玻璃工藝學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容

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。玻璃的通性：各向同性、介穩(wěn)性、無(wú)固定熔點(diǎn)、性質(zhì)變化的連續(xù)性、性質(zhì)變化的可逆性晶子學(xué)說：玻璃是由無(wú)數(shù)“晶子”所組成的，晶子是具有晶格變形的有序排列區(qū)域，分散在無(wú)定形介質(zhì)中，從“晶子”部分到無(wú)定形部分是逐步過渡的，二者之間并無(wú)明顯界線。無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：玻璃的近程有序與晶體相似，即形成陰離子多面體，多面體頂角相連形成三維空間連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，但其排列似拓?fù)錈o(wú)序的。玻璃結(jié)構(gòu)和熔體結(jié)構(gòu)的關(guān)系： 玻璃結(jié)構(gòu)除了與成分有關(guān)以外，在很大程度上與熔體形成條件、玻璃的熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的過程有關(guān)。（玻璃的結(jié)構(gòu)不是一成不變的) 玻璃似過冷的液體，玻璃的結(jié)構(gòu)是熔體結(jié)構(gòu)的繼續(xù)。（繼承性） 玻璃冷卻至室溫時(shí)，它保持著與該溫度范圍內(nèi)某一溫度相應(yīng)的平衡結(jié)構(gòu)狀態(tài)和性能。（對(duì)應(yīng)性）單元系統(tǒng)玻璃的結(jié)構(gòu)主要有：石英玻璃結(jié)構(gòu)、氧化硼玻璃結(jié)構(gòu)、五氧化二磷玻璃結(jié)構(gòu)。硼氧反?，F(xiàn)象：當(dāng)氧化硼與玻璃修飾體氧化物之比達(dá)到一定值時(shí)，在某些性質(zhì)變化曲線上出現(xiàn)極值或折點(diǎn)的現(xiàn)象。 根據(jù)無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的觀點(diǎn)，一般按元素與氧的單鍵能的大小和能否生成玻璃，將氧化物分為：網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物、網(wǎng)絡(luò)外體氧化物和中間體氧化物。混合堿效應(yīng)： 二元堿硅玻璃中，堿金屬氧化物總含量不變，用另一種逐漸取代一種時(shí)，玻璃的性質(zhì)出現(xiàn)極值。Tf ：玻璃膨脹軟化溫度Tg：玻璃轉(zhuǎn)變溫度玻璃的形成方法：熔體冷卻法和非熔融法 三元玻璃形成區(qū)：由于新的共熔區(qū)的形成，三元系統(tǒng)形成區(qū)中部出現(xiàn)突出部分。含有兩種網(wǎng)絡(luò)形成體（F）的三元系統(tǒng)，突出位置受到共熔點(diǎn)位置的影響，即突向低熔點(diǎn)的一側(cè)。三元系統(tǒng)只有一種網(wǎng)絡(luò)形成體（F）時(shí)，突出部分偏向低熔點(diǎn)氧化物的一側(cè)。網(wǎng)絡(luò)中間體（I）可使網(wǎng)絡(luò)修飾體（M）較多的區(qū)域重新形成玻璃，在有I的三元系統(tǒng)中，形成區(qū)突向偏M的一側(cè)，呈半圓形。FM、FI等不能形成玻璃的二元系統(tǒng)加入新的氧化物，由于新的共熔物形成，可以在其中間部位形成較小的不穩(wěn)定的玻璃形成區(qū)。玻璃的分相：玻璃在高溫下為均勻得熔體，在冷卻過程中或在一定溫度下熱處理時(shí)，由于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)遷移，某些組分發(fā)生偏聚，從而形成化學(xué)組成不同得兩個(gè)相，此過程稱為分相玻璃分相的原因：一般認(rèn)為氧化物熔體的液相分離是由于陽(yáng)離子對(duì)氧離子的爭(zhēng)奪所引起的。