穩(wěn)性性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性 無固定的熔點(diǎn)無固定的熔點(diǎn)主講人：焦宇鴻（1）各向同性）各向同性均質(zhì)玻璃其各方向的性質(zhì)如折射率、硬度、均質(zhì)玻璃其各方向的性質(zhì)如折射率、硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等都相同。彈性模量、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等都相同。玻璃的各向同性是其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無序排列而玻璃的各向同性是其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無序排列而呈現(xiàn)呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)均質(zhì)統(tǒng)計(jì)均質(zhì) 結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)。結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)。主講人：焦宇鴻（2）介穩(wěn)性）介穩(wěn)性熱力學(xué)熱力學(xué)高能狀態(tài)，有析晶的趨勢(shì)高能狀態(tài)，有析晶的趨勢(shì)動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)高粘度，析晶不可能，長(zhǎng)期保高粘度，析晶不可能，長(zhǎng)期保

4、留高溫時(shí)的結(jié)構(gòu)而不變化。留高溫時(shí)的結(jié)構(gòu)而不變化。主講人：焦宇鴻 玻璃由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)是在一定溫度區(qū)間玻璃由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)是在一定溫度區(qū)間（轉(zhuǎn)化溫度范圍內(nèi)）進(jìn)行的。（轉(zhuǎn)化溫度范圍內(nèi)）進(jìn)行的。（3） 無固定熔點(diǎn)無固定熔點(diǎn)VQ 對(duì)晶體，有固定熔點(diǎn)對(duì)晶體，有固定熔點(diǎn)TM 對(duì)玻璃，無對(duì)玻璃，無無固定熔點(diǎn) Tg-TlA液體液體TgTM DCBKFME 過冷液體過冷液體晶體晶體玻璃態(tài)玻璃態(tài)快冷快冷慢冷慢冷Tf主講人：焦宇鴻（4） 性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性Tg ：玻璃形成溫度玻璃形成溫度，又稱，又稱脆性溫度脆性溫度。它。它是玻璃出現(xiàn)脆性的最高溫度，由于在這是玻璃出現(xiàn)脆性的最高溫度，由于

5、在這個(gè)溫度下可以消除玻璃制品因不均勻冷個(gè)溫度下可以消除玻璃制品因不均勻冷卻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，所以也稱卻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，所以也稱。 Tf ：軟化溫度軟化溫度。它是玻璃開始出現(xiàn)液體。它是玻璃開始出現(xiàn)液體狀態(tài)典型性質(zhì)的溫度。相當(dāng)于粘度狀態(tài)典型性質(zhì)的溫度。相當(dāng)于粘度109PaS，也是玻璃可拉成絲的最低溫度。也是玻璃可拉成絲的最低溫度。 A液體液體TgTM DCBKFME 過冷液體過冷液體晶體晶體玻璃態(tài)玻璃態(tài)快冷快冷慢冷慢冷Tf主講人：焦宇鴻門捷列夫：門捷列夫：玻璃是一個(gè)無定形物質(zhì)，沒玻璃是一個(gè)無定形物質(zhì)，沒有固定化學(xué)組成，與合金類似。有固定化學(xué)組成，與合金類似。SockmanSockman：玻璃的結(jié)構(gòu)單

6、元是具有一定玻璃的結(jié)構(gòu)單元是具有一定的化學(xué)組成的分子聚合體。的化學(xué)組成的分子聚合體。TammanTamman：玻璃是一種過冷液體。玻璃是一種過冷液體。 早期的不同科學(xué)家對(duì)玻璃的認(rèn)識(shí)早期的不同科學(xué)家對(duì)玻璃的認(rèn)識(shí)兩個(gè)很重要的學(xué)說兩個(gè)很重要的學(xué)說晶子學(xué)說晶子學(xué)說無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說2 2 玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說主講人：焦宇鴻u晶子學(xué)說（晶子學(xué)說（在前蘇聯(lián)較流行在前蘇聯(lián)較流行) ) (1) (1)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)： 19211921年年列別捷夫列別捷夫在研究硅酸鹽玻璃時(shí)發(fā)現(xiàn)，玻璃加在研究硅酸鹽玻璃時(shí)發(fā)現(xiàn)，玻璃加熱到熱到573573時(shí)其折射率發(fā)生急劇變化，而石英正好在時(shí)其折射率發(fā)生急劇變化，而石英

