玻璃教学教材

玻璃一、玻璃的发展概论公元前4世纪埃及又发明了玻璃铸模工艺、车花、镌刻和镀金工艺。公元前1世纪叙利亚人创造了吹制工艺,可以将玻璃液随心所欲地吹成各种形态的器皿。

公元1世纪,罗马成为玻璃制造业的中心。罗马帝国的玻璃工艺有吹制、吹模、切割、雕刻、镌刻、缠丝、镀金等。5世纪以后罗马玻璃工艺逐渐衰退,到8世纪,除了教堂的彩色玻璃镶嵌之外,欧洲的玻璃工艺几乎灭绝。然而,这段时期中东地区的玻璃工艺还在继续发展。叙利亚工匠把银盐注入玻璃溶液,炼出了有金属光泽的玻璃。大马士革、君士坦丁堡和开罗是9至14世纪中东地区的玻璃生产中心。

一、玻璃的发展概论12世纪,随着贸易的发展,威尼斯成为世界玻璃制造业的中心。当时的政府为了垄断玻璃制造技术,把玻璃艺人集中在与威尼斯隔海相望的穆拉诺岛上。威尼斯玻璃生产的鼎盛时期是15世纪到16世纪,产品几乎独占欧洲市场。16世纪以后,开始有玻璃工匠逃离海岛,分散到欧洲各地,玻璃制造技术也逐渐传播开来。

欧洲玻璃工艺的另一个中心是波西米亚和德国。13至15世纪的哥特时代，当地生产一种墨绿色的玻璃器，被称为"森林玻璃”。

到16世纪，上端边缘向上伸展，形成小碗。这种式样延续至今，被称为"莱茵玻璃酒杯”。

一、玻璃的发展概论17世纪，欧洲的玻璃工业发展迅速，法国已经用铸造法生产大面积的玻璃镜和平板玻璃。英国人发明了两项最重要的技术:一是铅玻璃。二是熔化技术的革新，燃料由木材变为煤炭，又使用了闭口坩埚。此外，瑞士人狄南还发明用搅拌法制造光学玻璃，为熔制高均匀度的玻璃开创了新途径。

在玻璃工艺发展过程中，一个值得注意的问题是玻璃与建筑的关系。哥特建筑师们利用玻璃来描绘精神的象征符号:柔和的光线透过高高的侧窗洒落进来，暗淡的教堂中，光线集中在圣坛部分，这样可以将人的思想朝天空的方向引升。对于文艺复兴时期的建筑师们而言，高大的竖窗是地球上的天堂，窗户上的七彩玻璃改变了光线，形成了一种飘忽的氛围，唤起心灵的回应。

中国古代制造玻璃的历史，可以追溯到西周时期，周代以来的文学等文献中曾出现："缪琳”、"火齐”、"琉璃”、"颇黎”、"明月珠”等，后人对此的注解多笼统地称之为不同种类的玉石，即"五色石”。两汉时期，西方国家的玻璃传入中国以后，才有了玻璃之称。中国的琉璃与西方的玻璃成分区别很大，前者所含的元素是铅、钡，后者则是由钠钙为主。中国的琉璃材料最初是从青铜器铸造时产生的副产品中获得的，经过提炼加工然后制成琉璃。考古发掘，证明西周时期已经有琉璃制品，据专家分析，这些琉璃多与人造珠玉有关，通常将半透明的称为"璃”，透明的才称"玻璃”，后来又有药玉、罐子玉、硝子、料器等名称，而以料器一名使用最为普遍。到了汉代，琉璃的制作水平已相当成熟。但是冶炼技术却掌握在皇室贵族们的手中。由于民间很难得到，所以当时人们把琉璃看成与玉器一样珍贵。宋以后各朝，玻璃器皿种类增多，用途与人民生活的关系更为密切。

清代自康熙时设立了宫廷玻璃场，已能生产透明玻璃和颜色多达15种以上的单色不透明玻璃。清代的缠丝玻璃、套色雕刻玻璃及鼻烟壶等，都是世界玻璃艺术的珍品。玻璃鼻烟壶是鼻烟壶中的大类，制作时间最长、品种最丰富。清宫造办处于康熙三十五年（1696)建立玻璃厂，为皇家制造各种玻璃器皿。从制造工艺上说，玻璃鼻烟壶分为套色玻璃、单色玻璃，珐琅彩玻璃（右图)、搅玻璃（中图)，金星玻璃，内画玻璃（左图)等。

