1、普通硅酸盐工艺学2.1.1玻璃的定义（理解）玻璃的定义（理解）玻璃由熔体过冷所得，因黏度逐渐增大而具有玻璃由熔体过冷所得，因黏度逐渐增大而具有固体机械性能的无定形物体。固体机械性能的无定形物体。玻璃态是物质的一种存在状态，是熔融、冷却、玻璃态是物质的一种存在状态，是熔融、冷却、固化的非结晶的无定形物，是过冷的液体。固化的非结晶的无定形物，是过冷的液体。玻璃态玻璃态 玻璃材料玻璃材料 玻璃制品玻璃制品指物质的一种结构指物质的一种结构用作结构、功能和新材料的玻璃用作结构、功能和新材料的玻璃指玻璃器皿、玻璃瓶罐等指玻璃器皿、玻璃瓶罐等广义广义狭义狭义2.1.2玻璃的通性（掌握）玻璃的通性（掌握）各向
2、同性：各向同性：玻璃态物质的质点排列是无规则玻璃态物质的质点排列是无规则的，是统计均匀的，其物理化学性的，是统计均匀的，其物理化学性质在任何方向都是相同的。质在任何方向都是相同的。介稳性：介稳性：玻璃由熔体急剧冷却而得到，因玻璃由熔体急剧冷却而得到，因TT而黏度而黏度 ，质点来不及作有规则排，质点来不及作有规则排列形成晶体，没有放出结晶潜热。列形成晶体，没有放出结晶潜热。无固定熔点：无固定熔点：玻璃态物质由固体转变为液体玻璃态物质由固体转变为液体是在一定的温度区域内进行的是在一定的温度区域内进行的（软化温度范围），并且没有新（软化温度范围），并且没有新的晶体生成。的晶体生成。性质性质变化的可逆
3、性：变化的可逆性：从熔体状态冷却（或相反从熔体状态冷却（或相反加热）过程中，可以多次加热）过程中，可以多次进行，其物理化学性质产进行，其物理化学性质产生逐渐和连续的变化，而生逐渐和连续的变化，而且是可逆的，并且没有新且是可逆的，并且没有新相生成。相生成。性质变化的连续性性质变化的连续性：玻璃的性质（在一定范围玻璃的性质（在一定范围内）随成分发生连续和逐内）随成分发生连续和逐渐变化。渐变化。2.2.1玻璃结构（掌握）玻璃结构（掌握）指离子或原子在空间的几何配置以及它们在玻指离子或原子在空间的几何配置以及它们在玻璃中形成的结构形成体。璃中形成的结构形成体。2.2.2晶子学说（理解）晶子学说（理解）
4、玻璃是由无数玻璃是由无数“晶子晶子”所组成。所组成。晶子是具有晶格变形的有序排列区域，分晶子是具有晶格变形的有序排列区域，分布在无定的介质中，从晶子部分到无定形布在无定的介质中，从晶子部分到无定形部分是逐步过渡的，两者之间无明显界线。部分是逐步过渡的，两者之间无明显界线。强调强调 玻璃结构的近程有序性、不均匀性玻璃结构的近程有序性、不均匀性 和不连续性和不连续性2.2.32.2.3无规则网络学说（理解）无规则网络学说（理解）主要描述离子共价化合物玻璃的结构主要描述离子共价化合物玻璃的结构即即形成阴离子为多面体（三角和四面体），形成阴离子为多面体（三角和四面体），多面体之间以顶角相连而形成三维空
5、间连续多面体之间以顶角相连而形成三维空间连续的网络，但其排列是无序的，的网络，但其排列是无序的，氧化物氧化物A Am mO On n能形成玻璃应具备的条件：能形成玻璃应具备的条件：一个氧离子最多同两个阳离子一个氧离子最多同两个阳离子A A相结合相结合 围绕一个阳离子围绕一个阳离子A A的氧离子数为的氧离子数为3 34 4个个 网络中这些氧多面体以顶角相连网络中这些氧多面体以顶角相连 每个多面体中至少有每个多面体中至少有3 3个氧离子与相邻的个氧离子与相邻的 多面体形成三维空间发展的无规则连续网多面体形成三维空间发展的无规则连续网络络23222525252525SiO GeO P O V O T
6、a O As O Sb OB O 能形成玻璃，所组成的多面体为网络的结构单元。能形成玻璃，所组成的多面体为网络的结构单元。未能满足上述条件的氧化物（未能满足上述条件的氧化物（R R2 2O O和和RO)RO)只能作为只能作为网络外体，处于网络之外，填充在网络的空隙中。网络外体，处于网络之外，填充在网络的空隙中。石英玻璃的基本结构单元是石英玻璃的基本结构单元是硅氧四面体，硅氧四面体，在在空间形成空间形成三维空间网络三维空间网络，其排列是无序的，其排列是无序的，缺乏对称性和周期性的重复。缺乏对称性和周期性的重复。硼酸盐、磷酸盐玻璃：结构单元为硼氧三角体硼酸盐、磷酸盐玻璃：结构单元为硼氧三角体BOB
7、O3 3、磷氧四面体、磷氧四面体POPO4 4，无序二维空间网络。，无序二维空间网络。图图2 25 5无规则网络学说：无规则网络学说：强调了玻璃中多面体相互间排列强调了玻璃中多面体相互间排列的连续性、均匀性和无序性方面。（宏观）的连续性、均匀性和无序性方面。（宏观）晶子学说：晶子学说：强调玻璃的有序性，不均匀性和不连续强调玻璃的有序性，不均匀性和不连续性方面。性方面。（微观）（微观）玻璃物质的结构特点是：玻璃物质的结构特点是：短程有序和长程短程有序和长程无序。宏观上玻璃主要表现为无序、均匀无序。宏观上玻璃主要表现为无序、均匀和连续性；而微观上以体现出有序、微不和连续性；而微观上以体现出有序、微