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)外體的離子勢(shì)較大、含量較多時(shí)，由于系統(tǒng)自由能較大而不能形成穩(wěn)定均勻的玻璃，它們就會(huì)自發(fā)的從硅氧網(wǎng)絡(luò)中分離出來，自成一個(gè)體系，產(chǎn)生液相分離。分相對(duì)玻璃析晶的影響：為成核提供界面：玻璃的分相增加了相間的界面，成核總是優(yōu)先產(chǎn)生于相的界面上。分散相具有高的原子遷移率：分相導(dǎo)致兩液相中的一相具有較母相明顯大的原子遷移率，這種高的遷移率能夠促進(jìn)均勻形核。使成核劑組分富集于一相：分相使加入的成核劑組分富集于兩相中的一相，因而起晶核作用。 微晶玻璃：是用適當(dāng)組成的玻璃控制析晶或者誘導(dǎo)析晶而成，它含有大量（95%98）細(xì)小的（在1m以下）晶體和少量殘余玻璃相。影響玻璃黏度的因素 玻璃的黏度隨溫度的升高連續(xù)變化，溫度越高粘度越低。 玻璃的結(jié)構(gòu)對(duì)黏度影響分兩個(gè)方面：玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，玻璃的黏度越大；玻璃中堿金屬離子或者堿土金屬離子使玻璃網(wǎng)絡(luò)聚合，玻璃的黏度越大。 玻璃組成對(duì)黏度的影響主要為： 玻璃中氧化物的性質(zhì)與數(shù)量：傾向于形成更大的陰離子基團(tuán)的氧化物，使玻璃黏度增大；堿性氧化物使玻璃形成的網(wǎng)絡(luò)解離，玻璃的黏度降低； 氧硅比：氧硅比越大，硅氧四面體群解離，玻璃黏度降低 其它條件相同的前提下，黏度隨陽(yáng)離子與氧的鍵強(qiáng)增大而增大。 結(jié)構(gòu)對(duì)稱性：結(jié)構(gòu)對(duì)稱性越好，玻璃的黏度越大。 配位數(shù)：加入配位數(shù)相同陽(yáng)離子的情況下，RO鍵強(qiáng)越大，黏度越大；在電荷相同的條件下，加入配位數(shù)越多的陽(yáng)離子，玻璃的黏度越大。為什么玻璃實(shí)際強(qiáng)度比理論值低？玻璃材料由于在其表面和內(nèi)部存在著不同的雜質(zhì)、缺陷或微不均勻區(qū)，在這些區(qū)域引起應(yīng)力的集中導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生。影響玻璃強(qiáng)度的主要因素有哪些？化學(xué)鍵強(qiáng)度：固體物質(zhì)的強(qiáng)度主要由各質(zhì)點(diǎn)的鍵強(qiáng)及單位體積內(nèi)鍵的數(shù)目決定。表面微裂紋：格里菲斯認(rèn)為玻璃破壞時(shí)是從表面裂紋開始，隨著裂紋逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致整個(gè)試樣的破裂。微不均勻性：是由分相或形成離子群聚所致。微相之間易產(chǎn)生裂紋，且其相互間的結(jié)合力比較薄弱。結(jié)構(gòu)缺陷：宏觀缺陷（結(jié)石、氣泡、條紋、節(jié)瘤）等常因成分與主體玻璃成分不一致、熱膨脹系數(shù)不同而造成內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)由于宏觀缺陷提供了界面，從而使微觀缺陷（點(diǎn)缺陷、局部析晶、晶界等）常常在宏觀缺陷的區(qū)域集中，從而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生，嚴(yán)重影響玻璃的強(qiáng)度。溫度：玻璃強(qiáng)度隨溫度升高而降低。