玻璃基础理论介绍

基础理论课程 玻璃 介绍 1 主要内容 1 玻璃是什么及玻璃结构 2 玻璃三个主要特性 3 玻璃种类 4 玻璃粘度 5 玻璃主要成分 6 热导率 7 电导率 8 热膨胀和应力 9 玻璃机械强度 10 玻璃表面张力 11 有关玻璃其它方面的一些理论知识 2 1 玻璃是什么及玻璃结构 1 玻璃是什么 玻璃在几千年前就在自然界中被发现物质 有着广泛的应用 在一些情况下 如果液体的冷却速度非常快 液体或变的很粘 不同的粒子流动性很低 这样就失去规则结构 象这样的材料称之为玻璃 玻璃是不规则的结构 非晶体并且是不均匀的 玻璃在加热后化学键在不同的时间内断开 不同的材料有不同的结构 如食盐或金属其基础结构是立方体 是规则的结构 结晶体并且是均匀的 金属在加热后化学键在相同的时间内断开 玻璃结构 3 1 玻璃是什么及玻璃结构 1 什么是理想的晶体结构 也称规则结构 当结晶速度大于冷却速度时就可以形成理想的晶体结构 也称规则结构 反之就形成不理想的非晶体结构 也称不规则结构 规则结构 不规则结构 4 1 玻璃结构 5 2 玻璃三个主要特性 1 玻璃有哪三个主要特性 玻璃没有固定的熔点 只有一个熔解范围 玻璃在低温下是热的不良导体 玻璃在高温下是热的良导体 玻璃有很高的表面张力 6 3 玻璃种类 1 玻璃的种类有哪些 玻璃的种类有三大类 软料玻璃 硬料玻璃和石英玻璃或二氧化硅玻璃 软料玻璃包括 石灰料玻璃和铅玻璃 软料玻璃膨胀系数 90 100X10 7 度硬料玻璃包括 硼硅酸盐玻璃 铝硅酸盐玻璃 硬料玻璃膨胀系数 35 40X10 7 度石英玻璃或二氧化硅玻璃膨胀系数 6 5X10 7 度 7 3 1 石灰料玻璃 1 石灰料玻璃的主要成分是那些 71 的二氧化硅 玻璃生成体 17 的氧化钠 软化剂 5 的氧化钙 增加化学耐用性 2 主要运用 室内光源的玻壳 例如 GLS及TL 3 主要规格 1 290苏打石灰料玻璃 2 291铅玻璃 3 203玻璃 4 241玻璃 5 320玻璃防风化玻璃 由于天气因素造成腐蚀 如高的湿度弱化玻璃 使玻璃表面模糊 8 3 2 铅玻璃 1 铅玻璃的主要成分是那些 62 的二氧化硅 玻璃生成体 21 的氧化铅 增加防电解能力 7 的氧化钠和 7 的氧化钾 2 主要运用 室内光源的灯芯和汽车灯 3 主要规格 1 01玻璃 30 氧化铅 2 78玻璃 36 氧化铅 3 291玻璃 21 氧化铅 灯泡应用中的标准玻璃 备注 由于环境因素 现在许多工厂换用360玻璃 是一种无铅玻璃里面铅的功能用钡来代替 有时指的是钡玻璃 9 3 3 硼硅酸盐玻璃 1 硼硅酸盐玻璃的主要成分是那些 72 的二氧化硅 玻璃生成体 17 的三氧化二钡 玻璃硬化剂 5 的氧化钠 2 主要运用 室外光源HID灯中使用 较低的膨胀系数可防热爆 3 主要规格 1 8486玻璃 生产玻壳 2 8487玻璃 生产玻管 10 3 4 铝硅酸盐玻璃 1 铝硅酸盐玻璃的主要成分是那些 60 的二氧化硅 玻璃生成体 5 的三氧化二钡 17 的三氧化二铝 玻璃硬化剂 2 主要运用 室外光源特种HID灯中使用 金卤灯和汽车灯 因为其防热爆性比硼硅酸盐玻璃更高 3 主要规格 1 180玻璃 2 1724玻璃 3 1725玻璃 11 3 5 石英玻璃或二氧化硅玻璃 1 石英玻璃或二氧化硅玻璃的主要成分是那些 石英玻璃或二氧化硅玻璃是100 的二氧化硅 2 主要运用 HID电弧管 卤钨灯和汽车灯 它有特殊的防热爆性和非常高的软化点 3 主要规格 1 300玻璃 2 214玻璃 12 3 6 掺杂石英玻璃 1 掺杂石英玻璃在石英玻璃中加入少量其它材料可改变纯石英的特性 a 飞利浦521成分 同300类似 但掺杂了Al Ce Ti和K以降低粘度 可以增加生产速度 主要应用 汽车灯 H4 最高温度850oC b 飞利浦361成分 类似于300 但掺杂了铈 钛和铝以改变UV输出 主要应用 卤钨灯和H I D 灯最高温度850oC 13 3 7 维克玻璃 C 维克玻璃成分 一种经过化学处理 去除添加物再熔合的硼硅酸盐玻璃 这种玻璃较便宜 而且比用天然晶体生产的石英光学性能更好 96 SiO24 B2O3 主要应用 过去在Philips内制造汽车灯 最高温度850oC 14 4 玻璃粘度 1 什么是粘度 粘度是流动的阻力 可用dPa s表示 十分之一帕 秒 或泊来表示 例如 在糖水中和在水中搅动汤勺 比较受到的阻力 粘度同流动性 成反比关系 温度越高 