無機(jī)非金屬材料工學(xué)(玻璃)課件

第二篇

玻璃工藝學(xué)

第二篇玻璃工藝學(xué)

1第一章

引言

第一章引言2一、定義

廣義：凡是具有非晶鈦結(jié)構(gòu)的固體材料統(tǒng)稱為玻璃。狹義：從熔體中冷卻，在室溫下還保持熔體結(jié)構(gòu)的固體材料。即無機(jī)玻璃。一、定義廣義：凡是具有非晶鈦結(jié)構(gòu)的固體材料統(tǒng)稱為玻璃。3二、分類

按成分：單質(zhì)玻璃、有機(jī)玻璃、無機(jī)玻璃。

按用途：平板玻璃（建筑、日用玻璃）、光學(xué)玻璃、器皿玻璃、工藝玻璃（醫(yī)用、儀器、激光玻璃）。

平板玻璃按生產(chǎn)工藝又分為：浮法玻璃、垂直引上玻璃（提拉玻璃）、壓延玻璃等。二、分類按成分：單質(zhì)玻璃、有機(jī)玻璃、無機(jī)玻璃。4三、玻璃工業(yè)發(fā)展史

15萬年前人類首先就利用天然黑曜巖薄片做窗戶玻璃，7000B.C.海盜船無意中發(fā)現(xiàn)了人造玻璃的配方。3500～1500年前開始制造玻璃纖維。直到200A.D.才開始“平板”玻璃。1957年，英國首先首先發(fā)明浮法玻璃專利，1963年美國購買了該專利。1975年，美國發(fā)明新浮法專利。我國1971年在洛陽首先引進(jìn)浮法生產(chǎn)線，現(xiàn)有30多條生產(chǎn)線。目前我國浮法玻璃供不應(yīng)求，各地正在加緊上線。三、玻璃工業(yè)發(fā)展史

15萬年前人類首先就利用天然黑曜巖薄片做5第二章

玻璃的通性

第二章玻璃的通性

6包括：一、各向同性

二、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性）

三、無固定熔點(diǎn)

四、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性包括：一、各向同性7一、各向同性

在同一塊玻璃中所有的物理化學(xué)性能在各個(gè)方向均相同。一、各向同性在同一塊玻璃中所有的物理化學(xué)性能在各個(gè)方向均相8二、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性）

由于玻璃熔體在冷卻過程中粘度迅速重大，來不及結(jié)晶就成為固體。所以保留了熔體的結(jié)構(gòu)，造成體系內(nèi)能不是最小，即亞穩(wěn)態(tài)。圖2～1。

二、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性）

由于玻璃熔體在冷卻過程中粘度迅速重大，9圖2～1玻璃體系內(nèi)能隨溫度變化圖

圖2～1玻璃體系內(nèi)能隨溫度變化圖10三、無固定熔點(diǎn)

由于玻璃形成過程中由熔體向固體轉(zhuǎn)變是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，所以其熔化過程也是在一定的溫度范圍內(nèi)而不是某一溫度點(diǎn)。三、無固定熔點(diǎn)

由于玻璃形成過程中由熔體向固體轉(zhuǎn)變是在一定的11四、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性

決定于其形成過程。四、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性

決定于其形成過程。12第二節(jié)

玻璃結(jié)構(gòu)的假說

第二節(jié)玻璃結(jié)構(gòu)的假說

13包括：一、晶子說

二、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說包括：一、晶子說14一、晶子說

由蘭德爾（Randell）1930年提出，認(rèn)為玻璃是由80%的直徑等于1.0～1.5nm左右的微晶組成，晶體取向無序。一、晶子說由蘭德爾（Randell）1930年提出，認(rèn)為玻15二、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

由查哈里阿森（Zachariasen）1932年提出，認(rèn)為玻璃中硅氧以共價(jià)鍵結(jié)合在三維空間內(nèi)形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)。強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)玻璃的連續(xù)性、統(tǒng)計(jì)均勻性、無序性。

二、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

由查哈里阿森（Zachariasen）116兩種觀點(diǎn)的相同之處是都認(rèn)為是近程有序而遠(yuǎn)程無序，不同之處是近程程度不同。兩種觀點(diǎn)的相同之處是都認(rèn)為是近程有序而遠(yuǎn)程無序，不同之處是近17第三節(jié)

粘度

第三節(jié)粘度

18一、玻璃的定義

指面積為S的二平行液層，以一定速度梯度dv/dx移動(dòng)時(shí)需要克服的內(nèi)摩擦力。

?=ηsdv∕dx

η—粘度系數(shù)（Pa·S）一、玻璃的定義

指面積為S的二平行液層，以一定速度梯度dv/19二、玻璃粘度參考點(diǎn)

1．應(yīng)變點(diǎn)：（1013.6Pa·S）應(yīng)力在幾小時(shí)內(nèi)消除的溫度點(diǎn)；2．轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Tg）：(1012.4Pa·S)的溫度；3．退火點(diǎn)：（1012Pa·S）應(yīng)力在幾分鐘內(nèi)消除的溫度點(diǎn)；4．變形點(diǎn)：1010～1011Pa·S的溫度；5．軟化溫度（

Tf）(3～5)×106Pa·S的溫度；6．操作范圍：（103～106.6Pa·S）成型時(shí)玻璃表面的溫度；7．熔化溫度：（10

Pa·S）的溫度；8．自動(dòng)供料機(jī)供料粘度：（102～103Pa·S）的溫度。二、玻璃粘度參考點(diǎn)

1．應(yīng)變點(diǎn)：（1013.6Pa·S）應(yīng)力20三、玻璃粘度與成分的關(guān)系

1．SiO2、Al2O3、ZrO2含量升高，粘度增大；2．堿金屬氧化物R2O含量升高，粘度降低；3．堿土金屬氧化物MO含量升高，粘度增大；4．PbO、CdO、Bi2O3、SnO含量升高，粘度增大；5．Li2O、ZnO、B2O3含量升高，增加低溫粘度，而降低高溫粘度。

三、玻璃粘度與成分的關(guān)系

1．SiO2、Al2O3、ZrO221四、玻璃粘度與溫度的關(guān)系

總體上玻璃粘度與溫度成反比。圖2～2。滿足：Logη=a+b/T（a、b為常數(shù)）四、玻璃粘度與溫度的關(guān)系

總體上玻璃粘度與溫度成反比。圖2～22圖2～2硅酸鹽玻璃彈性、粘度與溫度關(guān)系圖

圖2～2硅酸鹽玻璃彈性、粘度與溫度關(guān)系圖23五、玻璃粘度的近似計(jì)算

1．奧霍琴法：適用于含MgO、Al2O3的Na-Ca-Si系玻璃。且各主要氧化物含量范圍為

Na2O12%～16%，CaO+MgO5%～12%，Al2O3<5%，SiO264%～80%T=AX+BY+CZ+DT—某粘度對(duì)應(yīng)的溫度；X、Y、Z分別為Na2O、（CaO+MgO）、Al2O3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；A、B、C、D為各氧化物的特性常數(shù)，見表2～1。

五、玻璃粘度的近似計(jì)算1．奧霍琴法：適用于含MgO、Al224表2～1各氧化物的特性常數(shù)

玻璃粘度（Pa·S）系數(shù)數(shù)值以1%MgO代替CaO引起溫度升高ABCD102103104105.51061071081091010101110121013-22.87-17.49-15.37-12.19-10.36-8.71-9.19-8.75-8.47-7.46-7.32-6.29-16.0-9.95-6.25-2.19-1.180.471.571.922.273.213.495.246.505.905.004.584.354.245.345.205.295.525.375.241700.41381.41194.2980.72910.86815.89762.50720.80683.80632.90603.40651.509.06.05.03.52.61.41.01.01.52.02.53.0表2～1各氧化物的特性常數(shù)玻璃粘度（Pa·S）系數(shù)數(shù)值以252．富切爾法：

T=T0+B/(lgη+A)

其中A、B、T0可根據(jù)玻璃中各氧化物含量而計(jì)算。

A=1.4788Na2O+0.8350K2O+1.6030CaO+5.4936MgO-1.5183Al2O3+1.4550B=-6039.7Na2O-1439.6K2O-3919.3CaO+6285.3MgO2253.4Al2O3+5736.4T0=-25.07Na2O-321.0K2O+544.3CaO-384.0MgO+294.4Al2O3+198.1

適用范圍：SiO2=1mol,Na2O=0.15～0.2mol,CaO=0.12～0.2mol,MgO=0～0.0511mol,Al2O3=0.0015～0.073mol,η=10～1012Pa·s.