8、不均匀和不连续性。均匀和不连续性。结论结论 2.2.4 2.2.4 影响玻璃性能的结构因素影响玻璃性能的结构因素 硅氧骨架联接程度硅氧骨架联接程度 阳离子的配位状态阳离子的配位状态 离子的极化离子的极化 离子堆集紧密程度离子堆集紧密程度 双碱效应和压制效应双碱效应和压制效应黏滞流动黏滞流动：在外力作用下，玻璃液中的结构组：在外力作用下，玻璃液中的结构组元元(离子或离子基团）发生流动，如离子或离子基团）发生流动，如该流动以占据结构空位的方式来进该流动以占据结构空位的方式来进行的，称行的，称发生黏滞流动的条件发生黏滞流动的条件：外力内磨擦阻力：外力内磨擦阻力黏度又称黏滞系数黏度又称黏滞系数，是流体
9、抵抗流动的量度。是流体抵抗流动的量度。d VfSd x 式中：式中：为黏度，单位为为黏度，单位为PaPas2.3 2.3 粘度粘度2.3.1 2.3.1 粘度概念粘度概念1 1 定义定义 熔制中：粘度小，有利于玻璃液澄清、均化。熔制中：粘度小，有利于玻璃液澄清、均化。成型中：粘度不均匀产生玻筋；粘度的作用，成型中：粘度不均匀产生玻筋；粘度的作用，使玻璃厚度均匀；粘度随温度变化的快慢影使玻璃厚度均匀；粘度随温度变化的快慢影 响成型速度。响成型速度。退火中：退火在恰当的粘度下进行。退火中：退火在恰当的粘度下进行。2 2 工艺意义工艺意义1 1、应变点应变点大致相当于粘度为大致相当于粘度为10101
10、3.613.6秒的温度，秒的温度，即应力能在几小时内消除的温度。即应力能在几小时内消除的温度。几个特定的粘度点几个特定的粘度点2 2、转变点转变点(TgTg）相当于粘度为相当于粘度为101012.412.4PaPaS S的温度的温度。3 3、退火点退火点大致相当于粘度为大致相当于粘度为10101212帕帕秒的握度。秒的握度。即应力能在几分钟内消除的温度。即应力能在几分钟内消除的温度。4 4、交形点交形点相当于粘度为相当于粘度为10101010-10-101111帕帕秒的温秒的温度范围。度范围。5 5、软化温度软化温度(TsTs）它与玻璃的密度和表面张力它与玻璃的密度和表面张力有关。相当于有关。
11、相当于3 310106 6-1.5-1.510107 7帕帕秒之间的温度。秒之间的温度。密度为密度为2.52.5左右的玻璃相当于粘度为左右的玻璃相当于粘度为10106.66.6帕帕秒时秒时的温度的温度6 6、操作范围操作范围相当于成型玻璃表面的温度相当于成型玻璃表面的温度范围。范围。T T上限上限指准备成形操作的温度，相当于指准备成形操作的温度，相当于粘度为粘度为10102 2-10-103 3帕秒帕秒(10(103 310104 4泊泊)的温度。的温度。T T下下限指相当于成形时能保特制品形状的温度，限指相当于成形时能保特制品形状的温度，相当于粘度相当于粘度10105 5帕秒的温度。操作范围
12、的粘帕秒的温度。操作范围的粘度一般为度一般为10103 3-10-106.66.6帕秒。帕秒。7 7、熔化温度熔化温度粘度为粘度为1010帕帕秒的温度，在此秒的温度，在此温度下玻璃能以一般要求的速度熔化。温度下玻璃能以一般要求的速度熔化。8 8、自动供料机供料粘度自动供料机供料粘度10102 2-10-103 3帕帕秒秒2.3.2 2.3.2 与成分关系与成分关系R R2 2O O O/Si O/Si小时，对小时，对起主要起主要作用的是四面体的键力，作用的是四面体的键力，降低粘度的能力为：降低粘度的能力为：LiLi+NaNa+K K+RbRb+CsCs+O/Si O/Si大（大（30%30%）
13、时，）时，R R+-O-O起主导作用，起主导作用，Li+Li+N a+N a+K KR bR bCsCs+碱金属氧化物对玻璃碱金属氧化物对玻璃粘度的影响粘度的影响CaOCaO可缩短料性，提可缩短料性，提高玻璃成型速度高玻璃成型速度RORO 断网和集聚并存断网和集聚并存，且都不占优势，对粘度且都不占优势，对粘度降低能力为：降低能力为：BaBa2+2+SrSr2+2+CaCa2+2+MgMg2+2+lg=13lg=3B B2 2O O3 3：BOBO3 3 形式存在使粘形式存在使粘度减小，度减小，BOBO4 4 形式存在形式存在使粘度增大。使粘度增大。CaOCaO:低温使粘度增大，低温使粘度增大，