7、正好在573573發(fā)生發(fā)生型的轉(zhuǎn)變。硅酸鹽玻璃進(jìn)行退火或淬型的轉(zhuǎn)變。硅酸鹽玻璃進(jìn)行退火或淬火后于火后于520-595 520-595 折射率有突變，熱膨脹率在折射率有突變，熱膨脹率在520-595 520-595 也有突變。也有突變。主講人：焦宇鴻u晶子學(xué)說晶子學(xué)說因此列別捷夫提出了如下觀點(diǎn)：玻璃是一種不連續(xù)的原子集合體“晶子”高度分散在無定形介質(zhì)中的固體；或玻璃是由無定形物質(zhì)連接無數(shù)“晶子”所組成，“晶子”不同于一般微晶，它是帶有晶格畸變的有序排列區(qū)域。晶子與無定形介質(zhì)之間無明顯界線。主講人：焦宇鴻(2)(2)要點(diǎn)：要點(diǎn)： 1) 玻璃是由無數(shù)玻璃是由無數(shù)“晶子晶子”組成。組成。 2）“晶子晶

8、子”是帶有晶格變形的有序排列區(qū)域。是帶有晶格變形的有序排列區(qū)域。 3）在）在“晶子晶子”中心，質(zhì)點(diǎn)排列較有規(guī)律，愈中心，質(zhì)點(diǎn)排列較有規(guī)律，愈遠(yuǎn)遠(yuǎn) 離中心則變形程度愈大。離中心則變形程度愈大。 4）“晶子晶子”分散在無定形介質(zhì)中。分散在無定形介質(zhì)中。(3)(3)意義及評(píng)價(jià)意義及評(píng)價(jià)：第一次揭示了玻璃的微不均：第一次揭示了玻璃的微不均勻性，描述了玻璃結(jié)構(gòu)近程有序的特點(diǎn)。勻性，描述了玻璃結(jié)構(gòu)近程有序的特點(diǎn)。(4)(4)不足之處不足之處：晶子尺寸太小，無法用：晶子尺寸太小，無法用x x射射線檢測(cè)，晶子的含量、組成也無法得知。線檢測(cè)，晶子的含量、組成也無法得知。 u晶子學(xué)說晶子學(xué)說主講人：焦宇鴻u無規(guī)則

9、網(wǎng)絡(luò)學(xué)說（無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說（ZachariasenZachariasen扎哈里阿森，扎哈里阿森，19321932年）年）（1 1）無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：）無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：1 1）該學(xué)說對(duì)硅酸鹽玻璃比較適用）該學(xué)說對(duì)硅酸鹽玻璃比較適用 2 2）凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由）凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由離子多面體（四面體或三角體）構(gòu)筑的一個(gè)三維空間網(wǎng)絡(luò)。離子多面體（四面體或三角體）構(gòu)筑的一個(gè)三維空間網(wǎng)絡(luò)。a a 晶體：晶體： 配位多面體配位多面體有規(guī)律連接有規(guī)律連接形成的三維網(wǎng)絡(luò)。形成的三維網(wǎng)絡(luò)。b b 玻璃：玻璃： 配位多面體配位多面體無規(guī)律連接無規(guī)律連接形成的三

10、維網(wǎng)絡(luò)形成的三維網(wǎng)絡(luò)c c 玻璃的特點(diǎn)：玻璃的特點(diǎn)： 1 1）無規(guī)律連接）無規(guī)律連接 2 2）配位多面體只能為四面體或三角形）配位多面體只能為四面體或三角形主講人：焦宇鴻舉舉 例例石英晶體：石英晶體：SiOSiO4 4 有著有著嚴(yán)格的規(guī)則排列。嚴(yán)格的規(guī)則排列。石英玻璃：各石英玻璃：各SiOSiO4 4 都都通過頂點(diǎn)連接成為三維空通過頂點(diǎn)連接成為三維空 間網(wǎng)絡(luò)，而且間網(wǎng)絡(luò)，而且SiOSiO4 4 的的排列是無序的，缺乏對(duì)稱排列是無序的，缺乏對(duì)稱 性和周期性的重復(fù)。性和周期性的重復(fù)。主講人：焦宇鴻 （2 2）無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說要點(diǎn)）無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說要點(diǎn)： (1)(1)形成玻璃的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體類似，形成

