玻璃工藝培訓(xùn)第2章

第二章玻璃性能定義：指玻璃對(duì)外界因素的作用所作出的反應(yīng)。

外因玻璃性質(zhì)熱熱穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)電電導(dǎo)率、介電損耗光折射率、反射、光吸收機(jī)械力機(jī)械強(qiáng)度、彈性模量、硬度化學(xué)介質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性

2.1玻璃的粘度粘度是用來(lái)衡量粘滯流動(dòng)的，它表示了液體的內(nèi)摩擦力。這種內(nèi)摩擦力是液體結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)。1、定義：

粘度指面積為S的兩平行液層以一定的速度梯度（dv/dx）移動(dòng)時(shí)需克服的內(nèi)摩擦阻力f。

f=S(dv/dx)

——粘度或粘度系數(shù)單位：

國(guó)際單位：帕斯卡秒（PaS）常用單位：泊（P）

1PaS=10P2、粘度和溫度的關(guān)系玻璃的-T曲線

用d/dT

表示料性

d/dT

大即料性短（B）曲線較陡

d/dT

小即料性長(zhǎng)（A）曲線較平緩料性短的玻璃可有較高的成型機(jī)速。LgTAB3、粘度特征點(diǎn)（PaS）對(duì)應(yīng)溫度10熔化溫度（玻璃可以一般速度熔化）102~103

自動(dòng)供料溫度103~106.6

操作范圍3×106~1.5×107軟化溫度（成型下限）108~1010膨脹軟化點(diǎn)Tf1012退火上限1012.4轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg1013.5應(yīng)變點(diǎn)（退火下限）4、粘度的工藝意義

(1).熔化石英砂的熔化包括表面溶解和擴(kuò)散，粘度小利于擴(kuò)散。

(2).澄清氣泡上升速度與粘度成反比。

(3).均化實(shí)際是質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散，粘度小有利。

(4).成形料性短的玻璃可較快成形。

(5).退火在

=1011.5~1013帕秒內(nèi)通過(guò)粘滯流動(dòng)消除應(yīng)力，溫度較低（>1013帕秒）時(shí)有部分應(yīng)力通過(guò)彈性松弛消除。2.2玻璃的表面張力1.定義：作用在單位長(zhǎng)度液體表面使之收縮的力?；虿Ａc另一相接觸的相界面上，在恒溫、恒容下增加一個(gè)單位表面所作的功。單位：N/m或

J/m2

產(chǎn)生原因表面質(zhì)點(diǎn)受力不均衡。體現(xiàn)了質(zhì)點(diǎn)間吸引力或鍵力的強(qiáng)弱。1000C以上玻璃熔體=220~

380×10-3

N/m20C水=78×10-3

N/m(1).澄清Vr2大，氣泡長(zhǎng)大難，澄清難。(2).均化大時(shí)，力求成球，均化難。(3).成形拉邊器球棒管絲(4).熱加工燒口火拋光(5).不利影響

尖銳棱角變圓、清晰度變差2.表面張力的工藝意義2.3玻璃的力學(xué)性能玻璃的力學(xué)性能主要包括：玻璃的機(jī)械強(qiáng)度、玻璃的彈性、玻璃的硬度和脆性以及玻璃的密度等。1.機(jī)械強(qiáng)度指玻璃抵抗外來(lái)負(fù)荷作用的能力。機(jī)械強(qiáng)度可用耐壓、抗折、抗張、抗沖擊強(qiáng)度等指標(biāo)表示。