2．富切爾法：26第四節(jié)

玻璃的表面張力

第四節(jié)玻璃的表面張力

27一、定義

表面張力時(shí)指玻璃與另一相接觸的相分界面上（空氣、錫液等）在恒溫、恒容條件下增加一個(gè)單位表面時(shí)所作的功。單位：N/m或J/m2。

意義：表面張力的大小在玻璃液的澄清、均化、成型以及熔體與耐火材料作用等過程中起著重大作用。

一、定義表面張力時(shí)指玻璃與另一相接觸的相分界面上（空氣、錫28二、表面張力的影響因素

1．玻璃組成：不同成分會(huì)影響玻璃的表面張力。玻璃的成分可分為三類，即非表面活性組分、中間性質(zhì)組分和難熔表面活性組分。一般地，前者會(huì)增大表面張力而后兩者會(huì)減小玻璃的表面張力。2．溫度：表面張力與溫度成反比，溫度每升高100℃表面張力會(huì)下降1%。3．粘度：粘度與表面張力成正比。二、表面張力的影響因素

1．玻璃組成：不同成分會(huì)影響玻璃的表29第五節(jié)

玻璃的密度

第五節(jié)玻璃的密度30一、意義

密度的大小可以反映玻璃的質(zhì)量好壞及引起事故的原因。密度測試快速、準(zhǔn)確。一、意義密度的大小可以反映玻璃的質(zhì)量好壞及引起事故的原因。31二、影響因素

玻璃組成

溫度

熱歷史

二、影響因素玻璃組成32玻璃組成對(duì)密度的影響1．玻璃組成成分與密度的關(guān)系可用公式表示。V=1/D=ΣVm·fmD—密度；Vm—各組分玻璃比容計(jì)算系數(shù)，可由教材P117表查出；fm—玻璃中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。查表前需要首先計(jì)算出玻璃的硅離子與氧離子比（Nsi）。Nsi=Psi/60.06ΣSm·fmNsi--玻璃的硅離子與氧離子比；Psi—玻璃中SiO2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；Sm—常數(shù)（教材P117表查出）；fm—玻璃中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

玻璃組成對(duì)密度的影響1．玻璃組成成分與密度的關(guān)系可用公式表示33溫度對(duì)密度的影響玻璃密度與溫度成反比，溫度從室溫升高到1300℃時(shí)密度會(huì)下降6～12%。

溫度對(duì)密度的影響玻璃密度與溫度成反比，溫度從室溫升高到13034熱歷史對(duì)密度的影響圖2～3，慢冷時(shí)密度隨溫度的降低二減小；快冷時(shí)密度隨溫度的降低而增大

熱歷史對(duì)密度的影響圖2～3，慢冷時(shí)密度隨溫度的降低二減?。豢?5圖2～3玻璃密度與熱歷史的關(guān)系

1-

慢冷；2-快冷

圖2～3玻璃密度與熱歷史的關(guān)系

1-

慢冷；236第六節(jié)

玻璃的力學(xué)性質(zhì)

第六節(jié)玻璃的力學(xué)性質(zhì)

37一、理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度玻璃的

評(píng)價(jià)玻璃力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)有：抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度等。

由于玻璃內(nèi)部的純共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，其理論強(qiáng)度很大。如平板玻璃的理論抗壓強(qiáng)度為11.76GPa、抗折強(qiáng)度為34.3～83.3Mpa。而實(shí)際抗折強(qiáng)度僅為6.86Mpa，導(dǎo)致玻璃實(shí)際強(qiáng)度下降的原因是玻璃的脆性、微裂紋、不均勻區(qū)等導(dǎo)致作用于玻璃的應(yīng)力集中而破裂。

一、理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度玻璃的

評(píng)價(jià)玻璃力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)有：抗壓38二、影響因素

化學(xué)組成

缺陷

溫度

內(nèi)應(yīng)力

二、影響因素化學(xué)組成391．化學(xué)組成：純氧化物的強(qiáng)度最大，加入不同的其它元素可以提高Na-Ca-Si玻璃的抗壓或抗折強(qiáng)度。其影響順序?yàn)椋禾岣呖箯垙?qiáng)度

CaO>B2O3>BaO>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>（MgO、FeO）提高抗壓強(qiáng)度Al2O3>MgO

>B2O3>Fe2O3>PbO1．化學(xué)組成：純氧化物的強(qiáng)度最大，加入不同的其它元素可以提高402．缺陷：（微觀、宏觀）3．溫度：圖2～4。4．內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）

2．缺陷：（微觀、宏觀）41圖2～4玻璃強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

圖2～4玻璃強(qiáng)度與溫度的關(guān)系42三、硬度和脆性

1．硬度：抗其它物體的侵入能力。加入不同的氧化物可提高玻璃的硬度，其順序?yàn)?/p>

SiO2

>B2O3>MgO（ZnO、Ba0）

>Al2O3三、硬度和脆性1．硬度：抗其它物體的侵入能力。加入不同的氧432．脆性：當(dāng)負(fù)荷超過玻璃極限強(qiáng)度時(shí)立即破裂的特性，用沖擊強(qiáng)度表示。淬火玻璃的沖擊強(qiáng)度比退火玻璃的沖擊強(qiáng)度大5～7倍。引入半徑較小的陽離子（Li2O、BeO、MgO、B2O3）可降低玻璃的脆性。而引入大半徑的陽離子（Ru2O、CaO）可提高玻璃的脆性。

2．脆性：當(dāng)負(fù)荷超過玻璃極限強(qiáng)度時(shí)立即破裂的特性，用沖擊強(qiáng)度44第七節(jié)

玻璃的熱學(xué)性質(zhì)

第七節(jié)玻璃的熱學(xué)性質(zhì)45一、熱膨脹性

熱膨脹對(duì)玻璃的成型、退火、鋼化、封接及熱穩(wěn)定性都有影響。

玻璃的熱膨脹變化范圍很大，從負(fù)膨脹（微晶玻璃）直到200×10-7/℃（非氧化物玻璃）。

熱膨脹系數(shù)分為線膨脹系數(shù)和體積膨脹系數(shù)。一、熱膨脹性

熱膨脹對(duì)玻璃的成型、退火、鋼化、封接及熱穩(wěn)定46二、影響因素

1．溫度：成正比；2．熱歷史：與玻璃退火、淬火、析晶（種類、大?。┒加嘘P(guān)系。3．化學(xué)組成：取決于陰陽離子間的吸引力。

f=2Z/a2f--陰陽離子間的吸引力；

Z—電價(jià)；

a—間距

f越大，熱振動(dòng)越小，膨脹就越小。

二、影響因素1．溫度：成正比；47第八節(jié)

玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性

第八節(jié)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性48一、侵蝕機(jī)理

1．水對(duì)玻璃的侵蝕：水中的H+與玻璃中的Na+發(fā)生交換反應(yīng)，而后進(jìn)行水化、中和反應(yīng)；≡Si-Na++H+-OH==≡Si-OH+NaOH≡Si-OH+H+-OH==Si-（OH）4Si-（OH）4+NaOH==[Si（OH）30]-Na+（硅酸鈉）+H2O一、侵蝕機(jī)理1．水對(duì)玻璃的侵蝕：水中的H+與玻璃中的Na+492．酸對(duì)玻璃的侵蝕：高堿玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。因酸不與硅質(zhì)玻璃發(fā)生反應(yīng)，只是酸中的水與玻璃起作用。同時(shí)，玻璃侵蝕產(chǎn)生的堿可被中和，阻止侵蝕反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。

2．酸對(duì)玻璃的侵蝕：高堿玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃的503．堿對(duì)玻璃的侵蝕：Si-（OH）4+NaOH==[Si（OH）30]-Na+（硅酸鈉）+H2O可破壞玻璃中的Si-O鍵，從而腐蝕嚴(yán)重。3．堿對(duì)玻璃的侵蝕：Si-（OH）4+NaOH==[Si（514．大氣對(duì)玻璃的侵蝕：薄膜。是H2O、CO2、SO2的綜合侵蝕，可形成Si-OH薄膜。

4．大氣對(duì)玻璃的侵蝕：薄膜。是H2O、CO2、SO2的綜合侵52二、影響因素

1．化學(xué)組成：R2O越高，抗腐越差；2．熱處理：在酸氣爐中退火可提高玻璃的抗腐性；鋼化（淬火）可提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性；3．溫度：溫度越高侵蝕越強(qiáng)；4、壓力：壓力越大侵蝕加劇。

二、影響因素

1．化學(xué)組成：R2O越高，抗腐越差；53第九節(jié)

玻璃的光學(xué)性質(zhì)

第九節(jié)玻璃的光學(xué)性質(zhì)

54一、折射率

影響因素：1.化學(xué)組成：

n=n1P1+n2P2+……+nnPnP1…Pn---玻璃中各氧化物的質(zhì)量白分含量；n1…nn---玻璃中各氧化物的折射率計(jì)算系數(shù)(P127表)；2.溫度：折射率隨溫度的升高而增大；3.熱歷史：退火可消除光學(xué)不均勻性。

一、折射率

影響因素：1.化學(xué)組成：n=n1P1+n2P55二、光學(xué)常數(shù)