西周时期的玻璃器往往光素无装饰,色彩晦暗,质地疏松,制作粗糙,时时会有造型不正的状况。春秋、战国、两汉时期的玻璃器多以仿玉,光洁度好,工艺水平较高。三国两晋南北朝时期的玻璃器,多受异域文化的影响,器物轻薄,透明度较好。唐代时受波斯风格的影响,出现不少新的造型,风格亮丽,品种较多。宋元时期则小巧精致,料器生产已趋规范。明代玻璃器虽然较少,但工艺十分成熟,风格简洁大气。清代玻璃器与前代迥异,数量多,色彩绚烂,工艺复杂,并出口影响西方料器的生产,达到中国古代玻璃工艺的高峰。

二、玻璃的种类及特性

1.定义

狭义：玻璃是由熔融物冷却硬化而得到的非晶态固体。狭义的玻璃仅指无机玻璃而言。

广义：玻璃指某种材料只要显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，就称之为玻璃。包括单质玻璃、有机玻璃和无机玻璃。所谓典型的经典玻璃的特征性质是指存在热膨胀系数和比热的突变温度（Tg)。

物质内能与体积随温度的变化图玻璃化转变温度Tg：当熔体冷却到f点时，开始固化成玻璃，这时的温度称为玻璃化转变温度（或脆性温度)。Tg是区分玻璃与其他非晶态固体（如硅胶、树脂等)的重要特征温度。

2.玻璃的种类

分为普通玻璃和特种玻璃两大类。

普通的工业玻璃制品主要包括:瓶罐玻璃、器皿玻璃、保温瓶玻璃、平板玻璃、仪器玻璃、电真空玻璃、封接玻璃、泡沫玻璃、玻璃微珠、眼镜玻璃及玻璃纤维。

特种玻璃主要包括:玻璃光纤、溶胶－凝胶玻璃、生物玻璃、微晶玻璃、石英玻璃、光学玻璃、防护玻璃、半导体玻璃、激光玻璃、超声延迟线玻璃及声光玻璃等。

玻璃的种类普通玻璃:在高温下易软化，常用来制作窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等玻璃的种类石英玻璃:二氧化硅单一组分的玻璃。用水晶，硅石，硅化物为原料，经高温熔化或化学气相沉积而成

。这种玻璃硬度大可达莫氏七级，具有耐高温、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性和电绝缘性能良好，并能透过紫外线和红外线。除氢氟酸、热磷酸外，对一般酸有较好的耐酸性。常用于制造化学仪器、高压水银灯、光导纤维。

玻璃的种类有色玻璃:金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现特征颜色。蓝色(Co2O3)红色(Cu2O)淡绿色(FeO)机场出口处的蓝色玻璃隔离墙

红色玻璃产品玻璃的种类光学玻璃:对折射率、色散、透射比、光谱透射率和光吸收等光学特性有特定要求，且光学性质均匀的玻璃

。生产光学玻璃的原料是一些氧化物、氢氧化物、硝酸盐和碳酸盐,并根据配方的要求,引入磷酸盐或氟化物。为了保证玻璃的透明度，必须严格控制着色杂质的含量，如铁、铬、铜、锰、钴、镍等。配料时要求准确称量、均匀混合。主要的生产过程是熔炼、成型、退火和检验。特点是透光性能好，有折光和色散性，常用于制造眼镜片，照相机、显微镜望远镜用凸凹透镜等光学仪器。

玻璃的种类钢化玻璃:玻璃在电炉里加热软化，再急速冷却得钢化玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂，常用作运动器材，汽车、火车窗玻璃

。

玻璃的种类玻璃纤维:它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。

常用作玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域，如太空飞行员的衣服、玻璃钢等。

玻璃纤维短切丝玻璃纤维3.玻璃的特性从玻璃的本质结构和性质来看:⑴各向同性

物理化学性质在任何方向都是相同的⑵介稳性

玻璃态物质含有较大内能，不是能量最低的稳定状态，介于熔融态和晶态之间，属于介稳态，

⑶无固定熔点

玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区域内进行的，与结晶态物质不同，无固定熔点

⑷物理化学性质的渐变性

玻璃态物质从熔融状态冷却或加热过程中，其物理化学性质产生逐渐的和连续的变化，而且是可逆的。

从工艺的角度来看：

①可以通过化学组成的调整，并结合各种工艺方法来大幅度、连续调整玻璃的物理和化学性能，以适应范围很广的实用要求;②可用吹、压、拉、浇铸等多种多样的成形方法，制成各种空心和实心形状。还可以通过焊接和粉末烧结等加工方法制成形状复杂、尺寸严格的器件。

