玻璃性能精品课件

1、关于玻璃的性能第一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月根据玻璃不同性质间的共同特点，可将玻璃的性质分为三类：粘度、电阻与温度的关系第一类是与玻璃中离子迁移有关的性质，如：粘度、电阻率、化学稳定性等。第二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月第二类性质主要与玻璃的网络骨架及网络与网络外阳离子的相互作用有关。如：密度、强度、折射率、膨胀系数、硬度等。第三类性质包括玻璃的光吸收、颜色等。这些性质与玻璃中离子的电子跃迁及原子或原子团的振动有关。第三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 1 玻璃的粘度与表面张力粘度又称粘滞系数。是流体（液体或气体）抵抗流动的量度。表面张力是作用于液体

2、表面单位长度上使液面收缩的力。表面张力是由于液体表面的不平衡力场而产生的，使液体表面具有收缩到最小面积的趋势。粘度和表面张力分别以符号、表示，其国际单位分别为Pa S和N / m.第四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月粘度与表面张力对玻璃生产的影响贯穿玻璃生产的全过程，因而有着极其重要的工艺意义。 一、 影响玻璃粘度的因素 二、 影响表面张力的因素第五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月一、 影响玻璃粘度的因素玻璃的粘度主要由化学组成和温度决定。1、温度的影响2、组成的影响与大多数液体一样，玻璃的粘度随温度的升高而降低。硅酸盐玻璃的粘度首先决定于硅氧网络的连接程度，O/Si比增大

3、，玻璃粘度下降；反之，玻璃的粘度增大。第六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月常见氧化物对玻璃粘度的影响概括如下： （1）SiO2、Al2O3、ZrO2等增大玻璃的粘度； （2）碱金属氧化物可降低玻璃的粘度； （3）碱土金属氧化物对玻璃粘度的影响； （4）PbO、CdO、Bi2O3、SnO2等能降低玻璃的粘度。第七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月碱金属氧化物可降低玻璃的粘度 一方面，类似于碱金属氧化物，导致大的阴离子团 解聚，使粘度减小； 另一方面碱土金属阳离子的场强较大，具有吸引氧 离子到自己周围的能力，起到积聚网络的作用，从 而导致粘度增大。前一种作用在高温是主要的，而 后

4、一种作用在较低温度下表现出来。第八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二、 影响表面张力的因素1、温度的影响2、组成的影响在一定温度范围内、对于一般液体，温度升高，质点间结合力减弱，液体的的表面张力减小。组成玻璃的物质间的相互吸引力越小，其对玻璃表面张力的贡献越小。表面张力可根据玻璃的组成和各氧化物的表面张力因子通过加和法则来计算。第九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 2 玻璃的密度玻璃密度取决于构成玻璃的原子的质量以及玻璃结构网络的紧密程度和网络空隙的填充情况。生产上常通过测定玻璃的密度来监控玻璃成分的变化。一、玻璃成分对密度的影响二、温度对玻璃密度的影响三、热历史对玻璃

5、密度的影响第十张，PPT共五十八页，创作于2022年6月一、玻璃成分对密度的影响玻璃的密度与其组成之间的关系非常密切。首先，玻璃组成中的网络形成体氧化物确定了构成玻璃网络的基本结构单元的体积大小。网络中间体氧化物，当其处于网络空隙中时，通常使玻璃的密度上升。若其成为玻璃网络的一部分时，其对玻璃密度的影响取决于其对玻璃网络紧密程度的影响。 第十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月网络外体氧化物的阳离子填充在玻璃网络的空隙中，当这些阳离子的半径较小，未引起玻璃网络的扩张时，可增加玻璃的密度。但当网络外体氧化物的阳离子的半径较大时，其对玻璃密度的影响则取决于其对玻璃分子质量与分子体积的双重影

6、响。玻璃的密度可由基于加和法则的经验公式求得。 第十二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二、温度对玻璃密度的影响温度对玻璃密度的影响是温度对玻璃结构影响的外在表现。当温度低于玻璃的转变温度Tg时，温度升高玻璃的密度略有下降；温度高于Tg，玻璃的密度显著下降。第十三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月三、热历史对玻璃密度的影响从高温急冷所得的玻璃因继承了玻璃熔体高温下的松散、开放结构，其密度较慢冷或退火玻璃小。右图显示，冷却速率越大，玻璃密度越小。 冷却速率对硼冕玻璃密度的影响A:平衡态 B:1 K/h C:1.86 K/h D:9.87 K/h第十四张，PPT共五十八页，创作于2