11、相似的三維空形成玻璃的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體類似，形成相似的三維空間網(wǎng)絡(luò)。間網(wǎng)絡(luò)。 (2)(2)這種網(wǎng)絡(luò)是由這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體離子多面體通過通過橋氧橋氧相連，向三維空間無相連，向三維空間無規(guī)律的發(fā)展而構(gòu)筑起來的。規(guī)律的發(fā)展而構(gòu)筑起來的。 （3 3）玻璃的均勻性、連續(xù)性及遠(yuǎn)程無序性。）玻璃的均勻性、連續(xù)性及遠(yuǎn)程無序性。 （4 4）陰離子（主要是氧離子）相互連接形成網(wǎng)絡(luò)，而陽離）陰離子（主要是氧離子）相互連接形成網(wǎng)絡(luò)，而陽離 子按其在網(wǎng)絡(luò)中的作用分為：子按其在網(wǎng)絡(luò)中的作用分為：網(wǎng)絡(luò)形成離子、網(wǎng)絡(luò)修飾離網(wǎng)絡(luò)形成離子、網(wǎng)絡(luò)修飾離子、網(wǎng)絡(luò)中間離子。子、網(wǎng)絡(luò)中間離子。 主講人：焦宇鴻 1) 1)說明玻璃結(jié)構(gòu)

12、宏觀上是均勻的。說明玻璃結(jié)構(gòu)宏觀上是均勻的。解釋了結(jié)構(gòu)上是遠(yuǎn)程無序的，解釋了結(jié)構(gòu)上是遠(yuǎn)程無序的， 揭示了揭示了玻璃各向同性等性質(zhì)。玻璃各向同性等性質(zhì)。 2)2)不足之處：對(duì)分相研究不利，不不足之處：對(duì)分相研究不利，不能圓滿解釋玻璃的微觀不均勻性和分相能圓滿解釋玻璃的微觀不均勻性和分相現(xiàn)象?，F(xiàn)象。（3 3）評(píng)價(jià)）評(píng)價(jià)：主講人：焦宇鴻 兩種假說各具優(yōu)缺點(diǎn)，兩種觀點(diǎn)正在逐兩種假說各具優(yōu)缺點(diǎn)，兩種觀點(diǎn)正在逐步靠近。統(tǒng)一的看法是步靠近。統(tǒng)一的看法是晶子假說晶子假說 晶子假說著重于晶子假說著重于玻璃結(jié)構(gòu)的微不均勻和玻璃結(jié)構(gòu)的微不均勻和 有序性。有序性。成功地解釋了玻璃折射率在加成功地解釋了玻璃折射率在加熱

13、過程中的突變等現(xiàn)象。熱過程中的突變等現(xiàn)象。 主講人：焦宇鴻 1）對(duì)玻璃中）對(duì)玻璃中“晶子晶子”的大小與數(shù)量尚有異議。的大小與數(shù)量尚有異議。 晶子大小估計(jì)在晶子大小估計(jì)在0.72.0nm之間波動(dòng)，含量只占之間波動(dòng)，含量只占10 20。0.72.0nm只相當(dāng)于只相當(dāng)于12個(gè)多面體作規(guī)則排列。個(gè)多面體作規(guī)則排列。 2）晶子的化學(xué)成分還沒有得到合理的確定。）晶子的化學(xué)成分還沒有得到合理的確定。缺陷：缺陷： 晶子假說晶子假說主講人：焦宇鴻無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說著重于無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說著重于玻璃結(jié)構(gòu)的無序、玻璃結(jié)構(gòu)的無序、連續(xù)、均勻和統(tǒng)計(jì)性。連續(xù)、均勻和統(tǒng)計(jì)性。無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)了玻璃中離子與多面

14、體相互間排列的優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)了玻璃中離子與多面體相互間排列的均均勻性、連續(xù)性及無序性勻性、連續(xù)性及無序性等方面結(jié)構(gòu)特征。這可以說等方面結(jié)構(gòu)特征。這可以說明玻璃的各向同性、內(nèi)部性質(zhì)的均勻性與隨成分改明玻璃的各向同性、內(nèi)部性質(zhì)的均勻性與隨成分改變時(shí)玻璃性質(zhì)變化的連續(xù)性等基本特性。變時(shí)玻璃性質(zhì)變化的連續(xù)性等基本特性。主講人：焦宇鴻無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說缺陷缺陷 對(duì)玻璃分相和不均勻等現(xiàn)象無法給出合理解釋。對(duì)玻璃分相和不均勻等現(xiàn)象無法給出合理解釋。例如：例如：在硼硅酸鹽玻璃中發(fā)現(xiàn)分相與不均勻現(xiàn)象。用在硼硅酸鹽玻璃中發(fā)現(xiàn)分相與不均勻現(xiàn)象。用 電子顯微鏡觀察玻璃時(shí)發(fā)現(xiàn)在肉眼看來似乎是電子顯微鏡觀察玻璃時(shí)發(fā)