折射率，色散等。二、光學(xué)常數(shù)折射率，色散等。56三、玻璃的著色

1．離子致色：過度族金屬離子的電子躍遷，可引起選擇吸收而致色。不同離子致不同顏色。如：Ti4+（黃棕色）、Ti4++Cu+（綠色）、V（雜色）等。2．硫、硒化合物著色：單質(zhì)硫、硒（淡紫色）；硫、碳（琥珀）；硫（硒）化鎘（黃、紅）。3、金屬膠體著色：膠體顆粒對(duì)光線的散射而引起的選擇吸收從而致色。

三、玻璃的著色

1．離子致色：過度族金屬離子的電子躍遷，可引57第三章

玻璃的生產(chǎn)工藝

第三章玻璃的生產(chǎn)工藝

58第一節(jié)

概述

第一節(jié)概述59玻璃的生產(chǎn)工藝過程：

成分設(shè)計(jì)→原料加工→配合料制備→（池窯、坩堝窯熔化）→成型→退火→缺陷檢驗(yàn)→一次制品或深加工→檢驗(yàn)→二次制品。

玻璃的生產(chǎn)工藝過程：60第二節(jié)

原料與配合料的制備

第二節(jié)原料與配合料的制備61

玻璃的主要原料或主料是SiO2，輔料有Al2O3、Na2O、CaO、MgO、澄清劑、著色劑、脫色劑、氧化—還原劑、乳濁劑及其它。

62一、原料及選擇原則

1．雜質(zhì)少；2．易調(diào)整；3．易熔化、無毒氣；4．對(duì)耐火材料侵蝕小；5．成本低、易加工。

一、原料及選擇原則1．雜質(zhì)少；63二、引入SiO2的原料

1.硅砂，即石英砂；2.砂巖要求：可含有少量無害礦物（長石、高嶺石、白云石、方解石等），有害礦物（赤鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦等）含量盡量少。

二、引入SiO2的原料

1.硅砂，即石英砂；64三、引入Al2O3的原料

1．長石；2.高嶺石。三、引入Al2O3的原料1．長石；65四、引入Na2O的原料1．純堿（Na2CO3）；2．芒硝（Na2SO4）；3．鈉硝石（NaNO3）四、引入Na2O的原料1．純堿（Na2CO3）；66五、引入CaO的原料

1．石灰石；2．方解石。五、引入CaO的原料

1．石灰石；67六、引入MgO的原料

白云石

六、引入MgO的原料白云石68七、引入澄清劑的原料

1．As2O3、Sb2O3與芒硝共用；2．芒硝；3.螢石、氟硅酸鈉（Na2SiF6）

七、引入澄清劑的原料

1．As2O3、Sb2O3與芒硝共用；69八、著色劑

各種含致色離子的氧化物，具體見第九節(jié)玻璃的著色。

八、著色劑各種含致色離子的氧化物，具體見第九節(jié)玻璃的著色。70九、脫色劑

能使Fe2O3減少或能產(chǎn)生與綠色互補(bǔ)色的各種氧化物。

分為物理脫色劑（Se、MnO2、NiO、Cr2O3）和化學(xué)脫色劑（As2O3、Sb2O3、Na2S及硝酸鹽）九、脫色劑能使Fe2O3減少或能產(chǎn)生與綠色互補(bǔ)色的各種氧71十、氧化--還原劑

1.氧化劑（硝酸鹽）；2．還原劑（碳、SnO2等）

十、氧化--還原劑1.氧化劑（硝酸鹽）；72十一、乳濁劑

1．氟化物；

2．磷酸鹽十一、乳濁劑1．氟化物；73十二、其它

1．天然堿；2．珍珠巖（含SiO273%）；3．鈮、鉭尾礦（含SiO270%）；4．碎玻璃。

十二、其它1．天然堿；74第四節(jié)

玻璃原料加工

第四節(jié)玻璃原料加工75一、工藝流程

一、工藝流程76即各原料分別粉碎篩分入庫，后稱量混合再入庫，最后投料。

即各原料分別粉碎篩分入庫，后稱量混合再入庫，最后投料。77二、原料的破碎與粉碎

可用①顎式破碎機(jī)，圖3～1；②反擊式破碎機(jī)，圖3～2；③對(duì)輥式破碎機(jī)，圖3～3；④錘式破碎機(jī)，圖3～4。

二、原料的破碎與粉碎可用78圖3～1顎式破碎機(jī)

圖3～1顎式破碎機(jī)

79圖3～2反擊式破碎機(jī)

圖3～2反擊式破碎機(jī)80圖3～3對(duì)輥機(jī)

圖3～3對(duì)輥機(jī)81圖3～4錘式破碎機(jī)

圖3～4錘式破碎機(jī)82三、篩分

利用六角篩和振動(dòng)篩對(duì)各種原料進(jìn)行篩分，而振動(dòng)篩的優(yōu)點(diǎn)較多，圖3～5。

三、篩分利用六角篩和振動(dòng)篩對(duì)各種原料進(jìn)行篩分，而振動(dòng)篩的優(yōu)83圖3～5振動(dòng)篩

圖3～5振動(dòng)篩

84四、配合料制備

先稱量后混合?；旌蠙C(jī)可分為轉(zhuǎn)動(dòng)式、盤式和槳葉式。影響配料混合均勻性的因素有原料物性、加料順序、加水方式、混合時(shí)間及是否加入碎玻璃等。四、配合料制備

先稱量后混合?；旌蠙C(jī)可分為轉(zhuǎn)動(dòng)式、盤式和槳葉85五、配合料質(zhì)量控制

1．原料成分；2．原料水分；3．原料粒度；4．稱量誤差；

5．均勻度控制。五、配合料質(zhì)量控制

1．原料成分；86第五節(jié)

玻璃的熔制

第五節(jié)玻璃的熔制

87一、概述

將配料進(jìn)行高溫加熱形成均一的、無缺陷的并符合成型要求的玻璃液的過程稱為玻璃的熔制過程。

熔制過程對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、成品率、能耗、窯爐壽命等關(guān)系密切。一、概述

將配料進(jìn)行高溫加熱形成均一的、無缺陷的并符合成型88熔制過程中發(fā)生的物理化學(xué)變化為：

物理過程化學(xué)過程物理化學(xué)過程配合料加熱脫水熔化相變揮發(fā)固相反應(yīng)鹽類分解水化物分解脫水結(jié)晶硅酸鹽形成與相互作用共熔體形成固態(tài)溶解、液態(tài)互溶玻璃液、爐氣、氣泡間的相互作用玻璃液與耐火材料作用熔制過程中發(fā)生的物理化學(xué)變化為：

配合料加熱固相反應(yīng)共熔體形89二、玻璃的熔制過程及影響因素

熔制過程分為五個(gè)階段：硅酸鹽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

二、玻璃的熔制過程及影響因素

熔制過程分為五個(gè)階段：901.硅酸鹽形成

T=800～900℃，CaO+SiO2==CaSiO3（Na2Si03··）特點(diǎn)：時(shí)間短，平板玻璃3～4min。

1.硅酸鹽形成T=800～900℃，CaO+SiO2==C912．玻璃液的形成

T=1200～1250℃，硅酸鹽溶解和擴(kuò)散，形成透明體，但不均勻，有大量氣泡，性質(zhì)不均勻。特點(diǎn)：時(shí)間長，平板玻璃28min。

2．玻璃液的形成T=1200～1250℃，硅酸鹽溶解和擴(kuò)散923．玻璃液的澄清

T=1400～1500℃，澄清的過程是指排除可見氣泡的過程，是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程。玻璃液中的氣泡有：CO2、O2、N2、H2O、SO2、NO2。3．玻璃液的澄清T=1400～1500℃，澄清的過程是指排93澄清過程：①氣體轉(zhuǎn)化與平衡澄清過程：94②氣體與玻璃液的相互作用a.

O2與玻璃液的相互作用:包括物理的溶解和發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成氧化物(氧化鐵、硅酸鹽等)b.

CO2與玻璃液的相互作用:CO2與硅酸鹽作用形成碳酸鹽和氧化硅。c.