（- 273 200 ）活性介質(zhì)：滲入裂紋象鍥子一樣使裂紋擴(kuò)展； 與玻璃起化學(xué)作用破壞結(jié)構(gòu)。疲勞：玻璃的疲勞是由于在加荷作用下微裂紋的加深所致。玻璃中的應(yīng)力：分布不均的殘余應(yīng)力，使強(qiáng)度大大降低玻璃的熱穩(wěn)定性：玻璃經(jīng)受劇烈溫度變化而不破壞的性能成為玻璃的熱穩(wěn)定性。玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性：玻璃制品在使用過程中受到水、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稱為玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。玻璃電導(dǎo)率與熱處理的關(guān)系？離子導(dǎo)電的玻璃經(jīng)淬火后，其電導(dǎo)率較退火玻璃高；相反，電子導(dǎo)電的玻璃則降低。玻璃微晶化后能大大提高其電絕緣性能，完全析晶，其電導(dǎo)率能降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。分相也會(huì)影響玻璃的電導(dǎo)率，不同的分相結(jié)構(gòu)，影響不同玻璃的光學(xué)性質(zhì)是指玻璃的：折射、反射、吸收和透射玻璃著色的原因是玻璃對(duì)光的：吸收和散射根據(jù)著色機(jī)理，顏色玻璃的著色可以分為：離子著色、硫硒化物著色和金屬膠體著色原料的選擇： 原料的質(zhì)量必須符合要求，而且穩(wěn)定。 易于加工處理。 成本低，能大量供應(yīng)。 少用過輕和對(duì)人體健康、環(huán)境有害的原料。 對(duì)耐火材料的侵蝕要小。設(shè)計(jì)玻璃組成的原則及應(yīng)考慮的實(shí)際因素？ 設(shè)計(jì)玻璃組成的原則： 根據(jù)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，使設(shè)計(jì)的玻璃能滿足預(yù)定的性能要求。 根據(jù)玻璃形成圖和相圖，使設(shè)計(jì)的組成能夠形成玻璃，析晶傾向小（微晶玻璃除外）。 根據(jù)生產(chǎn)條件使設(shè)計(jì)的玻璃能適應(yīng)熔制、成形、加工等工序的實(shí)際要求。 玻璃的化學(xué)組成設(shè)計(jì)必須滿足顏色、環(huán)保的要求。 所設(shè)計(jì)的玻璃應(yīng)當(dāng)價(jià)格低廉，原料易于獲得。 考慮因素： 玻璃主要組成的氧化物34種，總量一般達(dá)到玻璃的90在此基礎(chǔ)上再引入其它改善玻璃性質(zhì)的氧化物。 為了使玻璃析晶傾向小，一般在共熔點(diǎn)或者相界線處選擇組成點(diǎn)。 對(duì)引入的其他氧化物及其含量，則主要考慮它們對(duì)玻璃性能的影響。 為了使設(shè)計(jì)的玻璃組成能夠付諸工藝實(shí)施，還要適當(dāng)?shù)奶砑虞o助原料。設(shè)計(jì)玻璃組成的步驟：列出玻璃性能的要求。擬定玻璃的組成。試驗(yàn)、測(cè)試、確定組成配合料的質(zhì)量要求： 具有正確性和穩(wěn)定性 合理的顆粒級(jí)配 具有一定的水分 具有一定的氣體率 必須混合均勻 一定的配合料氧化還原態(tài)勢(shì)硅酸鹽玻璃熔制過程的五個(gè)階段： 硅酸鹽形成階段（固相反應(yīng)，800900）： 粉料發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，氣體逸出，配合料變成硅酸鹽和SiO2組成的不透明燒結(jié)物。 玻璃形成階段（12001250）： 燒結(jié)物開始融化，硅酸鹽和SiO2形成透明體，此階段沒有未反應(yīng)的配合料，但是玻璃成分不均勻，存在氣泡和條紋。 澄清（14001500）： 溫度升高，玻璃黏度下降（10Pa.s），可見氣泡進(jìn)入爐氣。 