玻璃特性解說

1、玻璃特性解說1什么是玻璃玻璃的分類粘度成分熱導(dǎo)率電導(dǎo)率機械強度熱膨脹和應(yīng)力表面張力 2凡是通過“過冷”溶液的方法而制得的一切無定形體物體，不管其化學(xué)性質(zhì)及凝固溫度范圍如何，統(tǒng)稱玻璃;玻璃是一種幾千年前就被發(fā)現(xiàn)的天然材料，當(dāng)玻璃能被合成后，這種材料就得到了廣泛的應(yīng)用 ；主要成分的分子結(jié)構(gòu)是四面體的二氧化硅（SiO20）如下圖： 3玻璃的分類在Philips根據(jù)玻璃的膨脹系數(shù)進行了分類，主要類別有 ：軟料玻璃 特性 : = 90 -100 x 10-7/k 主要應(yīng)用: 室內(nèi)光源的玻殼、燈芯 硬料玻璃 特性 : = 35 - 40 x 10-7/k主要應(yīng)用: 在室外光源HID中使用 、汽車玻璃等特種

2、玻璃 如抗鈉玻璃、彩色玻璃、乳濁玻璃等4玻璃的粘度粘度是流動阻力，可用dPa.s表示（十分之一帕秒，或泊）。感覺這個阻力的一個簡單例子是：在糖水中和在水中攪動湯匙，比較受到的阻力。從上述可知，粘度同流動性成相反關(guān)系，溫度越高，粘度越低，反之亦然。下面是一些粘度的例子：水 (20oC): visc. 0.01 poise糖漿 (20oC): visc. 300 poise蠟 (20oC): visc. 1010 poise軟料玻璃 (20oC): visc. 1020 poise (600oC): visc. 1010 poise (1200oC): visc. 103 poise5為了描述玻璃

3、，比較不同的玻璃，在粘度溫度曲線上定義了一些重要的點，這些點為：應(yīng)力點：在數(shù)小時內(nèi)應(yīng)力能被消除的粘度點退火點：在幾分鐘內(nèi)應(yīng)力能被消除的粘度點美國軟化點：玻璃在表面張力或重力作用下自身發(fā)生變形的粘度點工作點：玻璃能被加工的粘度點Philips軟化點：玻璃在外力作用下能發(fā)生變形及內(nèi)在的應(yīng)力能在數(shù)秒鐘內(nèi)消除的粘度點熔化點：雖然玻璃沒有熔化點但玻璃有一個熔化范圍，把粘度為102 poise定義為熔化點67例: 一些普通玻璃的粘度溫度數(shù)據(jù)8玻璃的成分玻璃最普通的成分是二氧化硅，但另外一些物質(zhì)也有類似的特性，稱之為玻璃生成體。其它的一些玻璃生成體如三氧化二硼和氧化磷。玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中一些作為調(diào)和劑的其它成分

4、，在玻璃某些特性上起正面的影響，但在另外一些特性上則起負(fù)面影響，就看我們需要什么。例：Na2O會破壞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而降低粘度，這會使玻璃變軟，能夠在較低的溫度下加工玻璃。但這也會增加電導(dǎo)率，降低化學(xué)穩(wěn)定性，這在燈泡中大多是不希望的?？紤]到有時添加成分的正反面影響，在大量玻璃的應(yīng)用和加工方面得到了很大發(fā)展。9熱導(dǎo)率 材料的熱導(dǎo)率是表示在兩個相差1度的單位表面上熱量流過的速率 玻璃在較低的溫度下，熱量能夠很好地限制在需要加熱的區(qū)域而不使其它區(qū)域變形，隨著溫度升高，熱傳導(dǎo)速度迅速增加，這樣可以將加工區(qū)域能在較短的時間內(nèi)加熱到工作溫度。但由于低的熱導(dǎo)率，玻璃上不同區(qū)域的溫差會產(chǎn)生應(yīng)力。概括: 冷玻璃 不良導(dǎo)

5、體 熱玻璃 良導(dǎo)體 在高溫下同鑄鐵相當(dāng)10電導(dǎo)率玻璃中電傳導(dǎo)是基于離子的遷移，尤其是Na離子。在低溫下，由于粘度，離子不容易移動，但溫度越高，其移動就越容易。因此在低溫下（室溫）玻璃可看作絕緣體，在高溫下為導(dǎo)體。電導(dǎo)率本身對于燈內(nèi)燈芯是一個重要因素。下面舉兩個普泡燈芯的離子(圖1、2)：1112應(yīng)力 開裂 漏氣燈，這種現(xiàn)象稱為“電解” ；圖（1）在直流情況下，相對小的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，這就改變了兩邊玻璃的成分，改變了玻璃的膨脹系數(shù)，應(yīng)力也就會產(chǎn)生。圖（2）在交流情況下Na+不能從一個極向另外一個極遷移但仍會發(fā)生電解。在抽真空的燈