H2O與玻璃液的相互作用:即玻璃的水化反應(yīng)。②氣體與玻璃液的相互作用95③澄清劑及作用機(jī)理a．變價(jià)氧化物：機(jī)理是低溫吸熱，高溫放熱使氣泡長大而釋放。As2O3+O2===As2O5（可逆反應(yīng)）b.硫酸鹽：Na2SO4===Na20+SO2↑（大于1400℃時(shí)分解）c．鹵化物：CaF2、NaF可使SiO2的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)斷裂而達(dá)到澄清的目的。③澄清劑及作用機(jī)理96④

玻璃性質(zhì)與澄清：澄清速度

V=2/9gr2（d-d1）/ηg-重力加速度；r-氣泡半徑；d-玻璃密度；、d1-氣泡中氣體密度；η-玻璃液的粘度。即玻璃液越粘澄清速度越小。

④玻璃性質(zhì)與澄清：澄清速度V=2/9gr2（d-d1974．玻璃液的均化：

包括化學(xué)均化和熱均化。有三種方式：①不均勻體的溶解與擴(kuò)散的均化過程（成分不同造成）；②玻璃液的對(duì)流均化過程（溫度不同造成）；③因氣泡上升而引起的攪拌均化作用。

影響因素：玻璃液的粘度和表面張力。4．玻璃液的均化：包括化學(xué)均化和熱均化。985．玻璃液的冷卻：

T=1000℃主要注意二次氣泡（再生泡）的形成，即塵泡（直徑小于0.1mm）的形成。5．玻璃液的冷卻：

T=1000℃99三、影響玻璃熔制過程的因素

1．化學(xué)成分：氧化硅和氧化鋁越高越難熔，而堿含量越高越易熔；2．配料的狀態(tài)：包括原料的粒度、不同原料的分層等；3．熔窯的溫度制度：提高熔窯溫度有利于熔制，但能耗大且對(duì)耐火材料侵蝕大；4．加速劑和澄清劑：有助澄清；5．高壓與真空熔煉：可迅速排除可見氣泡；6．輔助電熔：可提高熔化率；7．機(jī)械攪拌與鼓泡：可提高澄清與均化速度。三、影響玻璃熔制過程的因素

1．化學(xué)成分：氧化硅和氧化鋁越高100四、玻璃熔窯

分類：按形狀主要分為池窯與坩堝窯。

產(chǎn)品單一，產(chǎn)量大的用池窯；品種多產(chǎn)量小的用坩堝窯。

池窯按熱源又分為火焰窯、電熱窯及火焰-電熱窯。

按熔制過程分為間歇式與連續(xù)式。按廢氣預(yù)熱回收分為蓄熱式和換熱式。按火焰流動(dòng)分為橫火焰窯、縱火焰窯和馬蹄窯。四、玻璃熔窯分類：按形狀主要分為池窯與坩堝窯。101五、窯用耐火材料

1．硅氧質(zhì)耐火材料（SiO2系）；2．硅鋁質(zhì)耐火材料（SiO2-Al2O3系）3．電熔耐火材料（Al2O3-SiO2-ZrO2系）4．堿性耐火材料（MgO系）五、窯用耐火材料

1．硅氧質(zhì)耐火材料（SiO2系）；102六、熔窯節(jié)能

1．高溫熔化制度（高熱燃料、富氧燃燒、空氣預(yù)熱、優(yōu)質(zhì)耐火）；2．熔窯保溫；3．廢氣余熱利用；4．改進(jìn)熔化工藝；5．改進(jìn)燃燒技術(shù)；6．鼓泡與機(jī)械攪拌；7．熔窯結(jié)構(gòu)改進(jìn)；8．輔助電熔及生產(chǎn)自動(dòng)化。

六、熔窯節(jié)能1．高溫熔化制度（高熱燃料、富氧燃燒、空氣預(yù)熱103第六節(jié)

玻璃的成型

第六節(jié)玻璃的成型

104分類：

熱塑成型：提拉（平板玻璃）、浮法（平板玻璃）、吹制（空心玻璃）、壓制（煙缸）、壓延（壓花玻璃）、澆鑄（光學(xué)玻璃）、燒結(jié)（泡沫玻璃）、噴吹（玻璃珠）；

冷成型：研磨、拋光。分類：105一、浮法成型1．概念：是指熔窯熔融的玻璃在流入錫槽后在熔融金屬錫液的表面上形成平板玻璃的方法。

浮法成型的熔窯見圖3～6、3～7。浮法成型見圖3～8。

一、浮法成型1．概念：是指熔窯熔融的玻璃在流入錫槽后在熔融106圖3～6浮法窯平面圖

1-投料口；2-熔化部；3、6-小爐；4-冷卻部；5-流口料

圖3～6浮法窯平面圖

1-投料口；2-熔化部；3、6-107圖3～7浮法窯立面圖

1-小爐口；2-蓄熱室；3-格子體；4-底煙道；5-連通煙道；6-支煙道；7-燃油噴嘴

圖3～7浮法窯立面圖

1-小爐口；2-蓄熱室；3-格子體；108圖3～8浮法生產(chǎn)示意圖

1-流槽；2-玻璃液；3-碹頂；4-玻璃帶；5-錫液；6-槽底；7-保護(hù)氣體管道；8-拉邊器；9-過度輥臺(tái)；10-閘板

圖3～8浮法生產(chǎn)示意圖

1-流槽；2-玻璃液；3-碹頂；41092．成型機(jī)理：

①

浮起高度h=（1-dg/dt）·HH-自由厚度；dg-玻璃的密度；dt-錫液的密度。自由厚度：

g-重力加速度；σg-玻璃表面張力；σt-錫液表面張力；σgt-玻璃與錫液界面上表面張力。

2．成型機(jī)理：①

浮起高度h=（1-dg/dt）·110圖3～9玻璃在錫液上的浮起高度

圖3～9玻璃在錫液上的浮起高度

111①

拋光時(shí)間：玻璃液呈正弦波在錫液上運(yùn)動(dòng)。t=λ/V，V=σg/ηλ-正弦波長；η-玻璃液的粘度；V-拋光速度；t-拋光時(shí)間。④拉?。悍譃楦邷乩『偷蜏乩。瑘D3～10。①

拋光時(shí)間：玻璃液呈正弦波在錫液上運(yùn)動(dòng)。t=λ/V112圖3～10玻璃的高溫拉薄和低溫拉薄曲線

圖3～10玻璃的高溫拉薄和低溫拉薄曲線

1133．錫液的特點(diǎn)

①雜質(zhì)少；②比重大（大于玻璃）；③熔點(diǎn)低；④表面張力高（大于玻璃）；⑤粘度低（流動(dòng)性好）。3．錫液的特點(diǎn)

①雜質(zhì)少；②比重大（大于玻璃）；③熔點(diǎn)1144．保護(hù)氣體

N2+H2注意：防止錫氧化。4．保護(hù)氣體N2+H2115二、垂直引上法（提拉法）

1．有槽垂直引上法：槽子磚為主要的成型設(shè)備，圖3～11、3～12。分為：板根成型；邊子成型；原板的拉伸力。1．無槽垂直引上法2．平拉成型壓延成型

二、垂直引上法（提拉法）

1．有槽垂直引上法：槽子磚為主要的116圖3～11有槽垂直引上室

1-通路；2-小眼；3-大梁；4-槽子磚；5-主水包；6-輔助水包；7-板根；8-石棉輥；9-引上機(jī)；10-原板

圖3～11有槽垂直引上室

1-通路；2-小眼；3-大梁；4117圖3～12槽子磚

圖3～12槽子磚

118圖3～13無槽垂直引上室

1-大梁；2-L型磚；3-玻璃液；4-引磚；5-冷卻水包；6-引上機(jī)；7-石棉輥；8-板根；9-原板；10-八字水包

圖3～13無槽垂直引上室

1-大梁；2-L型磚；3-玻璃液119圖3～14平拉成型示意圖

1-玻璃液；2-引磚；3-拉邊器；4-轉(zhuǎn)向輥；5-水冷卻器；6-玻璃帶

圖3～14平拉成型示意圖

1-玻璃液；2-引磚；3-拉邊器120圖3～15壓延法

圖3～15壓延法

121第七節(jié)

玻璃的缺陷

第七節(jié)玻璃的缺陷

122缺陷:

玻璃的缺陷指玻璃中的氣泡、線道、節(jié)瘤、結(jié)石及永久應(yīng)力（未退火）等。

缺陷:玻璃的缺陷指玻璃中的氣泡、線道、節(jié)瘤、結(jié)石及永久應(yīng)力123一、氣泡的類型與形成原因

1．殘留氣泡：玻璃熔制過程中鹽類分解產(chǎn)生氣泡，澄清不徹底而殘留的。2．二次氣泡：多為塵泡，澄清后次升穩(wěn)或未盡的化學(xué)反應(yīng)。3．耐火材料引起4．鐵器引起5．其它：電極附近等。一、氣泡的類型與形成原因

1．殘留氣泡：玻璃熔制過程中鹽類分124二、玻璃狀?yuàn)A雜物及其形成原因

結(jié)構(gòu)仍為非晶態(tài)，但物性與玻璃主體不同。如：條紋、線道、節(jié)瘤等。成分多為硅質(zhì)或硅鋁質(zhì)。是均化不夠的結(jié)果。

二、玻璃狀?yuàn)A雜物及其形成原因

結(jié)構(gòu)仍為非晶態(tài)，但物性與玻璃主125三、結(jié)石的類型與成因

玻璃中已經(jīng)結(jié)晶的不均勻相。是玻璃中的最大缺陷，也是引起玻璃爆炸的原因。形成原因：1．配合料結(jié)石（未熔化）；2．耐火材料結(jié)石；3．析晶結(jié)石；4．硫酸鹽夾雜物；5．黑色夾雜物（鐵、鉻、鎳的氧化物等）。三、結(jié)石的類型與成因