14、高温时，高温时，CaOCaO101012%12%，使粘度减小，反使粘度减小，反之，使粘度增大。之，使粘度增大。ZrOZrO2 2,2.3.3 2.3.3 与与T T关系关系玻璃的粘度随温度降低玻璃的粘度随温度降低而增大，从玻璃液到而增大，从玻璃液到固态玻璃的转变，粘固态玻璃的转变，粘度是连续变化的度是连续变化的 。温度粘度料性料性：不同成分的玻璃粘度随温度变化快慢不：不同成分的玻璃粘度随温度变化快慢不同，粘度随温度变化快料性短，否则料性长。同，粘度随温度变化快料性短，否则料性长。降温时，料性短的玻璃硬化快。降温时，料性短的玻璃硬化快。2.3.4 2.3.4 粘度的计算粘度的计算 奥霍琴法奥霍琴
15、法：T=AX+BY+CZ+DT=AX+BY+CZ+D T T某粘度值对应的温度；某粘度值对应的温度；X X、Y Y、Z Z分别是分别是NaNa2 2O O、CaO+Mg03CaO+Mg03、A1A12 2O O3 3的质量百分数；的质量百分数；A A、B B、C C、D D分别是分别是NaNa2 2O O、CaO+Mg03CaO+Mg03、AlAl2 2O O3 3、SiOSiO2 2的特性常数，随粘度值而变化。的特性常数，随粘度值而变化。富尔切尔法：富尔切尔法：ABTTlg0玻璃粘度玻璃粘度（Pa.SPa.S）系数数值系数数值以以1 1MgOMgO代代1 1CaOCaO时所引时所引起的相应温
16、度起的相应温度提高提高()()A AB BC CD D10102 2-22.8722.87-16.1016.106.506.501700.401700.409.09.010103 3-17.4917.49-9.929.925.905.901381.401381.406.06.010104 4-15.3715.37-6.256.255.005.001194.221194.225.05.010105.55.5-12.1912.19-2.192.194.584.58980.72980.723.53.510106 6-10.3610.36-1.181.184.354.35910.86910.862.6
17、2.610107 7-8.718.710.470.474.244.24815.89815.891.41.410108 8-9.199.191.571.575.345.34762.50762.501.01.010109 9-8.758.751.921.925.205.20720.80720.801.01.010101010-8.478.472.272.275.295.29683.80683.801.51.510101111-7.467.463.213.215.525.52632.90632.902.02.010101212-7.32-7.323.493.495.375.37603.40603.4
18、02.52.510101313-6.296.295.245.245.245.24561.50561.503.03.02.4 2.4 表面张力表面张力1 1 定义：定义：在一定、下，增加单位表面积所需要做的功。在一定、下，增加单位表面积所需要做的功。2 2 工艺意义：工艺意义：熔制中：熔制中：影响玻璃的澄清和均化；延长炉龄影响玻璃的澄清和均化；延长炉龄 方面。方面。成型中：使玻璃表面平整；影响金属与玻璃成型中：使玻璃表面平整；影响金属与玻璃之之 间的结合程度。间的结合程度。热加工中：使玻璃断口光滑。热加工中：使玻璃断口光滑。2.4.1 2.4.1 概念概念2.4.2 2.4.2 与组成的关系与组
19、成的关系 质点间作用力小，则表面质量所受内外作用力质点间作用力小，则表面质量所受内外作用力“不不平衡平衡”程度小，表面张力越小程度小，表面张力越小1 1、SiOSiO2 2含量：含量：SiOSiO2 2，联接程度联接程度，阴离子团半径，阴离子团半径，相互作，相互作用力用力，部份阴离子团移到过表面，部份阴离子团移到过表面，。SiOSiO2 2，即即O/SiO/Si，联接程度联接程度，e/re/r，。2 2、R R2 2O O的影响：断网、极化率。的影响：断网、极化率。同量同量R R2 2O O，r rR+R+，。同同-R R2 2O,RO,R2 2OO，。（。（K K2 2O O、RbRb2 2
20、O O、CsCs2 2O O除外）除外）3、RO：与与R2O类似，但由于类似，但由于2e，场强大，极化率场强大，极化率 同量同量RO：MgO.SiO2CaO.SiO2SrO.SiO2 BaO.sio2 BeO例外：因为例外：因为BeO4补网，补网，r,。4、其它氧化物：、其它氧化物：PbO：Pb2+极化率大，极化率大，Pb2+在表面定向排列在表面定向排列。B2O3：因为内部以因为内部以BO4较多，表层较多，表层BO3较较 多，重复于表面的力小。多，重复于表面的力小。Al2O3：另另BO4使联接程度大。有足够使联接程度大。有足够R2O时加入时加入 。5、的计算的计算，=P222.4.3 2.4.