6、中，電子從熱鎢燈絲上發(fā)射到相對冷的打扁處。打扁表面就充負(fù)電，Na+離子從電極向表面遷移。同樣因為玻璃成分和膨脹系數(shù)的改變，引起開裂。溫度越高，電解速度就越快。因為隨著玻璃中鈉含量的增加電導(dǎo)率也會增加，直接的解決辦法是減少鈉含量。然而，這樣會提高熔化點，對加工帶來不利的影響。加入其它的成分，如鉛（Pb）和鋇（Ba）有比較大的原子，可以阻止Na離子的遷移，也就可以阻止電解，盡管在高溫下不能降到零。這就是采用鉛玻璃做燈芯的原因。在無鉛的燈芯玻璃（360玻璃）用鋇（Ba）代替了鉛（Pb），達(dá)到同樣的效果。13玻璃的機械強度大體上，玻璃較硬，在理想情況下能承受較大的外力（壓力和張力）；然而只要表面出現(xiàn)不

7、規(guī)則，抗張強度就會大大降低，這是稱之為“刻痕效果”的結(jié)果；即使很小的一個力，在開裂的地方就超過了能承受的最大拉力，玻璃就開裂；例：環(huán)形彎架 用銼刀在排桿上劃一道傷痕后，用手很容易就可以掰斷排桿。14膨脹在許多應(yīng)用中玻璃的熱膨脹是一個很重要的特性。兩個主要的相關(guān)領(lǐng)域：1)封接（即哪種材料能同玻璃有效封接）2) 抗熱爆性（即不熱爆的能力）15兩種不同玻璃材料的封接首先要求它們的熱膨脹系數(shù)相同或相近，如果膨脹系數(shù)不匹配，就會在封接處因內(nèi)應(yīng)力的作用產(chǎn)生炸裂。膨脹系數(shù)差別在610-7K以內(nèi)的玻璃，可以相接，但要經(jīng)過退火。下面介紹判斷兩種不知膨脹系數(shù)的玻璃能否相接的方法：在兩種玻璃中各選一段，分別在火焰上

8、燒成一小方塊，然后將小塊玻璃相互粘合，并拉成直徑約0.1mm的細(xì)絲，截取140mm長一段。待冷卻后，彎曲的程度h反應(yīng)膨脹系數(shù)差別大小，當(dāng)h6mm時，此兩種玻璃不能相接；當(dāng)h6mm時，可以相接。當(dāng)兩種不同膨脹系數(shù)的材料封接在一起，冷卻后由于一種材料需收縮得更大，但封接后阻止了進一步的收縮而產(chǎn)生應(yīng)力。較低膨脹系數(shù)的材料受到的是壓應(yīng)力，較高膨脹系數(shù)的材料受到的是張應(yīng)力。膨脹系數(shù)是材料的特性不能改變，這個應(yīng)力不能消除。16由熱變化引起的暫時應(yīng)力因為由于低的熱導(dǎo)率，加熱或冷卻固態(tài)玻璃時（屈服點），在玻璃上產(chǎn)生溫度不同的區(qū)域。這會產(chǎn)生不同程度的膨脹或收縮趨勢，但玻璃各部分不能自由流動，導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力。只要沒

9、有溫差T，應(yīng)力就會消失，稱之為“暫時應(yīng)力”。以上只適用于在材料的固態(tài)階段。17由熱變化引起的永久性應(yīng)力 現(xiàn)有一塊熱玻璃（ P.S.P.）當(dāng)我們從一端開始冷卻，由于熱導(dǎo)率很差，就會產(chǎn)生一個溫差。但這不會立即產(chǎn)生不同區(qū)域不同的膨脹。因玻璃在較高的溫度依然具有流動性，高溫度區(qū)的玻璃會屈服于低溫度區(qū)的玻璃，想象兩個區(qū)以相同的速度冷卻，然后低溫度區(qū)達(dá)到Philips軟化點，這里的玻璃開始有點固化，一般會產(chǎn)生應(yīng)力。然而高溫度區(qū)的玻璃仍具有流動性可以屈服于低溫度區(qū)，所以會消除所有收縮的差異。繼續(xù)直到高溫度區(qū)的玻璃也開始固化，但因為兩個區(qū)的冷卻速度相同，因此收縮也相同，能相安無事（在過度階段忽略兩個區(qū)的膨脹差

10、異?。?。當(dāng)繼續(xù)以相同的速度冷卻，低溫度區(qū)的玻璃達(dá)到了室溫，高溫度區(qū)的玻璃還是較熱，因為冷卻速度相同，所以收縮了相同的長度。當(dāng)?shù)蜏囟葏^(qū)的玻璃達(dá)到室溫不再收縮，就阻止了高溫度區(qū)的玻璃要繼續(xù)冷卻到室溫時引起的進一步收縮。兩個區(qū)之間的應(yīng)力就產(chǎn)生了。18冷卻速度越快，溫差T越高，應(yīng)力就越大。這也意味著將玻璃加熱到軟化后（ P.S.P.）再以小的溫差T冷卻就可以消除這個應(yīng)力（這稱為“退火”）。有時通過快速冷卻建立應(yīng)力（稱為淬火），利用玻璃在壓應(yīng)力下很堅固的特性。例如制作汽車玻璃，燈泡制作中做喇叭時，喇叭的硬化。19由機械引起的應(yīng)力很顯然，通過機械作用也會產(chǎn)生應(yīng)力，例如彎曲一根玻管或推壓一塊玻璃；只要外力存在，應(yīng)力就存在。由于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，這種應(yīng)力也可以是永久性的。20表面張力由于內(nèi)聚力，液體內(nèi)的分子會互相吸引。如一個分子周圍完全被其它分子圍繞，它在各個方向上受