15、現(xiàn)在肉眼看來似乎是 均勻一致的玻璃，實(shí)際上都是由許多從均勻一致的玻璃，實(shí)際上都是由許多從0.010.01 0.1m0.1m的各不相同的微觀區(qū)域構(gòu)成的。的各不相同的微觀區(qū)域構(gòu)成的。主講人：焦宇鴻3 3 硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)石英玻璃的結(jié)構(gòu)石英玻璃的結(jié)構(gòu)堿硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)堿硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)鈉鈣硅玻璃的結(jié)構(gòu)鈉鈣硅玻璃的結(jié)構(gòu)主講人：焦宇鴻（1 1） 石英玻璃的結(jié)構(gòu)石英玻璃的結(jié)構(gòu) 基本組成：基本組成： SiO2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：基本結(jié)構(gòu)單元為基本結(jié)構(gòu)單元為SiO4 ，O/Si=2，無非橋，無非橋氧；氧；SiO4四面體以角頂相連，四面體以角頂相連， 形成向三維空間發(fā)展的形成向三維空間發(fā)展的 無規(guī)

16、則的連續(xù)架狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。無規(guī)則的連續(xù)架狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 性能：性能：機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小、機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小、 耐熱性能好、介電性能好、耐熱性能好、介電性能好、 化學(xué)穩(wěn)定性好、融體粘度高?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好、融體粘度高。主講人：焦宇鴻Si-O-SiSi-O-Si鍵角為鍵角為1201200 01801800 0的范圍內(nèi)中心的范圍內(nèi)中心在在1451450 0鍵角的分配范圍，比結(jié)晶態(tài)的方鍵角的分配范圍，比結(jié)晶態(tài)的方石英寬，石英寬， Si-O-Si Si-O-Si鍵角決定了玻璃的性鍵角決定了玻璃的性質(zhì)。質(zhì)。石英玻璃和方石英晶體里石英玻璃和方石英晶體里Si-O-SiSi-O-Si鍵角鍵角( ( ) )分布

17、曲線分布曲線（1 1）石英玻璃的結(jié)構(gòu)）石英玻璃的結(jié)構(gòu)主講人：焦宇鴻堿性氧化物加入到石英堿性氧化物加入到石英玻璃中，使完整的硅氧玻璃中，使完整的硅氧網(wǎng)絡(luò)斷裂，形成不連續(xù)網(wǎng)絡(luò)斷裂，形成不連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（2） 堿硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)堿硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu) 物理化學(xué)性質(zhì)變壞物理化學(xué)性質(zhì)變壞主講人：焦宇鴻（3 3） 鈉鈣硅玻璃的結(jié)構(gòu)鈉鈣硅玻璃的結(jié)構(gòu) 基本組成：基本組成： Na2O-CaO-SiO2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：基本結(jié)構(gòu)單元為基本結(jié)構(gòu)單元為SiO4, O/Si2，有非橋氧；，有非橋氧；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是不連續(xù)的。但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是不連續(xù)的。但CaO的加入，使玻璃的加入，使玻璃的結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)。的結(jié)構(gòu)得到加

18、強(qiáng)。 性能：性能：與鈉硅玻璃相比，機(jī)械強(qiáng)度較高、熱膨脹與鈉硅玻璃相比，機(jī)械強(qiáng)度較高、熱膨脹系數(shù)較小、耐熱性能、介電性能和化學(xué)穩(wěn)定性較系數(shù)較小、耐熱性能、介電性能和化學(xué)穩(wěn)定性較好、融體粘度較高。好、融體粘度較高。主講人：焦宇鴻4 4 玻璃的熱歷史玻璃的熱歷史玻璃的熱歷史玻璃的熱歷史玻璃的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)玻璃的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)在轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間玻璃的結(jié)構(gòu)與性能的變化規(guī)律在轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間玻璃的結(jié)構(gòu)與性能的變化規(guī)律假想溫度假想溫度熱歷史對(duì)玻璃性能的影響熱歷史對(duì)玻璃性能的影響主講人：焦宇鴻玻璃的熱歷史玻璃的熱歷史 概念：概念：玻璃的熱歷史是指玻璃的熱歷史是指玻璃在轉(zhuǎn)變溫玻璃在轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和退火溫度區(qū)的經(jīng)歷度區(qū)和退火溫度區(qū)的