均化（1400 ）： 玻璃液長(zhǎng)時(shí)間保溫，內(nèi)部的熱運(yùn)動(dòng)和相互擴(kuò)散使化學(xué)組分與折射率趨向一致，條紋消失。 冷卻（200300）： 玻璃液符合質(zhì)量要求，黏度達(dá)到成形要求102103Pa.s配合料的加熱反應(yīng)： 多晶轉(zhuǎn)變 鹽類分解 析出結(jié)晶水和化學(xué)結(jié)合水 硅酸鹽形成 形成復(fù)鹽和低溫共熔混合物 復(fù)鹽分解和低溫共熔混合物的分解反應(yīng)影響玻璃熔制過程的工藝因素： 玻璃的組成。 原料的性質(zhì)及其種類的選擇。 配合料的影響。 投料方式的影響。 加速劑的影響。 熔制制度的影響。 玻璃液流的影響。 窯爐、耐火材料的影響。 熔制工藝改進(jìn)的影響。玻璃液的均化：所謂均化就是使整個(gè)玻璃液在化學(xué)成分上達(dá)到一定的均勻性。存在于玻璃中的氣體主要有三種狀態(tài)：可見氣泡、溶解的的氣體、和化學(xué)結(jié)合的氣體玻璃池窯耐火材料的選用 必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能夠經(jīng)受高溫下的機(jī)械負(fù)荷。 要有相當(dāng)高的耐火度。 在使用溫度下必須有高的化學(xué)穩(wěn)定性和較強(qiáng)的抗熔融玻璃的侵蝕能力。 對(duì)玻璃液沒有污染或污染極小。 具有良好的抗熱沖擊能力。 在作業(yè)溫度下體積固定，再燒收縮和熱膨脹系數(shù)應(yīng)很 小。 式樣和尺寸準(zhǔn)確。玻璃體的缺陷：玻璃體內(nèi)由于存在著各種夾雜物，引起玻璃體均勻性的破壞，稱為玻璃體的缺陷玻璃體自身的缺陷包括：氣泡、結(jié)石、條紋和節(jié)瘤。一次氣泡：由配合料進(jìn)入熔爐帶來的氣體，在玻璃澄清完結(jié)后沒有完全逸出，或是由于平衡的破壞，使溶解的氣體又重新析出，殘留在玻璃中，形成的氣泡。二次氣泡：澄清后玻璃體的氣體處于平衡狀態(tài)，在成形部，玻璃液所處的條件發(fā)生改變，在澄清的玻璃液中又產(chǎn)生的氣泡。結(jié)石：出現(xiàn)在玻璃體中的結(jié)晶狀固體夾雜物結(jié)石分類：配合料結(jié)石、耐火材料結(jié)石、析晶結(jié)石、硫酸鹽夾雜物、“黑斑”、外來污染物。耐火材料結(jié)石產(chǎn)生原因：耐火材料質(zhì)量低劣：燒成溫度不夠、氣孔率高、原料不純、內(nèi)應(yīng)力大、成形壓力低、縮孔過大等等。耐火材料選用不當(dāng)： 應(yīng)根據(jù)熔化溫度、玻璃成分、使用部位的不同而不同。熔化溫度過高：玻璃液與耐火材料反應(yīng)劇烈、流動(dòng)沖刷也加劇。助熔劑用量過大：特別是氟化物對(duì)耐火材料腐蝕嚴(yán)重。易起反應(yīng)的耐火材料砌在一起：硅磚和黏土磚在1400反應(yīng)嚴(yán)重。玻璃的成形是指熔融的玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄潭◣缀涡螤钪破返倪^程。玻璃的成形方法主要有：壓制法、吹制法、拉延法、壓延法、澆鑄法、燒結(jié)法玻璃的重?zé)幔寒?dāng)玻璃與模型脫離后，由于內(nèi)外層溫差大，內(nèi)部的熱量向表面層進(jìn)行激烈的熱傳遞，這時(shí)表面層對(duì)空氣的傳熱比較慢，使玻璃表面又重新加熱，這種現(xiàn)象成為“重?zé)帷?。玻璃成型需要確定的工藝參數(shù)：成型溫度范圍、各個(gè)操作工序的持續(xù)時(shí)間、冷卻介質(zhì)、模型溫度簡(jiǎn)述人工吹制玻璃杯的過程： 挑料：挑料前應(yīng)當(dāng)將吹管加熱至適當(dāng)溫度以便于粘住玻璃液，然后把吹管插在玻璃液面以下少許，在吹管不斷轉(zhuǎn)動(dòng)下于挑料端卷上一定量的玻璃液，然后取出吹管進(jìn)行吹小泡的操作。 