玻璃中已經(jīng)結(jié)晶的不均勻相。是玻璃中的最126第八節(jié)

玻璃的退火

第八節(jié)玻璃的退火

127一、基本概念

1．退火：將玻璃內(nèi)部的熱應(yīng)力消除或減少至允許值的熱處理過程。2．淬火：將加熱的玻璃在介質(zhì)中急冷，使玻璃表面產(chǎn)生有規(guī)律的、均勻分布的壓應(yīng)力，從而提高玻璃的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。（鋼化玻璃）一、基本概念1．退火：將玻璃內(nèi)部的熱應(yīng)力消除或減少至允許值1283．玻璃中的應(yīng)力

包括熱應(yīng)力（暫時(shí)應(yīng)力、永久應(yīng)力）結(jié)構(gòu)應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力3．玻璃中的應(yīng)力包括熱應(yīng)力（暫時(shí)應(yīng)力、永久應(yīng)力）129①暫時(shí)應(yīng)力：玻璃在經(jīng)受不均勻溫度變化時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。該應(yīng)力隨溫度梯度的存在而存在，同時(shí)隨溫度梯度的消失而消失。①暫時(shí)應(yīng)力：玻璃在經(jīng)受不均勻溫度變化時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。該應(yīng)130②永久應(yīng)力：當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度相等時(shí)所殘留的熱應(yīng)力。退火即消除此應(yīng)力。②永久應(yīng)力：當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度相等時(shí)所殘留的熱應(yīng)力。退火即消除131③結(jié)構(gòu)應(yīng)力：因化學(xué)組成不均勻?qū)е陆Y(jié)構(gòu)上的不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力。該應(yīng)力無法去除。

③結(jié)構(gòu)應(yīng)力：因化學(xué)組成不均勻?qū)е陆Y(jié)構(gòu)上的不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力132④機(jī)械應(yīng)力：外力作用在玻璃上而產(chǎn)生的應(yīng)力，外力消除時(shí)應(yīng)力也消除。④機(jī)械應(yīng)力：外力作用在玻璃上而產(chǎn)生的應(yīng)力，外力消除時(shí)應(yīng)力也133二、退火工藝

將玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg附近，進(jìn)行保溫均熱，以消除玻璃各部分的溫度梯度，使應(yīng)力松弛。該溫度稱為退火溫度。

最高退火溫度：能在3min之內(nèi)消除玻璃中95%應(yīng)力的溫度。

最低退火溫度：能在3min之內(nèi)消除玻璃中5%應(yīng)力的溫度。

退火溫度范圍：最高退火溫度和最低退火溫度之間的范圍。

一般玻璃的退火溫度為550℃±20℃。二、退火工藝將玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg附近，進(jìn)行保溫134退火工藝一般分為四個(gè)階段：1.加熱階段;2.均熱階段;3.慢冷階段;4.快冷階段。圖3～16。

圖3～16玻璃退火工藝圖3～16玻璃退火工藝圖3～16玻璃退火工藝退火工藝一般分為四個(gè)階段：1.加熱階段;2.均熱階段;135第九節(jié)

平板玻璃的性能

第九節(jié)平板玻璃的性能

136平板玻璃的主要使用性能有光學(xué)性能、熱學(xué)性能、力學(xué)性能及聲學(xué)性能。表3～1、3～2、3～3。平板玻璃的主要使用性能有光學(xué)性能、熱學(xué)性能、力學(xué)性能及聲學(xué)性137表3～1平板玻璃的光學(xué)性能

入射光角度（度）光透過率（%）0204560759290888360波長（nm）透過率（%）40045050055060065070043556764523731玻璃每面反射率（%）玻璃光吸收率（%）玻璃色調(diào)3.5～4.01～3淺藍(lán)綠色、淺黃綠色紫外線透過率（%）紅外線透過率（%）玻璃折射率不大10～25約15表3～1平板玻璃的光學(xué)性能

入射光角度（度）020138表3～2平板玻璃的熱學(xué)性能

軟化溫度范圍（℃）530～570在20～300℃的熱膨脹系數(shù)（80～95）×10-7導(dǎo)熱系數(shù)KJ/（m·h·K）20℃1200℃3.359.62比熱KJ/(kg·K)20℃1200℃0.841.26玻璃厚度(mm)23456玻璃的熱穩(wěn)定性(℃)試樣破損為零時(shí)的溫度差試樣破損為50%時(shí)的溫度差試樣破損為100%時(shí)的溫度差10075656260138116988578180140120110100表3～2平板玻璃的熱學(xué)性能

軟化溫度范圍（℃）530～57139表3～3平板玻璃的力學(xué)與聲學(xué)性能

莫氏硬度抗壓強(qiáng)度(Mpa)抗拉強(qiáng)度(Mpa)抗彎強(qiáng)度(Mpa)彈性模數(shù)(Mpa)6～7860～91029～88平均4469～74聲在玻璃中的速度(m/s)玻璃厚度(mm)吸音能力(dB)密度(g/cm3)約54002

5約22302.5表3～3平板玻璃的力學(xué)與聲學(xué)性能莫氏硬度6～7聲在玻璃中140第四章

玻璃工業(yè)的環(huán)境保護(hù)

第四章玻璃工業(yè)的環(huán)境保護(hù)

141第一節(jié)

大氣污染

第一節(jié)大氣污染142一、燃料產(chǎn)生的廢氣

1．SO2：會(huì)形成酸雨。防治措施：高空排放和排煙脫硫（用CaCO3、Ca（OH）2、Na2SO4等）2.NOX：其毒性比CO大數(shù)百倍且與人體的血色素有很強(qiáng)的親和力。

防治措施：用NH3氣體將其還原。NOX+NH3===N2+H2O一、燃料產(chǎn)生的廢氣

1．SO2：會(huì)形成酸雨。143二、原料分解氣體

1．F：CaF4熔融后會(huì)形成SiF4、HF等，這些氟化物在大氣中的濃度大于百萬分之一時(shí)即可引起中毒。

防治措施：用水（堿水、清水、海水）吸收。2．Cd、Pb、As等重金屬，它們本身為有毒元素，會(huì)引起中毒。防治措施：用電收塵或其它除塵法將其回收。3．粉塵：大量吸入會(huì)引起矽肺。

防治措施：采用洗塵器回收。二、原料分解氣體

1．F：CaF4熔融后會(huì)形成SiF4、H144第二節(jié)

廢水污染

第二節(jié)廢水污染

145廢水中主要是As、氟化物、酚以及Pb、Hg、Cd、Cr等。其中酚易溶于水，是最主要的污染物。它來自于煤氣，在洗滌過程中溶于水。防治措施：用活性炭等吸附、萃取或用微生物分解。

廢水中主要是As、氟化物、酚以及Pb、Hg、Cd、Cr等。其146第三節(jié)

噪聲污染

第三節(jié)噪聲污染147防治措施：1.降低噪聲強(qiáng)度；2.阻止噪聲傳播；

3.噪聲控制；

4.勞動(dòng)保護(hù)。

防治措施：148第五章

建筑玻璃及其深加工

第五章建筑玻璃及其深加工

149一、玻璃馬賽克

即乳化彩色不透明玻璃。外墻飾面材料，常用熔融法制備，壓延法成型。少用燒結(jié)法。工藝流程：原料（石英砂、著色劑、乳濁劑等）→配合料→池窯熔化（色彩均勻、色澤穩(wěn)定）→連續(xù)壓延（出現(xiàn)花紋）→退火（消除應(yīng)力）→折斷（拆成小塊）→挑選（去除次品）→拼裝（12×12、15×15）→粘貼紙皮（固定小塊）→成品→入庫一、玻璃馬賽克

即乳化彩色不透明玻璃。外墻飾面材料，常用熔融150二、微晶玻璃

微晶玻璃的制備工藝與熔融玻璃的生產(chǎn)過程相似，只是多了晶化處理的過程。常用來代替建筑石材。微晶玻璃與大理巖、花崗巖相比具有熱膨脹小、耐壓強(qiáng)度大、硬度大、吸水率小、熱傳導(dǎo)小、耐酸、堿性好等特點(diǎn)。其性能取決于析晶的種類、粒徑大小、數(shù)量等。根據(jù)其析晶的種類分為硅灰石型、石英型、氟金云母型、霞石型、鈣黃長石型、堇青石型等。二、微晶玻璃