特點(diǎn)：耐壓強(qiáng)度高、硬度高（優(yōu)點(diǎn)）抗折、抗張強(qiáng)度不高、脆性較大（缺點(diǎn)）玻璃的實(shí)際強(qiáng)度、理論強(qiáng)度塊狀玻璃的實(shí)際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度低得多，與理論強(qiáng)度相差2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。塊狀玻璃實(shí)際強(qiáng)度這樣低的原因，是由于玻璃的脆性和玻璃中存在有微裂紋（尤其是表面微裂紋）和內(nèi)部不均勻區(qū)及缺陷的存在造成應(yīng)力集中所引起的（由于玻璃受到應(yīng)力作用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，表面上的微裂紋便急劇擴(kuò)展，并且應(yīng)力集中，以致破裂）。其中表面微裂紋對(duì)玻璃強(qiáng)度的影響尤為重要。裂紋源鏡面區(qū)霧狀區(qū)頸毛區(qū)玻璃的斷裂過(guò)程a.初生裂紋的緩慢擴(kuò)展（形成鏡面區(qū)）b.次生裂紋的形成。最初傳播速度較慢，然后急劇增大。（霧狀區(qū)）（頸毛區(qū)）玻璃增強(qiáng)①物理鋼化（淬火）使玻璃表面產(chǎn)生均勻分布的壓應(yīng)力層。②化學(xué)鋼化r大離子取代r小離子③貼層玻璃在玻璃表面貼一層α低的物質(zhì)（陶瓷釉）④火拋光使玻璃表面?zhèn)邸⒘鸭y彌合。⑤覆蓋硅有機(jī)化合物放入氯硅烷（SiCl4）溶液中，通過(guò)水解在玻璃表面形成SiO2膜。使微裂紋彌合，形成壓應(yīng)力層。2.玻璃的彈性、硬度和脆性玻璃的彈性是指玻璃在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力去除后能恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)。指標(biāo)：彈性模量、剪切模量、泊松比、體積壓縮模量。玻璃的硬度是指玻璃抵抗其它物體侵入其內(nèi)部的能力。指標(biāo)：顯微硬度、莫氏硬度（5~7）、研磨硬度、刻劃硬度玻璃的脆性是指當(dāng)負(fù)荷超過(guò)玻璃的極限強(qiáng)度時(shí)立即破裂的現(xiàn)象。指標(biāo)：沖擊強(qiáng)度3.玻璃的密度物質(zhì)單位體積的質(zhì)量d=m/V生產(chǎn)上用于日?？刂撇ＡС煞帧Ｔ诓Ａa(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些如配料稱量不準(zhǔn)確、料方計(jì)算錯(cuò)誤、原料成分改變、配合料輸送過(guò)程中的分層及意外因素、溫度制度波動(dòng)等引起的玻璃質(zhì)量波動(dòng)，這些都能通過(guò)玻璃密度的變化反映出來(lái)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，常通過(guò)測(cè)定玻璃密度和熱膨脹系數(shù)的方法來(lái)監(jiān)視生產(chǎn)工藝過(guò)程運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，從分析波動(dòng)原因來(lái)指導(dǎo)日常的穩(wěn)定生產(chǎn)。但必須指出，取樣時(shí)必須定點(diǎn)、定時(shí)、定條件，否則會(huì)影響測(cè)定的正確性，從而失去可比性。

2.3玻璃的熱學(xué)性質(zhì)玻璃的熱學(xué)性質(zhì)包括熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、比熱容、熱穩(wěn)定性以及熱后效應(yīng)等，其中以熱膨脹系數(shù)較為重要，對(duì)玻璃制品的使用和生產(chǎn)都有著密切關(guān)系。1.玻璃熱膨脹系數(shù)物體受熱后都要膨脹，其膨脹多少是由它們的線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)來(lái)表示的。線膨脹系數(shù)是當(dāng)物體升高1℃時(shí)在其原長(zhǎng)度上所增加的長(zhǎng)度。

玻璃的熱膨脹系數(shù)范圍：5.810-7~15010-7/C一般鈉鈣硅玻璃為：80~10010-7/C技術(shù)玻璃按其膨脹系數(shù)大小分成硬質(zhì)玻璃和軟質(zhì)玻璃兩大類：

硬質(zhì)玻璃<60×10-7/℃

軟質(zhì)玻璃>

60×10-7/℃玻璃的熱膨脹對(duì)玻璃的成形、退火、鋼化、封接（玻璃與玻璃的封接、玻璃與金屬的封接以及玻璃與陶瓷的封接）以及玻璃的熱穩(wěn)定性等性質(zhì)都有著重要的意義。2.玻璃的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)

玻璃的比熱是指某溫度下單位質(zhì)量的物質(zhì)升高1C所需的熱量。

玻璃導(dǎo)熱系數(shù)是指溫度梯度為1時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)試樣單位截面積的熱量。3.玻璃熱穩(wěn)定性

玻璃的熱穩(wěn)定性是指玻璃受劇烈溫度變化而不破壞的性能。常用試樣在保持不破壞條件下的最大溫差表示。影響玻璃的熱穩(wěn)定性因素：熱膨脹系數(shù)

機(jī)械強(qiáng)度

急冷或急熱制品的厚度2.4玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性玻璃制品在使用過(guò)程中要受到水、酸、堿、鹽、氣體及各種化學(xué)試劑和藥液的侵蝕，玻璃對(duì)這些侵蝕的抵抗能力。

幾種特殊的侵蝕情況：

水氣對(duì)玻璃的侵蝕玻璃的脫片現(xiàn)象玻璃的生物發(fā)霉金屬蒸氣對(duì)玻璃的侵蝕2.4玻璃的電學(xué)及磁學(xué)性質(zhì)1.玻璃的導(dǎo)電性

