无机非金属材料工学(玻璃)

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1、第二篇玻璃工艺学第一章引言一、定义广义：凡是具有非晶钛结构的固体材料统称为玻璃。狭义：从熔体中冷却，在室温下还保持熔体结构的固体材料。即无机玻璃。二、分类按成分：单质玻璃、有机玻璃、无机玻璃。按用途：平板玻璃（建筑、日用玻璃）、光学玻璃、器皿玻璃、工艺玻璃（医用、仪器、激光玻璃）。平板玻璃按生产工艺又分为：浮法玻璃、垂直引上玻璃（提拉玻璃）、压延玻璃等。三、玻璃工业发展史15万年前人类首先就利用天然黑曜岩薄片做窗户玻璃，7000B.C.海盗船无意中发现了人造玻璃的配方。3500～1500年前开始制造玻璃纤维。直到200

2、A.D.才开始“平板”玻璃。1957年，英国首先首先发明浮法玻璃专利，1963年美国购买了该专利。1975年，美国发明新浮法专利。我国1971年在洛阳首先引进浮法生产线，现有30多条生产线。目前我国浮法玻璃供不应求，各地正在加紧上线。第二章玻璃的通性包括：一、各向同性二、介稳性（亚稳性）三、无固定熔点四、性质变化的连续性和可逆性一、各向同性在同一块玻璃中所有的物理化学性能在各个方向均相同。二、介稳性（亚稳性）由于玻璃熔体在冷却过程中粘度迅速重大，来不及结晶就成为固体。所以保留了熔体的结构，造成体系内能不是最小，即亚稳态

3、。图2～1。图2～1玻璃体系内能随温度变化图三、无固定熔点由于玻璃形成过程中由熔体向固体转变是在一定的温度范围内进行的，所以其熔化过程也是在一定的温度范围内而不是某一温度点。四、性质变化的连续性和可逆性决定于其形成过程。第二节玻璃结构的假说包括：一、晶子说二、无规则网络学说一、晶子说由兰德尔（Randell）1930年提出，认为玻璃是由80%的直径等于1.0～1.5nm左右的微晶组成，晶体取向无序。二、无规则网络学说由查哈里阿森（Zachariasen）1932年提出，认为玻璃中硅氧以共价键结合在三维空间内形成连续的网

4、络。强调了结构玻璃的连续性、统计均匀性、无序性。两种观点的相同之处是都认为是近程有序而远程无序，不同之处是近程程度不同。第三节粘度一、玻璃的定义指面积为S的二平行液层，以一定速度梯度dv/dx移动时需要克服的内摩擦力。ƒ=ηsdv∕dxη—粘度系数（Pa·S）二、玻璃粘度参考点1．应变点：（1013.6Pa·S）应力在几小时内消除的温度点；2．转变点（Tg）：(1012.4Pa·S)的温度；3．退火点：（1012Pa·S）应力在几分钟内消除的温度点；4．变形点：1010～1011Pa·S的温度；5．软化温度（Tf）(3

5、～5)×106Pa·S的温度；6．操作范围：（103～106.6Pa·S）成型时玻璃表面的温度；7．熔化温度：（10Pa·S）的温度；8．自动供料机供料粘度：（102～103Pa·S）的温度。三、玻璃粘度与成分的关系1．SiO2、Al2O3、ZrO2含量升高，粘度增大；2．碱金属氧化物R2O含量升高，粘度降低；3．碱土金属氧化物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，增加低温粘度，而降低高温粘度。四、玻璃粘度与温度的关系总体上玻璃粘度与温

6、度成反比。图2～2。满足：Logη=a+b/T（a、b为常数）图2～2硅酸盐玻璃弹性、粘度与温度关系图五、玻璃粘度的近似计算1．奥霍琴法：适用于含MgO、Al2O3的Na-Ca-Si系玻璃。且各主要氧化物含量范围为Na2O12%～16%，CaO+MgO5%～12%，Al2O3<5%，SiO264%～80%T=AX+BY+CZ+DT—某粘度对应的温度；X、Y、Z分别为Na2O、（CaO+MgO）、Al2O3的质量百分数；A、B、C、D为各氧化物的特性常数，见表2～1。表2～1各氧化物的特性常数玻璃粘度（Pa·S）系数数值

7、以1%MgO代替CaO引起温度升高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

8、.89762.50720.80683.80632.90603.40651.509.06.05.03.52.61.41.01.01.52.02.53.02．富切尔法：T=T0+B/(lgη+A)其中A、B、T0可根据玻璃中各氧化物含量而计算。A=1.4788Na2O+0.8350K2O+1.6030CaO+5.4936MgO-1.5