微晶玻璃的制備工藝與熔融玻璃的生產(chǎn)過程相似，只151工藝流程：晶核劑→配合料→熔制→壓延成型→拆切→晶化處理。

微晶玻璃也可以采用燒結(jié)方式制備，其故意過程為：晶核劑→配合料→成型→燒結(jié)→晶化處理。

微晶玻璃的晶化處理一般采用階梯式升溫，圖5～1。

工藝流程：晶核劑→配合料→熔制→壓延成型→拆切→晶化處理。152圖5～1微晶玻璃的熱處理溫度曲線

圖5～1微晶玻璃的熱處理溫度曲線

153三、鋼化玻璃

研究表明，玻璃的實(shí)際強(qiáng)度大大低于理論強(qiáng)度是由于玻璃表面存在大量的微裂紋，有人測定：300個(gè)/mm2。消除玻璃表面的微裂紋或避免表面損傷，抑制微裂紋增長等使玻璃強(qiáng)度增加的過程為鋼化過程。

三、鋼化玻璃

研究表明，玻璃的實(shí)際強(qiáng)度大大低于理論強(qiáng)度是由于1541．熱鋼化

熱鋼化是將玻璃做淬火處理在玻璃的內(nèi)部和表面形成很大的溫度梯度，而應(yīng)力由于玻璃的粘滯性而被松弛，形成了有溫度梯度而無應(yīng)力的狀態(tài)。當(dāng)溫度梯度逐漸消失，原松弛的應(yīng)力逐步轉(zhuǎn)為永久應(yīng)力，造成玻璃表面有一層金云分布的壓應(yīng)力層，從而使玻璃的熱穩(wěn)定性和強(qiáng)度得以提高。

1．熱鋼化熱鋼化是將玻璃做淬火處理在玻璃的內(nèi)部和表面形成很155熱鋼化的工藝過程：

玻璃原板→磨邊→洗滌、干燥→熱彎成型或平板→鋼化加熱爐處理→檢驗(yàn)→入庫

鋼化溫度一般為：Tc=Tg+80℃

熱鋼化的工藝過程：156

影響鋼化處理質(zhì)量的因素：①淬火溫度和玻璃厚度：都成正比；②傳熱速度（冷卻介質(zhì)的對(duì)流速度）：成正比；③玻璃組成：能增加熱膨脹系數(shù)的氧化物可提高鋼化強(qiáng)度，如ZrO2。

影響鋼化處理質(zhì)量的因素：1572、化學(xué)鋼化

以玻璃表面離子擴(kuò)散為機(jī)理，將加熱的含堿玻璃浸于熔融的鹽溶液中處理，通過離子交換改變玻璃的化學(xué)組成，使得玻璃表面形成壓力層。

2、化學(xué)鋼化

以玻璃表面離子擴(kuò)散為機(jī)理，將加熱的含堿玻璃浸于1581)．低溫?zé)崽幚恚河肒+（大半徑）置換Na+（小半徑）表面擠壓產(chǎn)生應(yīng)力（張應(yīng)力）；2)．高溫?zé)崽幚恚河眯“霃降碾x子置換大半徑的離子，在冷卻收縮時(shí)表面產(chǎn)生應(yīng)力（壓應(yīng)力）；3)．電輔助處理：加電流以增大玻璃中離子的遷移率；4)．玻璃組成：Al2O3越高，強(qiáng)度越大；5)．熱處理時(shí)間和壓力：關(guān)系見圖5～2。1)．低溫?zé)崽幚恚河肒+（大半徑）置換Na+（小半徑）表面擠159圖5～2熱處理時(shí)間與溫度關(guān)系圖

圖5～2熱處理時(shí)間與溫度關(guān)系圖

160四、夾層玻璃

由兩片或兩片以上的玻璃用合成樹脂膠片黏結(jié)在一起而制成的一種安全玻璃。常用于汽車、船的保護(hù)罩、防彈玻璃、防盜玻璃、銀行的窗玻璃、水下建筑物等。

四、夾層玻璃

由兩片或兩片以上的玻璃用合成樹脂膠片黏結(jié)在一起161生產(chǎn)工藝：玻璃原片及膜的洗滌、干燥→灑粉（防摩擦）→熱彎→預(yù)熱壓（100～150℃）→熱壓膠合（真空蒸壓釜法、棍子法）

此外，在夾層玻璃的制造過程中還可以加天線、電熱線、導(dǎo)電膜等，形成功能玻璃。不同玻璃類型工藝有所不同。生產(chǎn)工藝：玻璃原片及膜的洗滌、干燥→灑粉（防摩擦）→熱彎→預(yù)162五、中空玻璃

中空玻璃有隔熱、隔音不結(jié)露等作用，用于需采暖和空調(diào)的建筑中，適合于寒冷地區(qū)?；蛴迷诮ㄖ粢魤Φ取?/p>

五、中空玻璃

中空玻璃有隔熱、隔音不結(jié)露等作用，用于需采暖和163生產(chǎn)工藝：包括焊接法、膠接法、熔接法等。

在制造中空玻璃的同時(shí)還可以在玻璃的空間充填各種氣體以制成功能玻璃。

生產(chǎn)工藝：包括焊接法、膠接法、熔接法等。164六、鍍膜玻璃

采用玻璃表面鍍膜使玻璃增添新的性質(zhì)、拓寬新的用途。例如：水銀鏡、透紅外膜、防紫外膜等。

六、鍍膜玻璃

采用玻璃表面鍍膜使玻璃增添新的性質(zhì)、拓寬新的用165鍍膜方法：

1.從溶液中沉積薄膜;2.從化學(xué)蒸汽中沉積薄膜;3.從物理蒸汽中沉積薄膜;4.從電化學(xué)中沉積薄膜。

鍍膜方法：166鍍膜工藝：

1.氣溶膠法;2.溶膠凝膠法;3.蒸發(fā)鍍膜;4.陰極射線鍍膜;5.離子鍍膜.鍍膜工藝：167

第七節(jié)其它玻璃

第七節(jié)其它玻璃

168生物玻璃單晶玻璃玻璃半導(dǎo)體超導(dǎo)玻璃熱反射玻璃自動(dòng)調(diào)光玻璃電磁屏蔽玻璃抗菌自潔玻璃等。生物玻璃169第二篇

玻璃工藝學(xué)

第二篇玻璃工藝學(xué)

170第一章

引言

第一章引言171一、定義

廣義：凡是具有非晶鈦結(jié)構(gòu)的固體材料統(tǒng)稱為玻璃。狹義：從熔體中冷卻，在室溫下還保持熔體結(jié)構(gòu)的固體材料。即無機(jī)玻璃。一、定義廣義：凡是具有非晶鈦結(jié)構(gòu)的固體材料統(tǒng)稱為玻璃。172二、分類

按成分：單質(zhì)玻璃、有機(jī)玻璃、無機(jī)玻璃。

按用途：平板玻璃（建筑、日用玻璃）、光學(xué)玻璃、器皿玻璃、工藝玻璃（醫(yī)用、儀器、激光玻璃）。

平板玻璃按生產(chǎn)工藝又分為：浮法玻璃、垂直引上玻璃（提拉玻璃）、壓延玻璃等。二、分類按成分：單質(zhì)玻璃、有機(jī)玻璃、無機(jī)玻璃。173三、玻璃工業(yè)發(fā)展史

15萬年前人類首先就利用天然黑曜巖薄片做窗戶玻璃，7000B.C.海盜船無意中發(fā)現(xiàn)了人造玻璃的配方。3500～1500年前開始制造玻璃纖維。直到200A.D.才開始“平板”玻璃。1957年，英國首先首先發(fā)明浮法玻璃專利，1963年美國購買了該專利。1975年，美國發(fā)明新浮法專利。我國1971年在洛陽首先引進(jìn)浮法生產(chǎn)線，現(xiàn)有30多條生產(chǎn)線。目前我國浮法玻璃供不應(yīng)求，各地正在加緊上線。三、玻璃工業(yè)發(fā)展史

15萬年前人類首先就利用天然黑曜巖薄片做174第二章

玻璃的通性

第二章玻璃的通性

175包括：一、各向同性

二、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性）

三、無固定熔點(diǎn)

四、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性包括：一、各向同性176一、各向同性

在同一塊玻璃中所有的物理化學(xué)性能在各個(gè)方向均相同。一、各向同性在同一塊玻璃中所有的物理化學(xué)性能在各個(gè)方向均相177二、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性）

由于玻璃熔體在冷卻過程中粘度迅速重大，來不及結(jié)晶就成為固體。所以保留了熔體的結(jié)構(gòu)，造成體系內(nèi)能不是最小，即亞穩(wěn)態(tài)。圖2～1。

二、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性）

由于玻璃熔體在冷卻過程中粘度迅速重大，178圖2～1玻璃體系內(nèi)能隨溫度變化圖

圖2～1玻璃體系內(nèi)能隨溫度變化圖179三、無固定熔點(diǎn)

由于玻璃形成過程中由熔體向固體轉(zhuǎn)變是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，所以其熔化過程也是在一定的溫度范圍內(nèi)而不是某一溫度點(diǎn)。三、無固定熔點(diǎn)