7、022年6月3. 3 玻璃的热学性质玻璃的热膨胀系数、热稳定性为玻璃的主要热学性质。玻璃的热膨胀系数有线膨胀系数和体膨胀系数之分，3。玻璃的热膨胀系数（）与玻璃的退火、玻璃封接、玻璃的热稳定性密切相关。根据玻璃的热膨胀系数大小可将玻璃划分为： 硬质玻璃（6010-7/K） 软质玻璃（6010-7/K）第十五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月影响膨胀系数的因素： 组成玻璃中非桥氧越少，玻璃的热膨胀系数越小。 碱金属氧化物的加入导致玻璃的热膨胀系数增大。 碱土金属氧化物的作用与碱金属氧化物类似。 热历史对玻璃热膨胀系数的影响与其对玻璃结构的 影响相关联。第十六张，PPT共五十八页，创作于2

8、022年6月玻璃的热稳定性是玻璃在非室温条件下使用时最重要的性能之一。玻璃的热稳定性受玻璃制品的厚度、比热、导热系数、密度、强度、弹性模量、热膨胀系数等因素影响。常用下面的公式来表示玻璃的热稳定性：式中：K 玻璃的热稳定性系数，度厘米/秒1/2 P 玻璃的抗张强度极限，千克力/毫米2 玻璃的线膨胀系数E 玻璃的弹性模量，千克力/毫米2 玻璃的导热系数，卡/厘米秒度c 玻璃的热容，卡/克度d 玻璃的密度，克/厘米3B 常数1-2 导致玻璃破裂的最小急变温度第十七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 4 玻璃的机械性质 它是指玻璃在受力过程中，从开始加载到断裂为止，所能达承受的最大应力值

9、。按照受力情况的不同，有抗压强度、抗张强度、抗折强度、抗冲击强度等。玻璃的抗压强度一般要比抗张或抗折强度大一个数量级。一、玻璃的理论强度与实际强度二、影响玻璃强度的因素三、玻璃的硬度与脆性 第十八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月一、玻璃的理论强度与实际强度对于硅酸盐玻璃的理论强度约为1.31010 N/m2（13 GPa）。实验测得的玻璃强度要比上述数值低23个数量级。一般玻璃的实际强度为50200MPa。第十九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二、影响玻璃强度的因素影响玻璃强度的因素包括内因和外因两个方面。内因主要有：玻璃的组成、玻璃的宏观与微观缺陷。外因主要是：玻璃的使用

10、环境（如温度、湿度）、加载 方式、试样的尺寸。第二十张，PPT共五十八页，创作于2022年6月玻璃的宏观和微观缺陷与玻璃的熔化过程密切相关，设计合理的组成，减少玻璃的分相发生，提高熔化质量，获取组成均匀、缺陷少的玻璃是提高玻璃强度的重要手段。从常温下开始升温，玻璃的强度先呈下降趋势，当温度升至100以上，玻璃的强度又开始增大。随着试样尺寸的减小，玻璃的强度增加。 玻璃的增强的措施：通常采用退火、钢化、表面处理（表面脱碱、火抛光、酸抛光、表面涂层、表面晶化、离子交换等）、微晶化等措施来提高玻璃的使用强度。第二十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月三、玻璃的硬度与脆性 一般玻璃的硬度在57

11、之间。 玻璃的硬度首先取决于其内部化学键的强度和离子的配位数。通常，网络生成体阳离子使玻璃具有高的硬度，而网络外离子使玻璃的硬度下降。对于同类型的玻璃，随着网络外阳离子的场强的增大，玻璃的硬度上升。各种氧化物提高玻璃硬度的能力由小到大的顺序是：SiO2B2O3(MgOZnOBaO)Al2O3Fe2O3K2ONaOPbO第二十二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月急冷玻璃由于其结构较慢冷玻璃疏松，因而硬度也较小。玻璃的脆性常用抗冲击强度或抗压强度与抗冲击强度之比来表示。玻璃的脆性与玻璃的成分、宏观均匀性、热历史、试样的形状与厚度等有关。 第二十三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3

12、. 5 玻璃的光学性质玻璃的主要光学指数包括折射率、色散。玻璃的主要光学性质包括玻璃对光的反射、吸收、透过。3. 5. 1 折射率3. 5. 2 色散3. 5. 3 玻璃的反射、吸收、透过第二十四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 5. 1 折射率一、折射率定义光通过二物质界面时，射角正弦之比。一般以n 表示。通常所说的折射率是玻璃对真空的相对折射率，n等于光在二种介质的传播速度，即：n = sin1/sin2=c1 / c2普通玻璃的n为1.5左右，n1表明，光从光疏介质进入光密介质，速度变慢。第二十五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二、影响折射率的因素1、玻璃的组成光