21、3 与温度关系与温度关系1 1、一般：、一般：TT，离子团离子团rr，（，（因为：阴因为：阴阳间距阳间距），作用力），作用力，。=0 0（1-bt1-bt）2 2、含、含B B2 2O O3 3、PbOPbO等时，等时，TT，。注意：粘度、表面张力都随温度升高注意：粘度、表面张力都随温度升高而减小，但变化速度不同而减小，但变化速度不同 2.4.4 2.4.4 外界条件外界条件1 1、非极性气体时：如空气、非极性气体时：如空气 N N2 2、O O2 2、H H2 2、HeHe等，影等，影响不大。响不大。2 2、极性气体：如、极性气体：如H H2 2O O、HClHCl、NHNH3 3等，等，（
22、因为因为表面质点其空间排列）表面质点其空间排列）1 1、润湿性：表示各接触相界面能量关系。、润湿性：表示各接触相界面能量关系。lsls+lglg coscos=gsgs 9090润湿润湿=0=0完全润湿完全润湿=180=180完全不润湿完全不润湿2 2、影响润湿性（角）的因素：、影响润湿性（角）的因素：由前式知：由前式知：lglg，coscos，润湿性润湿性。lsls，coscos，润湿性润湿性。玻璃化学组成：玻璃化学组成：r rR R+，润湿能力润湿能力。气体介质种类：含氧介质润湿能力气体介质种类：含氧介质润湿能力（因为使（因为使lglg）。）。固体表面氧化状态：表面以低价氧化状态存在，固体
23、表面氧化状态：表面以低价氧化状态存在，润湿性好。润湿性好。2.4.5 2.4.5 润湿及其工艺意义润湿及其工艺意义 固、液、气界面固、液、气界面表面张力表面张力 固定表面温度：固定表面温度：TT。固体表面性质，表面状态：粗糙，润湿性能好。固体表面性质，表面状态：粗糙，润湿性能好。3 3、润湿性意义：、润湿性意义：延长炉龄方面延长炉龄方面 控制控制T T，利于成型，取样。利于成型，取样。玻璃与金属封接，希望玻璃与金属封接，希望小。小。其它：药玻：希望其它：药玻：希望大。大。玻纤：玻纤：适当。适当。2.5 2.5 密度密度1 1、定义：、定义：单位体积的玻璃的质量单位体积的玻璃的质量2 2、工艺意
24、义：、工艺意义：D D的测量是稳定玻璃组成和生产的常规、有的测量是稳定玻璃组成和生产的常规、有效的方法效的方法 反映退火质量反映退火质量 是热工计算中的重要参数是热工计算中的重要参数2.5.1 2.5.1 概念概念2.5.2 2.5.2 密度的影响因素密度的影响因素D D与化学组成有关与化学组成有关影响因素：原子量、原子紧密堆积程度、配位数影响因素：原子量、原子紧密堆积程度、配位数 网络体积：决定于四面体体积，大者网络体积：决定于四面体体积，大者D D小小 BOBO4 4SiOSiO4 4GeOGeO4 4AlOAlO4 4GaO 网络空隙，离子起扩张空隙作用，分子体积网络空隙，离子起扩张空隙
25、作用，分子体积，DDr rR R 网络空隙，离子起收缩空隙作用，分子体积网络空隙，离子起收缩空隙作用，分子体积，DD（1 1）R R2 2O O，R R+处于网络空隙中处于网络空隙中同量同量R R2 2O O：V VmLi2OmLi2OVVmNa2OmNa2OVVmk2Omk2O（2 2）RORO：同同R R2 2O O，r rR R，V Vm m密度：密度：BeCaBeCaSrSr BaBa（3 3）AlAl2 2O O3 3、B B2 2O O3 32.5.32.5.3热历史与热历史与D D的关系的关系D D与退火温度、保温时间、降温速度有关与退火温度、保温时间、降温速度有关 D D淬淬D