在常溫下一般玻璃是絕緣材料，但是隨著溫度的上升，玻璃的導(dǎo)電性迅速提高，特別是在轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)以上，導(dǎo)電性能飛躍增加，到熔融狀態(tài)，玻璃變成良導(dǎo)體。例如，一般玻璃的電阻率在常溫下為1011~1012，而在熔融狀態(tài)下為10–2~3×10–3。利用玻璃在常溫下的低電導(dǎo)率，可制造照明燈泡、電真空器件、高壓絕緣子、電阻等；利用玻璃在高溫下較好的導(dǎo)電性，可進(jìn)行玻璃電熔和電焊。

Tk-100指標(biāo)在電真空工業(yè)中，常用（即體積電阻率為100MΩ·cm時(shí)所需的溫度）來(lái)衡量玻璃的電絕緣性能。Tk-100越高，玻璃的電絕緣性能就越好。

。

2.玻璃的介電性

玻璃的介電性主要包括介電常數(shù)、介電損耗和介電強(qiáng)度。

介電常數(shù)是指在外電場(chǎng)作用下介質(zhì)極化過(guò)程的大小。

介電損耗是指在一定頻率的交流電壓作用下，電介質(zhì)材料由于極化或吸收現(xiàn)象使部分電能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗。

當(dāng)施加于電介質(zhì)的電壓超過(guò)某一臨界值時(shí)，介質(zhì)中的電流突然增大，這一現(xiàn)象稱為電擊穿。介電強(qiáng)度是指發(fā)生電擊穿時(shí)的電壓，也稱為電介質(zhì)的耐擊穿強(qiáng)度。3.玻璃磁學(xué)性質(zhì)含有過(guò)渡金屬離子和稀土金屬離子的氧化物一般有磁性。一般玻璃為弱磁性物質(zhì)，但含有鐵磁性晶體的微晶玻璃具有強(qiáng)磁性。

2.5玻璃的光學(xué)性質(zhì)玻璃的光學(xué)性質(zhì)是指玻璃的折射、反射、吸收和透射等性質(zhì)。玻璃常用作透光材料，因此對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的研究在理論上和實(shí)踐上都具有重要意義。1.玻璃的折射率及色散

玻璃的折射率可以理解為電磁波在玻璃中傳播速度的降低（以真空中的光速為準(zhǔn)）。

玻璃的色散是指玻璃的折射率隨入射光波長(zhǎng)不同而不同的現(xiàn)象。

正常色散

反常色散2.玻璃的光學(xué)常數(shù)玻璃的光學(xué)常數(shù)包括玻璃的折射率、平均色散、部分色散和色散系數(shù)。

玻璃的折射率以及與此有關(guān)的各種性質(zhì)都與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)。因此，為了定量地表示玻璃的光學(xué)性質(zhì)，首先必須確立某些特殊譜線的波長(zhǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。

3.玻璃的紅外和紫外吸收一般無(wú)色透明的玻璃，在可見(jiàn)光區(qū)（390~770nm）幾乎沒(méi)有吸收，只有小部分由于散射而產(chǎn)生的損失。在近紅外波段基本上也是透明的，但在2700nm則有一吸收帶，這是由于溶解在玻璃中的結(jié)合水而產(chǎn)生的。到了紫外（λ<0.35μm）及中紅外（λ>3μm）的波段，吸收就很快增加。

1.玻璃的著色

物質(zhì)呈色主要為光吸收和光散射，而以吸收更常見(jiàn)。白光投到透明的物體，顏色是其吸收光部分譜色的補(bǔ)色。

根據(jù)著色機(jī)理的特點(diǎn)，顏色玻璃大致可分為離子著色、硫硒化物著色和金屬膠體著色三大類。常見(jiàn)的著色：

離子著色，鉻、錳、鈷、銅

硫硒化物著色，硫碳著色、硒鎘著色

金屬膠體著色，金紅、銀黃2.5玻璃的著色和脫色2.玻璃的脫色

在玻璃生產(chǎn)中，由于種種原因總是有少量的鐵進(jìn)入玻璃熔體中，使玻璃產(chǎn)生不良的黃綠色，降低玻璃的透明度和“白度”，影響到玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量。為此在制造高級(jí)藝術(shù)玻璃和器皿玻璃時(shí)，必須對(duì)玻璃進(jìn)行脫色。實(shí)際上玻璃的脫色就是減弱和中和鐵的著色作用。玻璃脫色分為化學(xué)脫色和物理脫色兩類。