三、玻璃结构理论晶子学说

兰德尔在1930年提出了玻璃结构的微晶学说。此学说认为玻璃是由无数"晶子”所组成。晶子是具有晶格变形的有序排列区域，分散在无定形介质中，从"晶子”部分到无定形部分是逐步过渡的，两者之间并无明显界线。其价值在于指出玻璃中存在一定的有序区域。

三、玻璃结构理论无规则网络学说1932年,查哈里阿森借助哥德史密斯的离子结构化学原则,和晶体结构知识推断出玻璃结构。此学说认为像石英晶体一样,熔融石英玻璃的基本结构单元也是硅氧四面体[SiO4],石英玻璃是由[SiO4]作为结构单元,相互连接而成的三度空间网络,但[SiO4]的排列是无序的,缺乏对称性和周期性的重复,故不同于晶态石英结构。

三、玻璃结构理论比较两种学说

比较无规则网络学说与晶子学说,前者宏观上强调了玻璃中多面体间排列的连续性、均匀性和无序性,而后者则强调了不连续性、微不均匀性和有序性。综合起来,可认为玻璃是一种具有长程无序、短程有序的微观网络结构的固态物质。

四、硅酸盐玻璃的组成硅酸盐玻璃的组成

硅酸盐玻璃是以SiO2为主要成分的玻璃,也是一类用量最大的玻璃。根据各种氧化物在玻璃结构中所起的作用不同可将其分为三类,即玻璃形成体、玻璃中间体及玻璃调整体(又称网络外体)。

五、主要硅酸盐玻璃制品的种类、用途及生产方法

1.瓶罐玻璃

2.器皿玻璃

3.平板玻璃

4.仪器玻璃

1.瓶罐玻璃

玻璃瓶罐具有气密性好、耐腐蚀、卫生及透明等特点，被广泛用于盛装食品、药品、酒类、罐头、饮料、化妆品等，有茶色、翠绿色、淡青色、蓝色、黑色及无色瓶罐。按瓶口形状可将玻璃瓶分为细口瓶及广口瓶;按瓶身形状可将其分为圆筒瓶、椭圆瓶、方形瓶及异形瓶。对玻璃瓶罐的技术要求有;耐内压强度、抗冲击强度、垂直荷重强度、抗热冲击性(热稳定性)、耐蚀性(化学稳定性)、光泽、颜色、密度、玻璃均匀度、外形尺寸及无结石、条纹或气泡等缺陷。

1.瓶罐玻璃

瓶罐玻璃的熔化大多采用连续作业的池窑,少数采用间歇式作业池窑。玻璃瓶是通过吹制法成型,目前国内外自动制瓶机种类较多,按其供料方式可分为真空吸料式和滴料供料式,其成型方法为吹制法。成型后的瓶罐被送入连续作业式退火炉进行退火,还可进行表面装饰加工和增强处理,得到符合使用要求的成品。当前在瓶罐玻璃生产中,其最大改革在玻璃瓶的轻量化。

2.器皿玻璃

另外要求其表面花纹及图案清晰。器皿玻璃可采用坩埚窑、日池窑或连续式池窑进行熔化,成型方法有自由成型、吹制、压制、压吹、浇铸等方法,利用手工或机械成型。与瓶罐玻璃的制作不同的是,器皿玻璃在成型完成后,往往需要进行一系列的二次加工。

器皿玻璃的种类很多,按用途可分为各种饮料器皿,装饰艺术制品,日用杂件,炊具。按组成可分为一般器皿与晶质玻璃两大类。对器皿玻璃的技术要求基本同瓶罐玻璃,但对其透明度、白度、颜色、光泽度有更高的要求。

3.平板玻璃

平板玻璃在建筑、交通及其他领域都有着广泛的应用，是所有玻璃产品中产量最大的一类。平板玻璃的品种包括:窗玻璃、压花玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃、双层中空玻璃、有色玻璃、吸热和反射玻璃、光致变色玻璃等等。机制平板玻璃自20世纪问世以来，其制造方法基本有两种，即窗玻璃法和压延、磨光玻璃法。

目前世界上生产平板玻璃最先进的方法为浮法工艺。此法生产的平板玻璃质量可与磨光玻璃相媲美，但其拉制速度却数倍甚至十倍于传统生产工艺。浮法玻璃基本取代了昂贵的磨光玻璃，并在逐步取代传统工艺生产的平板玻璃。