13、由空气进入玻璃时速度变慢，是因为光通过玻璃时，给出一部分能量，使其速度下降。另一方面，光线由光疏进入光密介质，行进速度下降。因此，组成对n的影响具有如下关系： 凡是能增加玻璃密度的组成（份），均使n增大. 玻璃组成中氧化物的分子折射率越大，n越大。 离子的极化度越大，n越小。半径大，易极化，离子 折射度大，n越大。网络形成体阳离子形成Nf-O键 较强，不易极化，离子折射度小。第二十六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月2、温度的影响室温下，n一般随温度的升高略有上升。n=0.1 12.08 * 10-6主要是温度对玻璃的折射度的影响造成的。第二十七张，PPT共五十八页，创作于2022年6

14、月3、波长的影响光波波长不同，n不同，此即色散观象。总趋势： 增大，n减小。（因增大，频率减小，电磁场交变变慢，光损失减小，n减小）第二十八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 5. 2 色散一、定义折射率随波长变化而变化的现象。二、正常色散 ：增大， n减小。反常色散 ：在可见光范围内，n随增大而减小，当光波接近材料吸收带时，n急剧增大。原因：光通过玻璃时，某些离子的电子随光波的变化而产生振动，当电子振动的自然频率等于光波的振动频率时，发生共振，振动加强。从而大量吸收光能，光速大大减小，n急剧增大。第二十九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月三、色差复色光通过光学系统时，由于

15、不同，n不同因而成像在轴上的位置不同，从而呈现彩色光带的现象。消除办法：利用冕牌玻璃的凸透镜和火石玻璃的凹透 镜组合消除色差。第三十张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 5. 3 玻璃的反射、吸收、透过当光束照射到玻璃上，一部分光被玻璃表面反射，一部分被玻璃所吸收，另一部分光透过玻璃。这三部分与入射光强度之比分别为反射系数R、吸收系数K、透过率T，且R + K + T = 1。一、光的反射二、玻璃对光的吸收与透过第三十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月一、光的反射反射率R用来表示玻璃对光的反射能力。它与玻璃的光滑程度、光的入射角、频率及玻璃的折射率有关。当入射角为900时：

16、R（）n - 1n + 12所以，n越大，R越大。反射会导致光损失，降低透率。依此原理，可制造反光膜、增透膜。第三十二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二、玻璃对光的吸收与透过玻璃对光的吸收与透过遵循兰比尔定律,即 dI / d l = -I ( I / Io ) = -l T = -l T = e l式中： T 透光率 I 进入玻璃的入射光的强度(已扣除反射部分) Io 透过玻璃的光强度 e 自然对数的底 着色剂的吸收系数 l 玻璃的厚度第三十三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月对于颜色玻璃, 与着色剂的种类与浓度有关。即= c其中、c分别为各着色剂的吸收系数与浓度。由于着色

17、剂的存在,颜色玻璃表现出对可见光的选择性吸收。第三十四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月在实践中常以光密度D来表示玻璃对光的吸收与反射损失。 D与T的关系如下:D = log（1 / T）玻璃对可见光的吸收与反射能力是评价隔热玻璃性能的重要依据。第三十五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 6 玻璃的电学性质3. 6. 1 概述玻璃的导电机理：一、离子导电二、电子导电第三十六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月一、离子导电普通Na2O-CaO-SiO2玻璃是由SiO4构成网络骨架，伯特.贝哲的实验证明, Na+、Ca2+作为网络外体阳离子，钠钙硅玻璃中的电流全部是由Na

18、+作为载流子的。Ca2+的作用小的可以忽略不计。以下的一组数据可使大家更好的理解这一点。玻璃种类 石英玻璃 CaO-Al2O3-SiO2玻璃 Na2O-CaO-Si玻璃 电阻率（.cm） 1017 1015 101314第三十七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月把这种以离子作为载流子的导电过程,称为离子导电。其导电过程如下:在外加电场的作用下,离子的不规则热运动趋于稳定,长程迁移贯穿于整个玻璃体,即显示导电。第三十八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二、电子电导在玻璃中加入大量的可以呈现为多种化合价的元素的方法来实现的。如在硅酸玻璃及硼酸盐玻璃中加Fe2O3及MnO或在磷酸盐玻

19、璃中加入各种化合物的钒,这是由于玻璃中出现了化合物多变的副族元素而出现部分未束缚的电子。在热激发条件下,即出现电子导电。 第三十九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 6. 2 影响电阻率的 因素一、温度对电阻率的影响二、组成对电阻率的影响三、热处理的影响四、表面状态及环境第四十张，PPT共五十八页，创作于2022年6月一、温度对电阻率的影响电阻率随温度的升高而减小。对电光源玻璃要特别关注其电阻率随温度的变化关系，因为玻璃随温度升高变成电的导体，这样会导致严重后果。第四十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二、组成对电阻率的影响1、R2O的影响2、RO的影响3、 Al2O3的