26、 D退退 退火温度范围内保温后，密度趋于平衡值。退火温度范围内保温后，密度趋于平衡值。冷却快，偏离平衡密度的温度越高，冷却快，偏离平衡密度的温度越高，TgTg也越高。也越高。玻璃析晶。玻璃析晶。DD。2.5.4 D2.5.4 D与与T T的关系的关系TT对对D D的影响：膨胀、结构重排。的影响：膨胀、结构重排。T T较低时，较低时，T DT D退退 D D淬淬；转变温度范围内，转变温度范围内，TT，D D退退D D淬不一定。淬不一定。T T较高时，较高时，T DT D退退 D D淬淬；直至达平衡状态（一定值）。；直至达平衡状态（一定值）。2.5.5 D2.5.5 D与与P P的关系的关系PP，
27、DD，但必须高压或超高压（但必须高压或超高压（105105atmatm）。D D随随P P的变化程度与组成有关：结构越疏松，影响的变化程度与组成有关：结构越疏松，影响越大。越大。加压后，若加压后，若TT，则则D D会降低，直至原来的平衡值。会降低，直至原来的平衡值。2.6 2.6 机械强度机械强度1 1、基本概念、基本概念玻璃从开始承受荷载到破裂所能承受的最玻璃从开始承受荷载到破裂所能承受的最大应力。大应力。有抗压、抗折、抗张、抗冲击四种强度有抗压、抗折、抗张、抗冲击四种强度2 2、玻璃的强度特征、玻璃的强度特征 理论强度比实际强度大得多理论强度比实际强度大得多原因：脆性、微裂纹、不均匀区原因
28、：脆性、微裂纹、不均匀区 抗张强度比抗压强度小抗张强度比抗压强度小2.6.1 2.6.1 概述概述2.6.2 2.6.2 影响玻璃实际强度的因素影响玻璃实际强度的因素1 1、化学键与化学组成、化学键与化学组成（键强及单位体积内键的数目）（键强及单位体积内键的数目）石英玻璃强度最高；石英玻璃强度最高；加入加入RORO，强度强度加入加入R R2 2O O，强度强度2 2、温度、温度 块状玻璃：块状玻璃：T200T200 T200，TT，强度强度 玻璃纤维：玻璃纤维：TT，强度强度（因为微裂纹数目（因为微裂纹数目，析晶），析晶）3 3、玻璃中的宏观和微观缺陷、玻璃中的宏观和微观缺陷 宏观：固、气、玻
29、璃体类杂物宏观：固、气、玻璃体类杂物 微观：点缺陷、局部缺陷、晶、界等微观：点缺陷、局部缺陷、晶、界等 （导致微裂纹、应力集中。（导致微裂纹、应力集中。）4 4、尺寸表面状态、周围介质、尺寸表面状态、周围介质：几何尺寸几何尺寸，表面和内部缺陷产生的几率，表面和内部缺陷产生的几率，强，强度度。如玻璃纤维当直径。如玻璃纤维当直径8 81010cmcm强度，可达强度，可达200200300300kg/mm2kg/mm2。表面擦伤，强度表面擦伤，强度，（如磨光），（如磨光）表面表面HFHF处理，强度处理，强度（但后又恢复开始状态，说（但后又恢复开始状态，说明微纹有一定深度）。明微纹有一定深度）。5 5
30、、玻璃中的残余应力、玻璃中的残余应力 分布不均匀的残余应力，使强度大为降低分布不均匀的残余应力，使强度大为降低。6 6、玻璃的疲劳现象：、玻璃的疲劳现象：玻璃在远小于其强度的玻璃在远小于其强度的应力作用下，随着时间延迟或应力突变一定次应力作用下，随着时间延迟或应力突变一定次数后，突然断裂。数后，突然断裂。2.6.3 2.6.3 提高强度的方法提高强度的方法1 1、物理钢化、物理钢化2 2、化学钢化、化学钢化3 3、玻璃表面处理、玻璃表面处理 HFHF清洗清洗 覆盖一层膨胀系数小的玻璃覆盖一层膨胀系数小的玻璃4 4、制成复合材料、制成复合材料2.7 2.7 热学性质热学性质1 1、概念：、概念：
31、=L/(=L/(L Ltt)热膨胀的原因：热膨胀的原因：TT，质点间距质点间距2 2、影响因素、影响因素 通过质点间键力、网络骨架联结程度影响通过质点间键力、网络骨架联结程度影响 组成组成（1 1）R R2 2O O：R R2 2OO，；r rR R+,（2 2）RORO：与：与R R2 2O O类似，但类似，但提高程度小提高程度小（3 3）高价离子：集聚作用大，）高价离子：集聚作用大，（4 4）B2O3B2O3、Al2O3:Al2O3,;Al2O3:Al2O3,;BO3,;BO4,BO3,;BO4,2.7.1 2.7.1 热膨胀系数热膨胀系数 热历史热历史低温：低温：退退淬淬 T T：T,T