吹小泡：將上述挑料管取出爐后，在金屬或者木質(zhì)平板或滾料碗中滾壓玻璃液，借助吹氣使小泡吹成球形或脹大，使壁變?。恍D(zhuǎn)吹管是為了使小泡壁厚對(duì)稱，垂直向上放置是為了使小泡底部變薄，擺動(dòng)吹管是為了是小泡變長(zhǎng)等，最后使小泡接近模腔的7080，此時(shí)的小泡也稱為料泡。 吹制：將料泡放到襯碳模中，吹氣使料泡脹大成為制品，在旋轉(zhuǎn)下直至吹成的制品冷卻硬化不致變形時(shí)取出模外，然后擊脫吹管進(jìn)行修飾。 加工：在坩堝或者燒口爐上重新加熱制品，用剪刀剪齊口部，在轉(zhuǎn)動(dòng)下，用夾子或樣模制品口部圓滑，最后將制品送去退火。玻璃中的應(yīng)力主要分為：熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力三類暫時(shí)應(yīng)力：在低于玻璃的應(yīng)變溫度點(diǎn)，玻璃處于彈性變形溫度范圍內(nèi)，在加熱或者冷卻的過程中，玻璃的內(nèi)層和外層形成一定的溫度梯度，從而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力會(huì)隨著溫度梯度的消失而消失，所以稱為暫時(shí)應(yīng)力。殘余應(yīng)力：當(dāng)玻璃在常溫下，內(nèi)外溫度均衡后，玻璃溫度梯度消失，在玻璃內(nèi)部仍然存在著熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力稱為永久應(yīng)力或者。結(jié)構(gòu)應(yīng)力：玻璃中因?yàn)榛瘜W(xué)組成不均勻?qū)е陆Y(jié)構(gòu)不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為結(jié)構(gòu)應(yīng)力。玻璃的退火的目的是減小或消除玻璃中存在的熱應(yīng)力，其分為兩個(gè)過程：應(yīng)力的減弱和消失，防止新應(yīng)力的產(chǎn)生。（或者：應(yīng)力的松弛和應(yīng)力的控制）玻璃的退火溫度：為了消除玻璃中的內(nèi)應(yīng)力，必須將玻璃加熱到低于轉(zhuǎn)變溫度Tg附近的某一溫度進(jìn)行保溫處理，使應(yīng)力松弛，選定的保溫均熱溫度稱為退火溫度。一次退火和二次退火：制品在成形后立即進(jìn)行退火，稱為一次退火；制品冷卻后再進(jìn)行退火的，稱為二次退火玻璃的鋼化：將平板玻璃或其它玻璃制品經(jīng)過物理或者化學(xué)的方法處理，使玻璃表面產(chǎn)生均勻分布的永久應(yīng)力，從而獲得高強(qiáng)度和高熱穩(wěn)定性的玻璃深加工方法稱為玻璃的鋼化。物理鋼化和化學(xué)鋼化的異同？ 化學(xué)鋼化玻璃表面有很強(qiáng)的壓應(yīng)力，且壓應(yīng)力層厚度較薄，與其平衡的內(nèi)部張應(yīng)力卻很小，破碎時(shí)不像物理鋼化玻璃那樣碎成小片。 化學(xué)鋼化一般沒有物理鋼化玻璃那樣軟化變形的缺點(diǎn)，適合與薄的平板玻璃和厚度不同、形狀復(fù)雜的玻璃制品增強(qiáng)。 物理鋼化生產(chǎn)效率高，成本低，能生產(chǎn)大規(guī)格制品；不適合厚度薄，尺寸小、形狀復(fù)雜的玻璃制品。玻璃的冷加工：在常溫下，通過機(jī)械方法來改變玻璃及玻璃制品的外形和表面狀態(tài)的過程，稱為冷加工。表面處理類型： 通過表面處理以控制玻璃表面的凹凸，形成玻璃的光滑表面或散光面。 改變玻璃表面的薄層組成，改善玻璃表面的性質(zhì)，以得到新的性能。 在玻璃表面用其它物質(zhì)形成薄層而得到新的性能，即表面涂層。清潔處理方法：溶劑清洗、加熱處理、有機(jī)溶劑蒸氣脫脂、超聲波清洗、輝光放電、紫外線輻照、離子轟擊處理、干冰清洗、綜合清潔處理玻璃表面鍍膜方法：還原法、氣相沉積法（CVD）、水解法（液相沉積法）、溶膠凝膠法、真空蒸發(fā)法、陰極濺射法