玻璃工艺培训第2章

1、School of Materials Science & Engineering 第二章第二章 玻璃性能玻璃性能定义定义：指玻璃对外界因素的作用所作出的反应。 外因 玻璃性质 热 热稳定性、热膨胀系数、导热系数 电 电导率、介电损耗 光 折射率、反射、光吸收 机械力 机械强度、弹性模量、硬度 化学介质 化学稳定性 School of Materials Science & Engineering 2.1 2.1 玻璃的粘度玻璃的粘度 粘度是用来衡量粘滞流动的，它表示了液体的内摩擦力。这种内摩擦力是液体结构的外在表现。1 1、定义：定义： 粘度指面积为S的两平行液层以一定的速度

2、梯度（dv/dx）移动时需克服的内摩擦阻力f。 f= S (dv/dx) 粘度或粘度系数单位：单位： 国际单位：帕斯卡秒（Pa S） 常用单位：泊（P） 1 Pa S=10 PSchool of Materials Science & Engineering 2 2、粘度和温度的关系、粘度和温度的关系 玻璃的-T曲线 用 d/dT 表示料性 d/dT 大即料性短（B）曲线较陡 d/dT 小即料性长（A）曲线较平缓 料性短的玻璃可有较高的成型机速。Lg TABSchool of Materials Science & Engineering 3 3、粘度特征点、粘度特征点（PaS

3、） 对应温度10 熔化温度（玻璃可以一般速度熔化）102103 自动供料温度103106.6 操作范围31061.5107 软化温度（成型下限）1081010 膨胀软化点Tf1012 退火上限1012.4 转变点Tg1013.5 应变点（退火下限）School of Materials Science & Engineering 4 4、粘度的工艺意义、粘度的工艺意义 (1).熔化 石英砂的熔化包括表面溶解和扩散，粘度小利于扩散。 (2).澄清 气泡上升速度与粘度成反比。 (3).均化 实际是质点的扩散，粘度小有利。 (4).成形 料性短的玻璃可较快成形。 (5).退火 在 =1011

4、.51013帕 秒内通过粘滞流动消除应力，温度较低（ 1013帕秒）时有部分应力通过弹性松弛消除。School of Materials Science & Engineering 2.2 2.2 玻璃的表面张力玻璃的表面张力1. 1. 定义： 作用在单位长度液体表面使之收缩的力。 或玻璃与另一相接触的相界面上，在恒温、恒容下增加一个单位表面所作的功。 单位：N/m 或 J/m2 产生原因产生原因 表面质点受力不均衡。体现了质点间吸引力或键力的强弱。1000C以上 玻璃熔体 =220 38010-3 N/m20 C 水 =7810-3 N/mSchool of Materials Sc

5、ience & Engineering (1).澄清 Vr2 大，气泡长大难，澄清难。(2).均化 大时，力求成球，均化难。(3).成形 拉边器 球 棒 管 丝(4).热加工 烧口 火抛光(5).不利影响 尖锐棱角变圆、清晰度变差2.2.表面张力的工艺意义表面张力的工艺意义School of Materials Science & Engineering 2.3 2.3 玻璃的力学性能玻璃的力学性能 玻璃的力学性能主要包括：玻璃的机械强度、玻璃的弹性、玻璃的硬度和脆性以及玻璃的密度等。 1.1.机械强度 指玻璃抵抗外来负荷作用的能力。 机械强度可用耐压、抗折、抗张、抗冲击强度等

6、指标表示 。 特点： 耐压强度高、硬度高（优点） 抗折、抗张强度不高、脆性较大（缺点）School of Materials Science & Engineering 玻璃的实际强度、理论强度 块状玻璃的实际强度比理论强度低得多，与理论强度相差23个数量级。块状玻璃实际强度这样低的原因，是由于玻璃的脆性和玻璃中存在有微裂纹（尤其是表面微裂纹）和内部不均匀区及缺陷的存在造成应力集中所引起的（由于玻璃受到应力作用时不会产生流动，表面上的微裂纹便急剧扩展，并且应力集中，以致破裂）。其中表面微裂纹对玻璃强度的影响尤为重要。 School of Materials Science &