粘度越低 下面是一些粘度的例子 water水 20oC visc 0 01poise syrup糖浆 20oC visc 300poise wax蜡 20oC visc 1010poise softglass软料玻璃 20oC visc 1020poise 600oC visc 1010poise 1200oC visc 103poise 15 Visc Pois粘度 Strainpoint屈服点 Theviscositypointwherestressesarerelievedinhours应力能在几小时内消失的粘度点 Annealingpoint退火点 Theviscositypointwherestressesarerelievedinminutes 应力能在数分钟内消除的粘度点 PhilipsSofteningpoint 菲利浦软化点 Glasscanbedeformedbyanappliedforceandinternalstressesarerelievedinseconds 在施加外力情况下玻璃会变形 应力能在数秒内消除 AmericanSofteningpoint 美国软化点 Theviscositypointwheretheglassdeformsbyitsown surfacetension gravity andtheglassstartstostick 玻璃自己就会变形的粘度点 表面张力 重力 玻璃开始可以粘住 Workingpoint 工作点 Theviscositypointwhereglasscanbeprocessedoncommercialmachines 玻璃可以在商业设备上加工的粘度点 Meltingpoint熔化点 Temp liquid viscous brittle 4 玻璃粘度 16 4 玻璃粘度 注意 这些点的粘度值对所有的玻璃都是相同的 对于不同的玻璃 唯一不同的是这些点所对应的温度值 17 4 玻璃粘度 GlassAissofterthanB 硬料玻璃和软料玻璃 18 4 玻璃粘度 GlassAislongerthanB 长料玻璃和短料玻璃 19 5 玻璃成分 1 玻璃的主要成分是什么 玻璃有三个主要成分 1 玻璃成形体 石英砂或二氧化硅 2 熔化点降低剂 如 苏打或氧化钠 3 影响玻璃性能的添加剂 20 冷玻璃是不良导体 优点 可以局部加热 如果需要可以手工加热 缺点 容易产生应力 热玻璃是良导体 优点 有热流 可以利用 必须控制 缺点 在其余部分不变形的情况下 很难工作在小的区域 6 热导率 热导率 两个相差1度的单位表面上热量流过的速率 热传导的3种基本方式 1 传导 2 辐射 3 对流 玻璃在低温下是热的不良导体 玻璃在高温下是热的良导体 21 6 热导率 举例 材料热导系数J msoC铜 370铸铁 72硬橡胶 0 035苏打石灰玻璃20oC 0 8苏打石灰玻璃20oC 1000oC 30苏打石灰玻璃20oC 1200oC 60 22 7 电导率 在金属中通过自由电子的迁移导电在玻璃中通过离子的迁移导电电解 Na 钠离子迁移 改变玻璃成分 改变膨胀系数 引起应力 开裂 灯泡漏气 23 7 电导率 直流电 在直流情况下 相对小的Na 离子逐步从正极向负极迁移 也就是在正极周围的Na离子减少 在负极Na离子增加 这就改变了两边玻璃的成分 改变了玻璃的膨胀系数 应力也就会产生 应力开裂漏气灯 这种现象称为 电解 相对小的Na 离子具有最大的迁移率 因此能自由地向负极迁移 24 7 电导率 交流电 在交流情况下Na 不能从一个极向另外一个极迁移但仍会发生电解 在抽真空的灯中 电子从热钨灯丝上发射到相对冷的打扁处 打扁表面就充负电 Na 离子从电极向表面迁移 同样因为玻璃成分和膨胀系数的改变 引起开裂 温度越高 电解速度就越快 因为随着钠含量的增加电导率也会增加 直接的解决办法是减少钠含量 然而 这样会提高熔化点 对加工带来不利的影响 25 7 电导率 铅和钡离子比较大 可用以阻止钠离子的迁移 也就减缓了电解 26 8 热膨胀和应力 根据公式 L xLx T 可以推导出 L Lx T 膨胀系数 膨胀长度 初始长度x温度变化 27 8 热膨胀和应力 玻璃中的应力有 1 机械应力 2 热致应力 3 永久应力 4 暂时应力 5 一种玻璃内的应力6 两种玻璃形成的应力 7 压应力 8 张应力 玻璃在压应力下强度很高 玻璃在张应力下强度也很高 但 张应力 表面损伤 开裂 