19、經(jīng)歷。 熱歷史對(duì)玻璃的結(jié)構(gòu)與性能都有影響。熱歷史對(duì)玻璃的結(jié)構(gòu)與性能都有影響。同樣組成的玻璃，如果熱歷史不同，玻同樣組成的玻璃，如果熱歷史不同，玻璃的結(jié)構(gòu)和性能將不相同。璃的結(jié)構(gòu)和性能將不相同。主講人：焦宇鴻玻璃的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)玻璃的轉(zhuǎn)變溫度區(qū) Tg稱為稱為轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變溫度，相當(dāng)于相當(dāng)于 =1012.4帕秒時(shí)的粘度。帕秒時(shí)的粘度。 Tf稱為稱為膨脹軟化溫度，膨脹軟化溫度，相相當(dāng)于當(dāng)于 =108-10帕秒時(shí)的粘度。帕秒時(shí)的粘度。Tg和和Tf與冷卻速度有關(guān)，是與冷卻速度有關(guān)，是可變的可變的A液體液體TgTM DCBKFME 過冷液體過冷液體晶體晶體玻璃態(tài)玻璃態(tài)快冷快冷慢冷慢冷Tf主講人：焦宇鴻在轉(zhuǎn)變溫

20、度區(qū)內(nèi)玻璃的結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)變溫度區(qū)內(nèi)玻璃的結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律和性能的變化規(guī)律 在轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，玻在轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，玻璃的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生璃的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生較大而連續(xù)的變化，較大而連續(xù)的變化，溫度變化的快慢對(duì)玻溫度變化的快慢對(duì)玻璃的結(jié)構(gòu)和性能具有璃的結(jié)構(gòu)和性能具有控制作用控制作用。性質(zhì)溫度溫度TgTf 玻璃在轉(zhuǎn)變溫度范圍的性質(zhì)變化玻璃在轉(zhuǎn)變溫度范圍的性質(zhì)變化主講人：焦宇鴻假想溫度假想溫度 玻璃從軟化溫度急冷到室溫后，會(huì)保持著一種玻璃從軟化溫度急冷到室溫后，會(huì)保持著一種與轉(zhuǎn)變溫度區(qū)內(nèi)某一溫度的平衡狀態(tài)相同的結(jié)與轉(zhuǎn)變溫度區(qū)內(nèi)某一溫度的平衡狀態(tài)相同的結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 如果冷卻固化后的玻璃的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)變溫度區(qū)內(nèi)如果冷卻固化

21、后的玻璃的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)變溫度區(qū)內(nèi)某一溫度（比如某一溫度（比如760 ）下處于平衡狀態(tài)的玻）下處于平衡狀態(tài)的玻璃的結(jié)構(gòu)相同，那么，轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)的這個(gè)溫度璃的結(jié)構(gòu)相同，那么，轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)的這個(gè)溫度（比如（比如760 ）就稱為這種玻璃的）就稱為這種玻璃的假想溫度假想溫度（相應(yīng)溫度）。（相應(yīng)溫度）。主講人：焦宇鴻熱歷史對(duì)玻璃性能的影響熱歷史對(duì)玻璃性能的影響 對(duì)密度的影響：對(duì)密度的影響： 急冷密度??；急冷密度??； 慢冷密度大。慢冷密度大。主講人：焦宇鴻將淬火玻璃和退將淬火玻璃和退火玻璃在轉(zhuǎn)變溫火玻璃在轉(zhuǎn)變溫度區(qū)內(nèi)的某一溫度區(qū)內(nèi)的某一溫度下保溫，淬火度下保溫，淬火玻璃的密度會(huì)隨玻璃的密度會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增時(shí)間的延長(zhǎng)而

22、增大，而退火玻璃大，而退火玻璃的密度卻隨時(shí)間的密度卻隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。的延長(zhǎng)而降低。主講人：焦宇鴻與密度有關(guān)與密度有關(guān)的折射率，的折射率，也有同樣的也有同樣的規(guī)律。規(guī)律。主講人：焦宇鴻 對(duì)粘度的影響：對(duì)粘度的影響：急冷玻璃，粘度急冷玻璃，粘度較低，較低，加熱時(shí)粘加熱時(shí)粘度增大度增大。慢冷玻璃，粘度慢冷玻璃，粘度較高，較高，加熱時(shí)粘加熱時(shí)粘度降低度降低。熱歷史對(duì)玻璃性能的影響熱歷史對(duì)玻璃性能的影響主講人：焦宇鴻熱歷史對(duì)玻璃性能的影響熱歷史對(duì)玻璃性能的影響 對(duì)熱膨脹的影響：對(duì)熱膨脹的影響：TTg時(shí)，時(shí)，淬火玻璃淬火玻璃的熱膨脹系數(shù)比退火的熱膨脹系數(shù)比退火玻璃大。玻璃大。 TTg時(shí)時(shí)，淬火玻璃淬火