7、Engineering 裂纹源裂纹源镜镜面面区区雾状区雾状区颈毛区颈毛区玻璃的断裂过程a.初生裂纹的缓慢扩展（形成镜面区）b.次生裂纹的形成。最初传播速度较慢，然后急剧增大。 （雾状区） （颈毛区）School of Materials Science & Engineering 玻璃增强 物理钢化（淬火） 使玻璃表面产生均匀分布的压应力层。 化学钢化 r大离子取代r小离子 贴层玻璃 在玻璃表面贴一层低的物质（陶瓷釉） 火抛光 使玻璃表面伤痕、裂纹弥合。 覆盖硅有机化合物 放入氯硅烷（SiCl4）溶液中，通过水解在玻璃表面形成SiO2膜。使微裂纹弥合，形成压应力层。School of

8、Materials Science & Engineering 2.2.玻璃的弹性、硬度和脆性 玻璃的弹性是指玻璃在外力作用下发生变形，当外力去除后能恢复原来形状的性质。 指标：弹性模量、剪切模量、泊松比、体积压缩模量。 玻璃的硬度是指玻璃抵抗其它物体侵入其内部的能力。 指标：显微硬度、莫氏硬度（57）、研磨硬度、刻划硬度 玻璃的脆性是指当负荷超过玻璃的极限强度时立即破裂的现象。 指标：冲击强度School of Materials Science & Engineering 3.3.玻璃的密度玻璃的密度 物质单位体积的质量 d = m/V 生产上用于日常控制玻璃成分。 在玻璃

9、生产中，经常会发生一些如配料称量不准确、料方计算错误、原料成分改变、配合料输送过程中的分层及意外因素、温度制度波动等引起的玻璃质量波动，这些都能通过玻璃密度的变化反映出来。 在实际生产中，常通过测定玻璃密度和热膨胀系数的方法来监视生产工艺过程运转是否正常，从分析波动原因来指导日常的稳定生产。但必须指出，取样时必须定点、定时、定条件，否则会影响测定的正确性，从而失去可比性。 School of Materials Science & Engineering 2.3 2.3 玻璃的热学性质玻璃的热学性质 玻璃的热学性质包括热膨胀系数、导热性、比热容、热稳定性以及热后效应等，其中以热膨胀系数

10、较为重要，对玻璃制品的使用和生产都有着密切关系。 1.1.玻璃热膨胀系数 物体受热后都要膨胀，其膨胀多少是由它们的线膨胀系数和体膨胀系数来表示的。线膨胀系数是当物体升高1时在其原长度上所增加的长度。 玻璃的热膨胀系数范围： 5.810-715010-7/C 一般钠钙硅玻璃为： 8010010-7/CSchool of Materials Science & Engineering 技术玻璃按其膨胀系数大小分成硬质玻璃和软质玻璃两大类： 硬质玻璃 6010-7/ 玻璃的热膨胀对玻璃的成形、退火、钢化、封接（玻璃与玻璃的封接、玻璃与金属的封接以及玻璃与陶瓷的封接）以及玻璃的热稳定性等性质都

11、有着重要的意义。School of Materials Science & Engineering 2.2.玻璃的比热、导热系数玻璃的比热、导热系数 玻璃的比热是指某温度下单位质量的物质升高1C所需的热量。 玻璃导热系数是指温度梯度为1时，在单位时间内通过试样单位截面积的热量。School of Materials Science & Engineering 3.3.玻璃热稳定性玻璃热稳定性 玻璃的热稳定性是指玻璃受剧烈温度变化而不破坏的性能。 常用试样在保持不破坏条件下的最大温差表示。 影响玻璃的热稳定性因素： 热膨胀系数 机械强度 急冷或急热 制品的厚度School of

