無機非金屬材料工學(xué)(玻璃)(已修改)
2025-05-31 09:22 本頁面
【正文】 第二篇 玻璃工藝學(xué) 第一章 引言 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 。 即無機玻璃 。 二、分類 按成分：單質(zhì)玻璃 、 有機玻璃 、 無機玻璃 。 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 。 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 ， 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 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 。 第二章 玻璃的通性 包括： 一、各向同性 二、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性） 三、無固定熔點 四 、 性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性 一、各向同性 在同一塊玻璃中所有的物理化學(xué)性能在各個方向均相同 。 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。 圖 2～ 1 玻璃體系內(nèi)能隨溫度變化圖 三、無固定熔點 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 。 四、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性 決定于其形成過程 。 第二節(jié) 玻璃結(jié)構(gòu)的假說 包括： 一、晶子說 二 、 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說 一、晶子說 由蘭德爾 （ Randell） 1930年提出 ， 認為玻璃是由 80%的直徑等于 ～ 右的微晶組成 ， 晶體取向無序 。 二、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說 由查哈里阿森（ Zachariasen） 1932年提出，認為玻璃中硅氧以共價鍵結(jié)合在三維空間內(nèi)形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)。強調(diào)了結(jié)構(gòu)玻璃的連續(xù)性、統(tǒng)計均勻性、無序性。 兩種觀點的相同之處是都認為是近程有序而遠程無序 ， 不同之處是近程程度不同 。 第三節(jié) 粘 度 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移動時需要克服的內(nèi)摩擦力 。 ? =η sdv∕dx η — 粘度系數(shù) （ PaS） 二、玻璃粘度參考點 1． 應(yīng)變點： （ S） 應(yīng)力在幾小時內(nèi)消除的溫度點； 2． 轉(zhuǎn)變點 （ Tg） ： ( PaS) 的溫度； 3． 退火點： （ 1012PaS） 應(yīng)力在幾分鐘內(nèi)消除的溫度點； 4． 變形點： 1010～ 1011PaS的溫度； 5． 軟化溫度 （ Tf） (3～ 5) 106PaS的溫度； 6． 操作范圍： （ 103～ S） 成型時玻璃表面的溫度； 7． 熔化溫度： （ 10 PaS） 的溫度； 8． 自動供料機供料粘度： （ 102～ 103PaS）的溫度 。 三、玻璃粘度與成分的關(guān)系 1． SiO Al2O 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、 Bi2O 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。 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) ） 圖 2～ 2 硅酸鹽玻璃彈性、粘度與溫度關(guān)系圖 五、玻璃粘度的近似計算 1． 奧霍琴法 ：適用于含 MgO、 Al2O3的 NaCaSi系玻璃 。 且各主要氧化物含量范圍為 Na2O 12%～ 16%， CaO+MgO 5%～ 12%，Al2O35%， SiO2 64%～ 80% T=AX+BY+CZ+D T— 某粘度對應(yīng)的溫度； X、 Y、 Z 分別為Na2O 、（ CaO+MgO）、 Al2O3的質(zhì)量百分數(shù)；A、 B、 C、 D為各氧化物的特性常數(shù)，見表 2～1。 表 2～ 1 各氧化物的特性常數(shù) 玻璃粘度（ PaS ） 系數(shù)數(shù)值 以 1% MgO代替CaO引起溫度升高 A B C D 102 103 104 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 2． 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算 。 A= Na2O+++ Al2O3+ B= + Al2O3+ T0= ++ Al2O3+ 適用范圍： SiO2=1mol, Na2O=～ mol, CaO=～ mol, MgO=0～, Al2O3=～ mol, η =10～ 1012Pas . 第四節(jié) 玻璃的表面張力 一、定義 表面張力時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單位表面時所作的功 。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。 二、表面張力的影響因素 1． 玻璃組成：不同成分會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 ， 前者會增大表面張力而后兩者會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℃ 表面張力會下降 1%。 3． 粘度：粘度與表面張力成正比 。 第五節(jié) 玻璃的密度 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
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