28 8 热膨胀和应力 举例 机械应力 这种应力存在的条件 1 仅在固体材料中 2 当外力存在时才有 29 8 热膨胀和应力 热致暂时应力存在的条件 1 只有在固体材料中才存在 2 只有温差存在时才存在 注意 热的一侧是压应力 30 8 热膨胀和应力 冷却 热致永久应力应用 喇叭制造 冷却 应力图案 31 9 玻璃机械强度 玻璃机械强度定义 如果表面出现不规则 抗张强度就会大大降低 当我们在一块玻璃上施加一个拉力 在开裂点的受力可根据开裂的长度 L 乘上一个因子最大axF 注意 a 放大因子 最大到200 主要取决于 1 刻痕长度 2 刻痕点的清晰度 刻痕 也称开裂点 拉力F 拉力F L 32 10 表面张力 材料都有趋向于最小的表面积 体积比 球形 33 11 1玻璃其它方面知识 1 为什么要添加额外的物质到玻璃中 答 额外的添加物加入到玻璃中是为了影响玻璃的某些特性 例如 玻璃的膨胀性能 玻璃的熔化温度 玻璃的软化温度 玻璃的软化范围 长料或短料玻璃 防止电解 加入铅 2 为什么玻璃没有熔化点 答 因为玻璃逐步从固体转化为液体 34 11 2玻璃其它方面知识 1 为什么在玻璃熔炉中要加入碎玻璃 答 为了更好地熔化 我们在玻璃熔炉中加入同样类型40 的碎玻璃 2 张应力与压应力 哪一种对玻璃更有利 答 玻璃能承受的压应力是张应力的15倍 3 什么原因造成玻璃中存在应力 答 造成玻璃中应力的原因是 加在玻璃上的外力 例如 弯曲 拉伸 撞击等 或者是温度大于屈服点的不规则的冷却和加热造成 35 11 3玻璃其它方面知识 1 指出至少五种原因 为什么灯泡制造中要使用玻璃 答 灯泡制造中使用玻璃是因为 它具有很好的透光性能 它具有足够的气密性 它具有很好的电气性能和绝缘性能 它具有很好的化学和大气影响抵抗力 它能在一个较宽的温度范围内被加工 在加工前后能保持原来的属性 另外 玻璃也是一种最便宜的材料 36 11 6玻璃其它方面知识 1 解释为什么玻璃中有永久应力比暂时应力情况更严重 答 玻璃中有永久应力比暂时应力情况更严重有以下原因 永久应力将一直存在在产品中 如果永久应力太大 在产品使用期间的任何时候就会导致产品缺陷 暂时应力是一种临时应力 在生产过程中它会出现 但在成品中不会存在 2 何时玻璃中完全没有应力 答 当玻璃温度大于退火点或软化点时 玻璃中完全没有应力 37 11 7玻璃其它方面知识 1 如何发觉玻壳分化 答 风化的特征是玻璃表面出现一些混浊 白点 使得玻璃不透明 2 什么原因造成玻璃分化 它经常发生在哪里 答 玻璃的分化是空气中湿气侵蚀玻璃的结果 它经常发生在玻壳的内表面上 3 为什么我们要使用退火炉 答 我们使用退火炉逐步均匀地冷却玻璃 减少温差 获得我们能接受的应力 38 11 9玻璃其它方面知识 1 玻璃粘度曲线上SP AP PST AST和WT这些参考点有什么样的特征并且说出这些点的具体名称 答 SP AP PST AST和WT这些参考点的特征是 SP是玻璃在此温度下4个小时后 内部应力会降至可接受的水平 AP是玻璃在此温度下15分钟左右 内部应力会降至可接受的水平 PST是玻璃在此温度下开始变形 换句话说 它是玻璃加热至不会因自重而变形之前的最高温度 AST是玻璃在此温度下迅速变形并开始与其它物体粘结 换句话说 玻璃在此温度下因为自重而迅速变形 WT是玻璃在此温度下已经很软 可以对它成型和工艺处理 答 玻璃粘度曲线上的参考点从下往上是 工作点 WT 美国软化点 AST 飞利浦软化点 PST 退火点 AP 屈服点 SP 39 11 12玻璃其它方面知识 1 玻璃停留在转换区域的时间越长 会有什么好处 答 玻璃通过转换区域的时间越长 在退火点和屈服点之间 温度的分布就越均匀 因此冷却后的应力就越少 这个过程中在玻璃结构发生改变之后 玻璃将不会再发生变化 2 关于应力方面 软料玻璃比硬料玻璃要求更严格吗 答 软料玻璃在应力方面比硬料玻璃要求更严格 对应力更敏感 40 11 13玻璃其它方面知识 1 从颜色的亮度和应力的分布中我们能获得什么重要信息 答 从颜色的亮度和应力的分布中我们能获得 黯淡的颜色 允许存在的应力 明亮的颜色 不允许存在的应力 窄的色带 不允许存在的明显的应力带和应力点 宽的色带 允不允许存在取决于它的亮度 这点是指应力平均分布在一个宽的玻璃面上 41 11 15玻璃其它方面知识 1 热传导是什么意思 热传递的强度取决于什么 答 当产品在一端被加热时 热传导发生 这时热量就从热的一点