由于玻璃形成過程中由熔體向固體轉(zhuǎn)變是在一定的180四、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性

決定于其形成過程。四、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性

決定于其形成過程。181第二節(jié)

玻璃結(jié)構(gòu)的假說

第二節(jié)玻璃結(jié)構(gòu)的假說

182包括：一、晶子說

二、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說包括：一、晶子說183一、晶子說

由蘭德爾（Randell）1930年提出，認(rèn)為玻璃是由80%的直徑等于1.0～1.5nm左右的微晶組成，晶體取向無序。一、晶子說由蘭德爾（Randell）1930年提出，認(rèn)為玻184二、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

由查哈里阿森（Zachariasen）1932年提出，認(rèn)為玻璃中硅氧以共價(jià)鍵結(jié)合在三維空間內(nèi)形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)。強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)玻璃的連續(xù)性、統(tǒng)計(jì)均勻性、無序性。

二、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

由查哈里阿森（Zachariasen）1185兩種觀點(diǎn)的相同之處是都認(rèn)為是近程有序而遠(yuǎn)程無序，不同之處是近程程度不同。兩種觀點(diǎn)的相同之處是都認(rèn)為是近程有序而遠(yuǎn)程無序，不同之處是近186第三節(jié)

粘度

第三節(jié)粘度

187一、玻璃的定義

指面積為S的二平行液層，以一定速度梯度dv/dx移動(dòng)時(shí)需要克服的內(nèi)摩擦力。

?=ηsdv∕dx

η—粘度系數(shù)（Pa·S）一、玻璃的定義

指面積為S的二平行液層，以一定速度梯度dv/188二、玻璃粘度參考點(diǎn)

1．應(yīng)變點(diǎn)：（1013.6Pa·S）應(yīng)力在幾小時(shí)內(nèi)消除的溫度點(diǎn)；2．轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Tg）：(1012.4Pa·S)的溫度；3．退火點(diǎn)：（1012Pa·S）應(yīng)力在幾分鐘內(nèi)消除的溫度點(diǎn)；4．變形點(diǎn)：1010～1011Pa·S的溫度；5．軟化溫度（

Tf）(3～5)×106Pa·S的溫度；6．操作范圍：（103～106.6Pa·S）成型時(shí)玻璃表面的溫度；7．熔化溫度：（10

Pa·S）的溫度；8．自動(dòng)供料機(jī)供料粘度：（102～103Pa·S）的溫度。二、玻璃粘度參考點(diǎn)

1．應(yīng)變點(diǎn)：（1013.6Pa·S）應(yīng)力189三、玻璃粘度與成分的關(guān)系

1．SiO2、Al2O3、ZrO2含量升高，粘度增大；2．堿金屬氧化物R2O含量升高，粘度降低；3．堿土金屬氧化物MO含量升高，粘度增大；4．PbO、CdO、Bi2O3、SnO含量升高，粘度增大；5．Li2O、ZnO、B2O3含量升高，增加低溫粘度，而降低高溫粘度。

三、玻璃粘度與成分的關(guān)系

1．SiO2、Al2O3、ZrO2190四、玻璃粘度與溫度的關(guān)系

總體上玻璃粘度與溫度成反比。圖2～2。滿足：Logη=a+b/T（a、b為常數(shù)）四、玻璃粘度與溫度的關(guān)系

總體上玻璃粘度與溫度成反比。圖2～191圖2～2硅酸鹽玻璃彈性、粘度與溫度關(guān)系圖

圖2～2硅酸鹽玻璃彈性、粘度與溫度關(guān)系圖192五、玻璃粘度的近似計(jì)算

1．奧霍琴法：適用于含MgO、Al2O3的Na-Ca-Si系玻璃。且各主要氧化物含量范圍為

Na2O12%～16%，CaO+MgO5%～12%，Al2O3<5%，SiO264%～80%T=AX+BY+CZ+DT—某粘度對(duì)應(yīng)的溫度；X、Y、Z分別為Na2O、（CaO+MgO）、Al2O3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；A、B、C、D為各氧化物的特性常數(shù)，見表2～1。

五、玻璃粘度的近似計(jì)算1．奧霍琴法：適用于含MgO、Al2193表2～1各氧化物的特性常數(shù)

玻璃粘度（Pa·S）系數(shù)數(shù)值以1%MgO代替CaO引起溫度升高ABCD102103104105.51061071081091010101110121013-22.87-17.49-15.37-12.19-10.36-8.71-9.19-8.75-8.47-7.46-7.32-6.29-16.0-9.95-6.25-2.19-1.180.471.571.922.273.213.495.246.505.905.004.584.354.245.345.205.295.525.375.241700.41381.41194.2980.72910.86815.89762.50720.80683.80632.90603.40651.509.06.05.03.52.61.41.01.01.52.02.53.0表2～1各氧化物的特性常數(shù)玻璃粘度（Pa·S）系數(shù)數(shù)值以1942．富切爾法：

T=T0+B/(lgη+A)

其中A、B、T0可根據(jù)玻璃中各氧化物含量而計(jì)算。

A=1.4788Na2O+0.8350K2O+1.6030CaO+5.4936MgO-1.5183Al2O3+1.4550B=-6039.7Na2O-1439.6K2O-3919.3CaO+6285.3MgO2253.4Al2O3+5736.4T0=-25.07Na2O-321.0K2O+544.3CaO-384.0MgO+294.4Al2O3+198.1

適用范圍：SiO2=1mol,Na2O=0.15～0.2mol,CaO=0.12～0.2mol,MgO=0～0.0511mol,Al2O3=0.0015～0.073mol,η=10～1012Pa·s.

2．富切爾法：195第四節(jié)

玻璃的表面張力

第四節(jié)玻璃的表面張力

196一、定義

表面張力時(shí)指玻璃與另一相接觸的相分界面上（空氣、錫液等）在恒溫、恒容條件下增加一個(gè)單位表面時(shí)所作的功。單位：N/m或J/m2。

意義：表面張力的大小在玻璃液的澄清、均化、成型以及熔體與耐火材料作用等過程中起著重大作用。

一、定義表面張力時(shí)指玻璃與另一相接觸的相分界面上（空氣、錫197二、表面張力的影響因素

1．玻璃組成：不同成分會(huì)影響玻璃的表面張力。玻璃的成分可分為三類，即非表面活性組分、中間性質(zhì)組分和難熔表面活性組分。一般地，前者會(huì)增大表面張力而后兩者會(huì)減小玻璃的表面張力。2．溫度：表面張力與溫度成反比，溫度每升高100℃表面張力會(huì)下降1%。3．粘度：粘度與表面張力成正比。二、表面張力的影響因素

1．玻璃組成：不同成分會(huì)影響玻璃的表198第五節(jié)

玻璃的密度

第五節(jié)玻璃的密度199一、意義

密度的大小可以反映玻璃的質(zhì)量好壞及引起事故的原因。密度測試快速、準(zhǔn)確。一、意義密度的大小可以反映玻璃的質(zhì)量好壞及引起事故的原因。200二、影響因素

玻璃組成

溫度

熱歷史

二、影響因素玻璃組成201玻璃組成對(duì)密度的影響1．玻璃組成成分與密度的關(guān)系可用公式表示。V=1/D=ΣVm·fmD—密度；Vm—各組分玻璃比容計(jì)算系數(shù)，可由教材P117表查出；fm—玻璃中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。查表前需要首先計(jì)算出玻璃的硅離子與氧離子比（Nsi）。Nsi=Psi/60.06ΣSm·fmNsi--玻璃的硅離子與氧離子比；Psi—玻璃中SiO2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；Sm—常數(shù)（教材P117表查出）；fm—玻璃中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

玻璃組成對(duì)密度的影響1．玻璃組成成分與密度的關(guān)系可用公式表示202溫度對(duì)密度的影響玻璃密度與溫度成反比，溫度從室溫升高到1300℃時(shí)密度會(huì)下降6～12%。

溫度對(duì)密度的影響玻璃密度與溫度成反比，溫度從室溫升高到130203熱歷史對(duì)密度的影響圖2～3，慢冷時(shí)密度隨溫度的降低二減小；快冷時(shí)密度隨溫度的降低而增大

熱歷史對(duì)密度的影響圖2～3，慢冷時(shí)密度隨溫度的降低二減??；快204圖2～3玻璃密度與熱歷史的關(guān)系

1-

慢冷；2-快冷

圖2～3玻璃密度與熱歷史的關(guān)系

1-

慢冷；2205第六節(jié)

玻璃的力學(xué)性質(zhì)

第六節(jié)玻璃的力學(xué)性質(zhì)

206一、理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度玻璃的

評(píng)價(jià)玻璃力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)有：抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度等。