23、玻璃會(huì)發(fā)生會(huì)發(fā)生零膨脹零膨脹或或負(fù)膨負(fù)膨脹脹，而退火玻璃則會(huì)，而退火玻璃則會(huì)加速膨脹。加速膨脹。主講人：焦宇鴻熱歷史對(duì)玻璃性能的影響熱歷史對(duì)玻璃性能的影響主講人：焦宇鴻二二 玻璃的性質(zhì)玻璃的性質(zhì)1 玻璃的粘度玻璃的粘度玻璃粘度與溫度的關(guān)系玻璃粘度與溫度的關(guān)系所有實(shí)用硅酸鹽玻璃，其粘所有實(shí)用硅酸鹽玻璃，其粘度與溫度的變化規(guī)律都屬于度與溫度的變化規(guī)律都屬于同一類型。同一類型。10Pa.s 1011 Pa.s ，玻璃的粘，玻璃的粘度由溫度和化學(xué)組成決定。度由溫度和化學(xué)組成決定。1011 Pa.s- 1014 Pa.s，玻璃的，玻璃的粘度由時(shí)間、溫度和化學(xué)組成粘度由時(shí)間、溫度和化學(xué)組成決定。決定。玻璃

24、的料性玻璃的料性lg T/ C應(yīng)變點(diǎn)應(yīng)變點(diǎn)退火點(diǎn)退火點(diǎn)變形點(diǎn)變形點(diǎn)軟化點(diǎn)軟化點(diǎn)流動(dòng)點(diǎn)流動(dòng)點(diǎn)主講人：焦宇鴻2 玻璃的力學(xué)性質(zhì)玻璃的力學(xué)性質(zhì)（1）玻璃的理論強(qiáng)度和實(shí)際強(qiáng)度）玻璃的理論強(qiáng)度和實(shí)際強(qiáng)度提高玻璃機(jī)械強(qiáng)度的方法：退火、鋼化、表面處提高玻璃機(jī)械強(qiáng)度的方法：退火、鋼化、表面處理與涂層、微晶化、與其它材料復(fù)合等。理與涂層、微晶化、與其它材料復(fù)合等。影響玻璃機(jī)械強(qiáng)度的主要因素：影響玻璃機(jī)械強(qiáng)度的主要因素：化學(xué)組成化學(xué)組成提高抗張強(qiáng)度的順序提高抗張強(qiáng)度的順序CaOB2O3BaOAl2O3PbO Na2O (MgO, k2O)提高抗壓強(qiáng)度的順序提高抗壓強(qiáng)度的順序SiO2 (Al2O3,MgO) As2

25、O5B2O3 PbOCaO主講人：焦宇鴻玻璃中的缺陷玻璃中的缺陷缺陷與玻璃的熔化過程密切相關(guān)缺陷與玻璃的熔化過程密切相關(guān)溫度溫度常溫下玻璃的強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；常溫下玻璃的強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；當(dāng)溫度高于當(dāng)溫度高于200 C時(shí)，玻璃強(qiáng)度增加；時(shí)，玻璃強(qiáng)度增加；升至玻璃轉(zhuǎn)變溫度下，玻璃的強(qiáng)度進(jìn)一步增升至玻璃轉(zhuǎn)變溫度下，玻璃的強(qiáng)度進(jìn)一步增加。加。玻璃中的應(yīng)力玻璃中的應(yīng)力玻璃中的殘余應(yīng)力，使其強(qiáng)度大為降低。玻璃中的殘余應(yīng)力，使其強(qiáng)度大為降低。主講人：焦宇鴻（2）玻璃的硬度和脆性）玻璃的硬度和脆性 玻璃的硬度玻璃的硬度取決于化學(xué)成分（化學(xué)鍵強(qiáng)和離子的取決于化學(xué)成分（化學(xué)鍵強(qiáng)和離子的配位數(shù)）配位數(shù)）網(wǎng)絡(luò)生成體離子