12、Materials Science & Engineering 2.4 2.4 玻璃的化学稳定性玻璃的化学稳定性 玻璃的化学稳定性玻璃制品在使用过程中要受到水、酸、碱、盐、气体及各种化学试剂和药液的侵蚀，玻璃对这些侵蚀的抵抗能力 。 几种特殊的侵蚀情况： 水气对玻璃的侵蚀 玻璃的脱片现象 玻璃的生物发霉 金属蒸气对玻璃的侵蚀School of Materials Science & Engineering 2.4 2.4 玻璃的电学及磁学性质玻璃的电学及磁学性质1.1.玻璃的导电性玻璃的导电性 在常温下一般玻璃是绝缘材料，但是随着温度的上升，玻璃的导电性迅速提高，特别是在转变温

13、度点以上，导电性能飞跃增加，到熔融状态，玻璃变成良导体。例如，一般玻璃的电阻率在常温下为10111012，而在熔融状态下为1023103。 利用玻璃在常温下的低电导率，可制造照明灯泡、电真空器件、高压绝缘子、电阻等；利用玻璃在高温下较好的导电性，可进行玻璃电熔和电焊。 School of Materials Science & Engineering Tk-100指标指标 在电真空工业中，常用（即体积电阻率为100Mcm时所需的温度）来衡量玻璃的电绝缘性能。 Tk-100越高，玻璃的电绝缘性能就越好。 。 School of Materials Science & Engine

14、ering 2.2.玻璃的介电性玻璃的介电性 玻璃的介电性主要包括介电常数、介电损耗和介电强度。 介电常数是指在外电场作用下介质极化过程的大小。 介电损耗是指在一定频率的交流电压作用下，电介质材料由于极化或吸收现象使部分电能转化为热能而损耗。 当施加于电介质的电压超过某一临界值时，介质中的电流突然增大，这一现象称为电击穿。介电强度是指发生电击穿时的电压，也称为电介质的耐击穿强度。 School of Materials Science & Engineering 3.3.玻璃磁学性质玻璃磁学性质 含有过渡金属离子和稀土金属 离子的氧化物一般有磁性。 一般玻璃为弱磁性物质，但含有铁磁性晶

15、体的微晶玻璃具有强磁性。 School of Materials Science & Engineering 2.5 2.5 玻璃的光学性质玻璃的光学性质 玻璃的光学性质是指玻璃的折射、反射、吸收和透射等性质。玻璃常用作透光材料，因此对其光学性质的研究在理论上和实践上都具有重要意义。 1.1.玻璃的折射率及色散玻璃的折射率及色散 玻璃的折射率可以理解为电磁波在玻璃中传播速度的降低（以真空中的光速为准）。 玻璃的色散是指玻璃的折射率随入射光波长不同而不同的现象。 正常色散 反常反常色散色散School of Materials Science & Engineering 2.2.

16、玻璃的光学常数玻璃的光学常数 玻璃的光学常数包括玻璃的折射率、平均色散、部分色散和色散系数。 玻璃的折射率以及与此有关的各种性质都与入射光的波长有关。因此，为了定量地表示玻璃的光学性质，首先必须确立某些特殊谱线的波长作为标准波长。 School of Materials Science & Engineering 3.3.玻璃的红外和紫外吸收玻璃的红外和紫外吸收 一般无色透明的玻璃，在可见光区（390 770nm）几乎没有吸收，只有小部分由于散射而产生的损失。在近红外波段基本上也是透明的，但在2700nm则有一吸收带，这是由于溶解在玻璃中的结合水而产生的。到了紫外（3m）的波段，吸收就

17、很快增加。 School of Materials Science & Engineering 1.1.玻璃的着色玻璃的着色 物质呈色主要为光吸收和光散射，而以吸收更常见。白光投到透明的物体，颜色是其吸收光部分谱色的补色。 根据着色机理的特点，颜色玻璃大致可分为离子着色、硫硒化物着色和金属胶体着色三大类。 常见的着色： 离子着色，铬、锰、钴、铜 硫硒化物着色，硫碳着色、硒镉着色 金属胶体着色，金红、银黄2.5 2.5 玻璃的着色和脱色玻璃的着色和脱色School of Materials Science & Engineering 2.2.玻璃的脱色玻璃的脱色 在玻璃生产中，由于种种原因总是有少量的铁进入玻璃熔体中，使玻璃产生不良的黄绿色，降低玻璃的透明度和“白度”，影响到玻璃产品的质量。为此在制造高级艺术