32、,分相、析晶分相、析晶分相：分相：取决于连续相的种类取决于连续相的种类析晶：析晶：取决于晶体相的种类取决于晶体相的种类2.7.2 2.7.2 热稳定性热稳定性1 1、概念：、概念：定义：玻璃经受剧烈的温度变化定义：玻璃经受剧烈的温度变化而不破坏的性能而不破坏的性能 表示方法：表示方法：K=K=2 2、影响因素：、影响因素：主要为主要为:越小，越小，K K就越大就越大cDEP2.8 2.8 化学稳定性化学稳定性2.8.1 2.8.1 概念概念1 1、定义：、定义：玻璃抵抗各种化学试剂的侵蚀作用而不破坏的性能玻璃抵抗各种化学试剂的侵蚀作用而不破坏的性能2 2、侵蚀剂分类、侵蚀剂分类第一类：破坏网络
33、外体，形成保护膜第一类：破坏网络外体，形成保护膜第二类：不仅破坏网络外体，还破坏网络骨架，不形成保第二类：不仅破坏网络外体，还破坏网络骨架，不形成保护膜护膜第三类：高温气体与第三类：高温气体与SiOSiO2 2反应，反应，SiSi沉积于玻璃表面发黑，沉积于玻璃表面发黑，如钠光灯如钠光灯2.8.2 2.8.2 耐水性耐水性1 1、侵蚀机理：、侵蚀机理：离子交换：离子交换：Si-O Na+HOH Si-O Na+HOH Si-Si-OH+NaOHOH+NaOH 水化反应：水化反应：Si-OH+HSi-OH+H2 2O OSi(OH)Si(OH)4 4 中合反应：中合反应：Si(OH)Si(OH)4
34、 4+NaOHNaOH NaO-Si(OH)NaO-Si(OH)3 3+H+H2 2O O 破坏骨架：破坏骨架：Si-O-SiSi-O-Si+H+H2 2O O2Si-OH2Si-OH2 2、结果、结果 产物产物Si(OH)Si(OH)4 4是极性分子，水分子在其周围定向是极性分子，水分子在其周围定向排列，成为硅质凝胶，导致结果：排列，成为硅质凝胶，导致结果：理论上：阻止理论上：阻止NaNa+、H H+通过，反应变慢，相当于通过，反应变慢，相当于“保保护膜护膜”实际上：反应加快，原因：实际上：反应加快，原因：（1 1）H H+代替代替NaNa+，因为，因为H H+半径小，玻璃结构疏松化半径小，
35、玻璃结构疏松化 （2 2）H H2 2O O腐蚀网络，结构疏松腐蚀网络，结构疏松 不能继续反应不能继续反应原因：主要由于压制效应原因：主要由于压制效应2.8.3 2.8.3 耐酸性耐酸性侵蚀机理：侵蚀机理：1、通过通过H H2 2O O侵蚀玻璃，不同在于：侵蚀玻璃，不同在于：（1 1）酸中）酸中H H+浓度大于水中浓度大于水中H H+浓度，离子交换速度大于在水中浓度，离子交换速度大于在水中（2 2）酸与）酸与ROHROH发生中合反应，结果：发生中合反应，结果：A A、反应速度更快，因为中合结果，减小产物浓度、反应速度更快，因为中合结果，减小产物浓度B B、反应速度更慢，因为降低、反应速度更慢，
36、因为降低PHPH值，溶解反应不容易进行值，溶解反应不容易进行2、侵蚀特征：侵蚀特征：SiOSiO2 2含量高时，置换反应速度慢，反应以含量高时，置换反应速度慢，反应以“中合中合”、“破坏骨破坏骨架架”为主为主反应更慢反应更慢R R2 2O O含量高时，置换反应速度快，反应以含量高时，置换反应速度快，反应以“置换置换”、“水化水化”为主为主反应更快反应更快即：高硅玻璃耐酸性优于耐水性即：高硅玻璃耐酸性优于耐水性 高碱玻璃耐水性优于耐酸性高碱玻璃耐水性优于耐酸性2.8.4 2.8.4 碱对玻璃的侵蚀碱对玻璃的侵蚀OH-OH-能破坏玻璃的网络骨架和保护膜能破坏玻璃的网络骨架和保护膜2.8.5 2.8