26、使玻璃硬度提高；網(wǎng)絡(luò)變性體離子網(wǎng)絡(luò)生成體離子使玻璃硬度提高；網(wǎng)絡(luò)變性體離子使玻璃硬度降低。使玻璃硬度降低。氧化物提高玻璃硬度的能力氧化物提高玻璃硬度的能力 SiO2 B2O3 (BaO,ZnO,MgO) Al2O3 Fe2O3K2ONa2O PbO 急冷玻璃較慢冷玻璃硬度小。急冷玻璃較慢冷玻璃硬度小。 孫光漢可將不同氧化物分為以下三類：孫光漢可將不同氧化物分為以下三類：1）網(wǎng)絡(luò)形成體網(wǎng)絡(luò)形成體（其中正離子為網(wǎng)絡(luò)形成離子），其單鍵強(qiáng)（其中正離子為網(wǎng)絡(luò)形成離子），其單鍵強(qiáng)度度335kJmol。這類氧化物能單獨(dú)形成玻璃。這類氧化物能單獨(dú)形成玻璃。2）網(wǎng)絡(luò)改變體網(wǎng)絡(luò)改變體（正離子稱為網(wǎng)絡(luò)改變離子），其

27、單鍵（正離子稱為網(wǎng)絡(luò)改變離子），其單鍵強(qiáng)度強(qiáng)度250kJ/mol。這類氧化物不能形成玻璃。但能改。這類氧化物不能形成玻璃。但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變。變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變。 3）網(wǎng)絡(luò)中間體網(wǎng)絡(luò)中間體（正離子稱為網(wǎng)絡(luò)中間離子），單鍵強(qiáng)度介（正離子稱為網(wǎng)絡(luò)中間離子），單鍵強(qiáng)度介于于250335kJ/mol。這類氧化物的作用介于玻璃形成體和。這類氧化物的作用介于玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)改變體兩者之間。網(wǎng)絡(luò)改變體兩者之間。表13 一些氧化物的單鍵強(qiáng)度與形成玻璃的關(guān)系MnOm中 的 M 原 子 價(jià) 配 位 數(shù) M O 單 鍵 強(qiáng) 度（ kJ /m ol） 在 結(jié) 構(gòu) 中 的 作 用 B 3

28、3 498 3 4 373 S i 4 4 444 G e 4 4 445 P 5 4 465 389 V 5 4 469 377 As 5 4 364 293 S b 5 4 356 360 Zr 4 6 339 網(wǎng) 絡(luò) 形 成 體 Zn 2 2 302 P b 2 2 306 Al 3 6 250 Be 2 4 264 網(wǎng) 絡(luò) 中 間 體 N a 1 6 84 K 1 9 54 C s 2 8 134 M g 2 6 155 Ba 2 8 136 Li 1 4 151 P b 2 4 151 R b 1 10 48 C s 1 12 40+ 網(wǎng) 絡(luò) 修 飾 體 主講人：焦宇鴻玻璃的脆性玻璃

29、的脆性常用抗沖擊強(qiáng)度來表示。常用抗沖擊強(qiáng)度來表示。脆性與玻璃成分、玻璃的均勻性、熱歷脆性與玻璃成分、玻璃的均勻性、熱歷史、試樣厚度與形狀等有關(guān)。史、試樣厚度與形狀等有關(guān)。主講人：焦宇鴻3 玻璃的熱學(xué)性能玻璃的熱學(xué)性能（1）玻璃的熱膨脹系數(shù)）玻璃的熱膨脹系數(shù)玻璃的熱膨脹系數(shù)計(jì)算玻璃的熱膨脹系數(shù)計(jì)算 線膨脹系數(shù)，線膨脹系數(shù)，體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)的影響因素：熱膨脹系數(shù)的影響因素：玻璃中非橋氧越少，玻璃的熱膨脹系數(shù)越??；玻璃中非橋氧越少，玻璃的熱膨脹系數(shù)越??；急冷玻璃較慢冷玻璃的熱膨脹系數(shù)大。急冷玻璃較慢冷玻璃的熱膨脹系數(shù)大。（2）玻璃的熱導(dǎo)性）玻璃的熱導(dǎo)性 玻璃結(jié)構(gòu)無序，自由電子少，所

30、以熱導(dǎo)率小，熱阻大但其導(dǎo)熱性隨玻璃結(jié)構(gòu)無序，自由電子少，所以熱導(dǎo)率小，熱阻大但其導(dǎo)熱性隨溫度提高而增強(qiáng)。溫度提高而增強(qiáng)。（3）玻璃的熱穩(wěn)定性）玻璃的熱穩(wěn)定性熱膨脹系數(shù)越大，玻璃的熱穩(wěn)定性越差。熱膨脹系數(shù)越大，玻璃的熱穩(wěn)定性越差。1VVT1LTL主講人：焦宇鴻作業(yè)1.玻璃的特性有哪些，你是怎么理解玻璃的結(jié)構(gòu)的？玻璃的特性有哪些，你是怎么理解玻璃的結(jié)構(gòu)的？2.玻璃的熱歷史對(duì)其性能有哪些影響？玻璃的熱歷史對(duì)其性能有哪些影響？3.玻璃的粘度與溫度變化有何關(guān)系？玻璃的粘度與溫度變化有何關(guān)系？主講人：焦宇鴻1.2 玻璃的缺陷氣泡析晶與結(jié)石條紋與節(jié)瘤光學(xué)變形（錫斑）劃傷內(nèi)部缺陷內(nèi)部缺陷外部缺陷外部缺陷主講人