20、影响微量的Na2O可使明显减小，K2O、Li2O的作用弱于Na2O。增大，且离子半径越大，越大。Ba2+Pb2+Ca2+Mg2+Ba2+Zn2+以Al2O3代SiO2，电阻率稍有下降；以B2O3代SiO2，增加，因AlO4体积小于AlO6。第四十二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月三、热处理的影响慢冷玻璃，电阻率较大。分相对玻璃电阻率的影响则取决于分相玻璃中两相的结构与组成。若载流子富集于孤立相中，其在玻璃中的迁移能力大大减小，从而导致玻璃的电阻率减小。反之，玻璃的电阻率增大。第四十三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月四、表面状态及环境玻璃的表面状态及其所处的环境影响到玻璃的表

21、面电导率。表面电导率是相对于体积电导率而言的。在潮湿空气玻璃的表面电导率比体电导率大得多。但当温度高于1000C，二者相同。因此，在玻璃表面涂覆增水层（如涂有机硅烷、石蜡），可提高玻璃的表面电阻率，已用于生产玻璃绝缘子。而在玻璃表面被覆导电膜SnO2,TiO2,降低其表面电阻率，以用于制作防雾、防霜、电致变色玻璃等。 第四十四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 7 玻璃的化学稳定性玻璃抵抗水、酸、碱、盐、大气及其它化学试剂等侵蚀破坏的能力，统称为玻璃的化学稳定性。依据侵蚀介质的不同，分别称为耐水性、耐酸性、耐碱性、耐侯性。3. 7. 1 侵蚀机理3. 7. 2 影响玻璃化学稳定性的

22、因素第四十五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 7. 1 侵蚀机理一、 水对玻璃的侵蚀二、 酸对玻璃的侵蚀三、 碱对玻璃的侵蚀四、 大气对玻璃侵蚀作用第四十六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月一、 水对玻璃的侵蚀H2O对Na2O-CaO-SiO2玻璃的侵蚀过程大体可分为三步：1、离子交换过程2、水解过程3、中和过程Si-Na+ + H+OH- SiOH + NaOHSiOH + H2O Si(OH)4Si(OH)4 + NaOH Na2SiO3 + H2O第四十七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二、 酸对玻璃的侵蚀酸（HF除外）本身不与玻璃直接反应，它对玻璃侵蚀首

23、先开始于酸溶液中水对玻璃的侵蚀。因此，浓酸因其中的水含量低于稀酸，而对玻璃的侵蚀作用较稀酸弱。 酸在侵蚀过程中起两方面的作用： 酸中H+浓度较水中大，所以酸加剧了玻璃表面Na+与 H+间的离子交换，反应加快； 酸中和了第一步反应产生的碱，阻碍Si(OH)4保护膜的 溶解过程，可减少玻璃的进一步受蚀。第四十八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二者同时发生作用，谁占据主导地位取决与原始玻璃组成，如高碱玻璃，因Na+多，第一种作用强于第二种，故耐酸性比耐水性差;而高硅玻璃，第二种作用占主导，故耐酸性大于耐水性。HF因能与SiO2发生化学反应，因此氢氟酸对硅酸盐玻璃的网络骨架直接的破坏作用。这

24、是玻璃传统化学蚀刻、酸抛光、蒙砂等一系列工艺过程的基础。SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O第四十九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月三、 碱对玻璃的侵蚀碱对硅酸盐玻璃的侵蚀较为严重，因为碱中的OH-可以破坏玻璃的网络骨架，其侵蚀过程可分为三个阶段：1、碱溶液中的阳离子首先吸附在玻璃表面；2、吸附的阳离子有束缚周围OH-离子的能力，故玻璃表面 OH-浓度升高，加剧网络侵蚀；3、硅酸离子与碱金属反应生成硅酸盐，并溶解与碱溶液中。第五十张，PPT共五十八页，创作于2022年6月四、 大气对玻璃侵蚀作用潮湿空气对玻璃的侵蚀与水对玻璃的侵蚀不同，水多，离子交换产生的NaOH被稀释；水少，如液滴侵蚀，产生的碱附在玻璃表面，加剧侵蚀过程。此外，大气中的CO2、SO2等溶解于水中，可中和玻璃表面受蚀析出的碱，破坏了玻璃表面已有的平衡，从而加剧对玻璃的侵蚀。 第五十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3. 7. 2 影响玻璃化学稳定性的因素一、玻璃的