37、.5 大气对玻璃的侵蚀大气对玻璃的侵蚀先为水侵蚀玻璃，后为碱侵蚀玻璃先为水侵蚀玻璃，后为碱侵蚀玻璃2.8.6 2.8.6 发霉及其防止发霉及其防止1 1、防潮、防潮2 2、杀菌剂、杀菌剂3 3、减小表面、减小表面NaNa+含量：如曝气发、电场法含量：如曝气发、电场法4 4、减小表面、减小表面PHPH值值2.8.7 2.8.7 化学稳定性影响因素：化学稳定性影响因素：1 1、化学组成、化学组成 SiOSiO2 2和和R R2 2O O含量含量 阳离子场强：场强阳离子场强：场强，化稳性，化稳性 双碱效应双碱效应 硼反常硼反常 铝反常铝反常2 2、温度、温度温度越高，侵蚀越快温度越高，侵蚀越快2.9
38、 2.9 导电性质导电性质2.9.1 2.9.1 导电机理导电机理离子导电：离子导电：电导率：电导率：K=K=(-1-1)(x:)(x:比电导率，比电导率，-1-1cmcm-1-1)电阻率：电阻率：R=(R=(为比电阻率，为比电阻率，cm)cm)常温下可将玻璃看作绝缘体常温下可将玻璃看作绝缘体2.9.2 2.9.2 影响导电性能的因素影响导电性能的因素载流子浓度、网络骨架联结程度、空隙大小、载流子本载流子浓度、网络骨架联结程度、空隙大小、载流子本性等性等载流子数目、迁移速度载流子数目、迁移速度导电性导电性lsxsl1、组成的影响、组成的影响 R2O（1）只有一种）只有一种R2O：KNaKLiK
39、k 当当R-O键弱者，键弱者，K大，故大，故KkKNaKLi R2O,k（2）含两种）含两种R2O：双碱效应：双碱效应 RO：在在R2O-SiO2玻璃种加入玻璃种加入RO：RO，K；r R2+，K 高价氧化物：高价氧化物：（1）Ti4+、Zr4+、Th4+k（2）Al2O3，KKAl2O3R2OK2O-SiO2Na2O-SiO20.11.06789lgR R2O-SiO2玻璃的电阻2 2、温度的影响、温度的影响TT，KK3 3、热历史、热历史 K K钢化钢化KK未退火未退火KK退火退火 析晶、微晶化：析晶、微晶化：完全析晶：完全析晶：K K降低几个数量级降低几个数量级 部分析晶：部分析晶：K
40、K取决于取决于R R2 2O O在晶体和玻璃相中的分配在晶体和玻璃相中的分配2.10 2.10 光学性质光学性质2.10.1 2.10.1 折射率折射率1 1、概述、概述玻璃中的带电离子在可见光这种电磁波作用下，玻璃中的带电离子在可见光这种电磁波作用下，电子云形状发生变化，相应地，光的传播速度发电子云形状发生变化，相应地，光的传播速度发生变化。生变化。折射率表示出了光在玻璃中传播速度的变化程度。折射率表示出了光在玻璃中传播速度的变化程度。N=VC光在玻璃中传播速度光在真空中传播速度2、影响折射率的因素：、影响折射率的因素：分子折射度分子折射度R（玻璃中各种离子极化率的总和）和分子体积（玻璃中各
41、种离子极化率的总和）和分子体积VM（1）具有）具有18、18+2电子层结构的离子，电子层结构的离子，N较大较大 折射率随阳离子半径呈非线性变化折射率随阳离子半径呈非线性变化（2）同一主族：）同一主族：r,一方面，一方面，R，N 另一方面，另一方面，VM，N （3）半径居中的离子，在同族元素中，）半径居中的离子，在同族元素中，N较小，如：较小，如：Na2O、MgO、Al2O3、ZrO2等等（4）离子的配位状态：配位数）离子的配位状态：配位数，N（5）非桥氧）非桥氧，NT，电子跃迁所需要的能量，电子跃迁所需要的能量，紫外吸收极限移向长波；，紫外吸收极限移向长波；氧氧-阳离子作用力减小，离子极化率阳
42、离子作用力减小，离子极化率，R；结果：结果：TTg,T,VM变化不大变化不大,R变化大变化大,N TgT Tf，R变化不大变化不大,VM变化大变化大,N 热历史热历史 N退退N淬淬 入射光波长入射光波长 一般，入一般，入，N2.10.2 2.10.2 反射、吸收、透过反射、吸收、透过 R+A+T=100%2.11 2.11 玻璃的着色与脱色玻璃的着色与脱色2.11.1 2.11.1 概述概述1 1、基本概念、基本概念亮度：垂直观察物体单位面积上光的强度（总透过率）亮度：垂直观察物体单位面积上光的强度（总透过率）色调：透过颜色玻璃的色光中最显著的波长色调：透过颜色玻璃的色光中最显著的波长色饱和度