31、：焦宇鴻分類：灰泡（r0.8mm）;氣泡（r0.8mm） 一次氣泡、二次氣泡等形狀：球狀、橢圓形、線形組成：O2, N2, CO, CO2, SO21.2.1 氣泡主講人：焦宇鴻產(chǎn)生氣泡的原因主講人：焦宇鴻主講人：焦宇鴻主講人：焦宇鴻1.2.2 玻璃結(jié)石 結(jié)石是玻璃體內(nèi)最危險(xiǎn)的缺陷結(jié)石是玻璃體內(nèi)最危險(xiǎn)的缺陷 使制品自行碎裂。使制品自行碎裂。降低了制品的使用價(jià)值。降低了制品的使用價(jià)值。 使退火過程發(fā)生困難。使退火過程發(fā)生困難。影響成品率。影響成品率。 破壞了玻璃制品的外觀和光學(xué)均一性。破壞了玻璃制品的外觀和光學(xué)均一性。降低制降低制品質(zhì)量。品質(zhì)量。 在玻璃制品中，通常不允許有結(jié)石存在，應(yīng)盡在玻璃制

32、品中，通常不允許有結(jié)石存在，應(yīng)盡量設(shè)法排除它。量設(shè)法排除它。主講人：焦宇鴻玻璃結(jié)石的基本類型玻璃結(jié)石的基本類型 結(jié)石有不同的類型，它的化學(xué)組成和礦物組結(jié)石有不同的類型，它的化學(xué)組成和礦物組成也各不相同，根據(jù)結(jié)石產(chǎn)生的原因，結(jié)石一般成也各不相同，根據(jù)結(jié)石產(chǎn)生的原因，結(jié)石一般可分為可分為 四種四種 。u 配合料結(jié)石配合料結(jié)石u 耐火材料結(jié)石耐火材料結(jié)石u 析晶結(jié)石析晶結(jié)石u 硫酸鹽夾雜物（堿性類夾雜物）硫酸鹽夾雜物（堿性類夾雜物）u 黑色夾雜物黑色夾雜物主講人：焦宇鴻1 配合料結(jié)石 配合料結(jié)石是配合料結(jié)石是配合料中沒有熔化的組份或配合料中沒有熔化的組份或雜質(zhì)的顆粒雜質(zhì)的顆粒，大多數(shù)情況下，配合料結(jié)

33、石是，大多數(shù)情況下，配合料結(jié)石是石石英顆粒英顆粒，與配合料結(jié)石有關(guān)的工藝因素如下：，與配合料結(jié)石有關(guān)的工藝因素如下： 料的組成不適宜；料的組成不適宜； 配合料的組分顆粒不均一；配合料的組分顆粒不均一； 配合料混合不好；配合料混合不好； 加料方法不當(dāng)；加料方法不當(dāng)； 熔化條件被破壞。熔化條件被破壞。主講人：焦宇鴻硅質(zhì)料粉結(jié)石硅質(zhì)料粉結(jié)石主講人：焦宇鴻主講人：焦宇鴻主講人：焦宇鴻主講人：焦宇鴻主講人：焦宇鴻主講人：焦宇鴻主講人：焦宇鴻主講人：焦宇鴻耐火材料結(jié)石 與 配合料結(jié)石的區(qū)別 硅質(zhì)料粉結(jié)石硅質(zhì)料粉結(jié)石 配合料結(jié)石配合料結(jié)石 圓形通常比耐火粘圓形通常比耐火粘土結(jié)石要好的多，土結(jié)石要好的多， 硅磚中未熔石英顆粒耐火耐火粘土粘土結(jié)石結(jié)石幾乎常是幾乎常是多角形多角形的的 主講人：焦宇鴻3 析晶結(jié)石主講人：焦宇鴻 玻璃體的析晶結(jié)玻璃體的析晶結(jié)石并不是由于異類物石并不是由于異類物質(zhì)的加入所形成，而質(zhì)的加入所形成，而是由是由玻璃液本身的析玻璃液本身的析晶晶所產(chǎn)生的。所產(chǎn)生的。