由于玻璃內(nèi)部的純共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，其理論強(qiáng)度很大。如平板玻璃的理論抗壓強(qiáng)度為11.76GPa、抗折強(qiáng)度為34.3～83.3Mpa。而實(shí)際抗折強(qiáng)度僅為6.86Mpa，導(dǎo)致玻璃實(shí)際強(qiáng)度下降的原因是玻璃的脆性、微裂紋、不均勻區(qū)等導(dǎo)致作用于玻璃的應(yīng)力集中而破裂。

一、理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度玻璃的

評(píng)價(jià)玻璃力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)有：抗壓207二、影響因素

化學(xué)組成

缺陷

溫度

內(nèi)應(yīng)力

二、影響因素化學(xué)組成2081．化學(xué)組成：純氧化物的強(qiáng)度最大，加入不同的其它元素可以提高Na-Ca-Si玻璃的抗壓或抗折強(qiáng)度。其影響順序?yàn)椋禾岣呖箯垙?qiáng)度

CaO>B2O3>BaO>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>（MgO、FeO）提高抗壓強(qiáng)度Al2O3>MgO

>B2O3>Fe2O3>PbO1．化學(xué)組成：純氧化物的強(qiáng)度最大，加入不同的其它元素可以提高2092．缺陷：（微觀、宏觀）3．溫度：圖2～4。4．內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）

2．缺陷：（微觀、宏觀）210圖2～4玻璃強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

圖2～4玻璃強(qiáng)度與溫度的關(guān)系211三、硬度和脆性

1．硬度：抗其它物體的侵入能力。加入不同的氧化物可提高玻璃的硬度，其順序?yàn)?/p>

SiO2

>B2O3>MgO（ZnO、Ba0）

>Al2O3三、硬度和脆性1．硬度：抗其它物體的侵入能力。加入不同的氧2122．脆性：當(dāng)負(fù)荷超過玻璃極限強(qiáng)度時(shí)立即破裂的特性，用沖擊強(qiáng)度表示。淬火玻璃的沖擊強(qiáng)度比退火玻璃的沖擊強(qiáng)度大5～7倍。引入半徑較小的陽離子（Li2O、BeO、MgO、B2O3）可降低玻璃的脆性。而引入大半徑的陽離子（Ru2O、CaO）可提高玻璃的脆性。

2．脆性：當(dāng)負(fù)荷超過玻璃極限強(qiáng)度時(shí)立即破裂的特性，用沖擊強(qiáng)度213第七節(jié)

玻璃的熱學(xué)性質(zhì)

第七節(jié)玻璃的熱學(xué)性質(zhì)214一、熱膨脹性

熱膨脹對(duì)玻璃的成型、退火、鋼化、封接及熱穩(wěn)定性都有影響。

玻璃的熱膨脹變化范圍很大，從負(fù)膨脹（微晶玻璃）直到200×10-7/℃（非氧化物玻璃）。

熱膨脹系數(shù)分為線膨脹系數(shù)和體積膨脹系數(shù)。一、熱膨脹性

熱膨脹對(duì)玻璃的成型、退火、鋼化、封接及熱穩(wěn)定215二、影響因素

1．溫度：成正比；2．熱歷史：與玻璃退火、淬火、析晶（種類、大?。┒加嘘P(guān)系。3．化學(xué)組成：取決于陰陽離子間的吸引力。

f=2Z/a2f--陰陽離子間的吸引力；

Z—電價(jià)；

a—間距

f越大，熱振動(dòng)越小，膨脹就越小。

二、影響因素1．溫度：成正比；216第八節(jié)

玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性

第八節(jié)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性217一、侵蝕機(jī)理

1．水對(duì)玻璃的侵蝕：水中的H+與玻璃中的Na+發(fā)生交換反應(yīng)，而后進(jìn)行水化、中和反應(yīng)；≡Si-Na++H+-OH==≡Si-OH+NaOH≡Si-OH+H+-OH==Si-（OH）4Si-（OH）4+NaOH==[Si（OH）30]-Na+（硅酸鈉）+H2O一、侵蝕機(jī)理1．水對(duì)玻璃的侵蝕：水中的H+與玻璃中的Na+2182．酸對(duì)玻璃的侵蝕：高堿玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。因酸不與硅質(zhì)玻璃發(fā)生反應(yīng)，只是酸中的水與玻璃起作用。同時(shí)，玻璃侵蝕產(chǎn)生的堿可被中和，阻止侵蝕反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。

2．酸對(duì)玻璃的侵蝕：高堿玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃的2193．堿對(duì)玻璃的侵蝕：Si-（OH）4+NaOH==[Si（OH）30]-Na+（硅酸鈉）+H2O可破壞玻璃中的Si-O鍵，從而腐蝕嚴(yán)重。3．堿對(duì)玻璃的侵蝕：Si-（OH）4+NaOH==[Si（2204．大氣對(duì)玻璃的侵蝕：薄膜。是H2O、CO2、SO2的綜合侵蝕，可形成Si-OH薄膜。

4．大氣對(duì)玻璃的侵蝕：薄膜。是H2O、CO2、SO2的綜合侵221二、影響因素

1．化學(xué)組成：R2O越高，抗腐越差；2．熱處理：在酸氣爐中退火可提高玻璃的抗腐性；鋼化（淬火）可提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性；3．溫度：溫度越高侵蝕越強(qiáng)；4、壓力：壓力越大侵蝕加劇。

二、影響因素

1．化學(xué)組成：R2O越高，抗腐越差；222第九節(jié)

玻璃的光學(xué)性質(zhì)

第九節(jié)玻璃的光學(xué)性質(zhì)

223一、折射率

影響因素：1.化學(xué)組成：

n=n1P1+n2P2+……+nnPnP1…Pn---玻璃中各氧化物的質(zhì)量白分含量；n1…nn---玻璃中各氧化物的折射率計(jì)算系數(shù)(P127表)；2.溫度：折射率隨溫度的升高而增大；3.熱歷史：退火可消除光學(xué)不均勻性。

一、折射率

影響因素：1.化學(xué)組成：n=n1P1+n2P224二、光學(xué)常數(shù)

折射率，色散等。二、光學(xué)常數(shù)折射率，色散等。225三、玻璃的著色

1．離子致色：過度族金屬離子的電子躍遷，可引起選擇吸收而致色。不同離子致不同顏色。如：Ti4+（黃棕色）、Ti4++Cu+（綠色）、V（雜色）等。2．硫、硒化合物著色：單質(zhì)硫、硒（淡紫色）；硫、碳（琥珀）；硫（硒）化鎘（黃、紅）。3、金屬膠體著色：膠體顆粒對(duì)光線的散射而引起的選擇吸收從而致色。

三、玻璃的著色

1．離子致色：過度族金屬離子的電子躍遷，可引226第三章

玻璃的生產(chǎn)工藝

第三章玻璃的生產(chǎn)工藝

227第一節(jié)

概述

第一節(jié)概述228玻璃的生產(chǎn)工藝過程：

成分設(shè)計(jì)→原料加工→配合料制備→（池窯、坩堝窯熔化）→成型→退火→缺陷檢驗(yàn)→一次制品或深加工→檢驗(yàn)→二次制品。

玻璃的生產(chǎn)工藝過程：229第二節(jié)

原料與配合料的制備

第二節(jié)原料與配合料的制備230

玻璃的主要原料或主料是SiO2，輔料有Al2O3、Na2O、CaO、MgO、澄清劑、著色劑、脫色劑、氧化—還原劑、乳濁劑及其它。

231一、原料及選擇原則

1．雜質(zhì)少；2．易調(diào)整；3．易熔化、無毒氣；4．對(duì)耐火材料侵蝕小；5．成本低、易加工。

一、原料及選擇原則1．雜質(zhì)少；232二、引入SiO2的原料

1.硅砂，即石英砂；2.砂巖要求：可含有少量無害礦物（長石、高嶺石、白云石、方解石等），有害礦物（赤鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦等）含量盡量少。

二、引入SiO2的原料

1.硅砂，即石英砂；233三、引入Al2O3的原料

1．長石；2.高嶺石。三、引入Al2O3的原料1．長石；234四、引入Na2O的原料1．純堿（Na2CO3）；2．芒硝（Na2SO4）；3．鈉硝石（NaNO3）四、引入Na2O的原料1．純堿（Na2CO3）；235五、引入CaO的原料

1．石灰石；2．方解石。五、引入CaO的原料

1．石灰石；236六、引入MgO的原料

白云石

六、引入MgO的原料白云石237七、引入澄清劑的原料

1．As2O3、Sb2O3與芒硝共用；2．芒硝；3.螢石、氟硅酸鈉（Na2SiF6）

七、引入澄清劑的原料

1．As2O3、Sb2O3與芒硝共用；238八、著色劑

各種含致色離子的氧化物，具體見第九節(jié)玻璃的著色。

八、著色劑各種含致色離子的氧化物，具體見第九節(jié)玻璃的著色。239九、脫色劑

能使Fe2O3減少或能產(chǎn)生與綠色互補(bǔ)色的各種氧化物。

分為物理脫色劑（Se、MnO2、NiO、Cr2