43、：最显著波长的色光在与消色混合中所占百分数色饱和度：最显著波长的色光在与消色混合中所占百分数2 2、玻璃对光的吸收、玻璃对光的吸收玻璃对光的吸收使玻璃着成一定的颜色玻璃对光的吸收使玻璃着成一定的颜色3 3、着色分类：、着色分类：光吸收型光吸收型过渡金属离子着色、稀土金属离子着色、离子着色过渡金属离子着色、稀土金属离子着色、离子着色光散射着色光散射着色化合物着色化合物着色2.11.2 2.11.2 离子着色离子着色1 1、着色规律、着色规律 d d、f f轨道上含有未配对电子或轨道部分填充者，轨道上含有未配对电子或轨道部分填充者，电子容易发生跃迁，着色。电子容易发生跃迁，着色。d d、f f轨道
44、半满、全满、全空者，无色或着色轨道半满、全满、全空者，无色或着色弱。弱。凡变价阳离子因离子与周围凡变价阳离子因离子与周围O O之间有电荷迁移，之间有电荷迁移，产生荷移吸收，从而在紫外或近紫外区有强烈产生荷移吸收，从而在紫外或近紫外区有强烈吸收。吸收。2 2、影响因素、影响因素 着色离子的价态：一般价态高者，显色偏于长波，如着色离子的价态：一般价态高者，显色偏于长波，如Cr6+3e Cr3+黄绿黄绿 绿绿 配位数间的平衡：配位数间的平衡：FeO6 FeO4 CoO6 CoO4淡红淡红 黄褐黄褐 粉红粉红 青青氧的屏蔽作用氧的屏蔽作用 着色离子浓度：着色离子浓度：浓度浓度，颜色向高价、高配位方向转
45、化，颜色向高价、高配位方向转化 基础玻璃基础玻璃（1）碱性玻璃（含）碱性玻璃（含R2O、RO多）相当于氧化剂，有利于颜色多）相当于氧化剂，有利于颜色以高价态存在以高价态存在（2）酸性玻璃游离氧多，有利于离子以低配位存在）酸性玻璃游离氧多，有利于离子以低配位存在 不同变价离子相互影响不同变价离子相互影响Cr6+MnO3CeO2V2O5CuOAs2O5Sb2O5Fe2O3SnO2 熔制气氛熔制气氛 熔制温度、冷却速度熔制温度、冷却速度T或或t，有利于存在低价、低配位，有利于存在低价、低配位 光照或热处理光照或热处理 引起价态转变引起价态转变2.11.3 2.11.3 玻璃脱色玻璃脱色1 1、概念、
46、概念消除或减弱玻璃颜色的过程消除或减弱玻璃颜色的过程脱色前后的平板玻璃比较脱色前后的平板玻璃比较2 2、脱色方法、脱色方法：化学脱色化学脱色采用化学方法使氧化物着色程度减弱，提高透过率。采用化学方法使氧化物着色程度减弱，提高透过率。Fe2+、Fe3+着色能力强着色能力强10倍，加入氧化剂使之以倍，加入氧化剂使之以Fe3+形式形式存在。存在。脱色剂：脱色剂：As2O3+硝酸盐、硝酸盐、Mn2O3、CeO2、氟化物、氯、氟化物、氯化物化物 物理脱色：物理脱色：引入着色剂着色，中和玻璃中的颜色。引入着色剂着色，中和玻璃中的颜色。光谱色与补色关系：光谱色与补色关系：红（红（760-647760-647
47、）蓝绿蓝绿 黄（黄（585-565585-565）蓝蓝（455-424455-424 ）紫（紫（424-380424-380）黄绿黄绿 青（青（495-455495-455 ）橙橙（647-583647-583 ）绿（绿（565-492565-492）紫红紫红 铁元素的互补色：（铁元素的互补色：（1 1-565.52-565.52）（）（497.78-497.78-2 2）=223.02=223.02FeFe着色为黄、黄绿，应用可着色为蓝、紫色的着色剂脱色。着色为黄、黄绿，应用可着色为蓝、紫色的着色剂脱色。3 3、化学脱色、物理脱色的利弊：、化学脱色、物理脱色的利弊：化学脱色：光透过率提高，但脱色不彻底化学脱色：光透过率提高，但脱色不彻底物理脱色：脱色彻底，但光透过率降低。物理脱色：脱色彻底，但光透过率降低。