4.仪器玻璃

仪器玻璃在科学研究、化学实验,生产检测中广泛应用,它主要包括实验室仪器玻璃、医用玻璃、温度计玻璃及玻璃电极。高硅氧玻璃是仪器玻璃的一个重要品种,它可用以代替石英玻璃制作耐热器皿、形状复杂的仪器、高压水银灯管和溴钨灯等。仪器玻璃的另一个重要品种是高硼硅玻璃,它的典型代表是美国康宁玻璃公司发明的派来克斯(Pyrex)玻璃,这类玻璃具有热膨胀系数低、热稳定性好、对水和酸的耐侵蚀性强、耐热性能好、机械强度高等一系列优点,广泛用于制造各种耐热仪器玻璃、医用安瓿、注射器等。

高硅氧玻璃球高硅氧玻璃纤维

电液比重计（海水专用)化工玻璃仪器

六、玻璃原料

1．主要原料

主要原料是指引入各种组成氧化物的原料，它们决定了玻璃的物理及化学性质。包括引入玻璃形成体、玻璃调整体和玻璃中间体成分的原料。例如:引入SiO2，B2O3，P2O5，A12O3，Na2O，K2O，CaO，MgO，PbO，BaO的原料。

六、玻璃原料2．辅助原料a.澄清剂:加入玻璃配合料或玻璃熔体中，在高温下分解或气化形成气体以促进玻璃液中气泡排除的物质。

b.助熔剂:能促使玻璃熔制过程加速的原料。

c.着色剂:是使玻璃着色的物质。根据着色剂在玻璃中呈现的状态，可分为离子着色剂，硫、硒化合物类分子着色剂和金属胶体着色剂三大类。

d.脱色剂:是指能减弱铁及其他杂质离子或化合物对玻璃着色影响的物质。主要是消除Fe2+的着色。玻璃脱色剂又分为物理脱色剂和化学脱色剂两大类。

玻璃的熔制

一、熔制过程

将称量准确混合均匀的配合料经高温加热，形成均匀的、无气泡的、符合成型要求的玻璃液的过程，称为玻璃的熔制。玻璃的熔制是一个非常复杂的过程，常用玻璃的熔制温度范围在1250～1700℃之间，它包括一系列物理的、化学的、物理化学的现象和反应。这些反应的结果使各种原料由机械混合物变成了复杂的熔融物，最后转变为玻璃液。整个玻璃的熔制过程大致可分为五个阶段:硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化和冷却。

1.硅酸盐形成阶段硅酸盐形成过程是配合料各组分之间呈固体状态时进行的反应,配合料的各组分发生一系列的物理和化学变化,其中起主要作用的是物理过程。随着固相不断地向液相转化,液相不断增多,当配合料颗粒全部参加的反应结束时,就变成了由硅酸盐和游离的SiO2组成的不透明烧结物,其中渗透大量气泡。硅酸盐形成一般在800℃～900℃时基本结束,同时玻璃的熔制过程也就进入了玻璃的形成阶段。

2.玻璃形成阶段

玻璃形成即硅酸盐,硅酸钙、硅酸铝等与反应剩余的大量的二氧化硅在高温下它们之间相互溶解与扩散,由不透明的半熔烧结物转化为透明的玻璃液。继续加热,由硅酸盐和游离的SiO2组成的不透明烧结物就开始进一步熔融,易熔的低共熔混合物首先开始熔化,同时形成的硅酸盐与剩余的二氧化硅相互溶解,过剩的石英颗粒溶解于熔体中,液相继续不断扩大,直至全部固相转化为玻璃液相,成为有大量可见气泡和不均匀的透明玻璃液。在这一阶段结束时,全部配合料颗粒参与的反应已结束。

2.玻璃形成阶段

玻璃形成的速度也与石英颗粒的大小有关。石英颗粒愈小反应时间愈短,玻璃形成速度愈快,但如颗粒粉碎很细时,细粒可以结团成块,因而其效果反而如同大颗粒一样。

3.澄清阶段

澄清的目的就是排除玻璃液中存在的气泡，降低溶解气体的浓度，以防出现再生气泡。澄清的原理就是：首先使存在于气泡中的、窑内空间中的与玻璃液中物理溶解和化学结合的气体之间建立平衡，再使可见气泡漂浮于玻璃液的表面而加以消除。

澄清过程将发生下列极其复杂的气体交换：(1)气体从过饱和的玻璃液中分离出来，进入气泡或炉气中;(2)气泡中所含的气体分离出来进入炉气或溶解于玻璃液中;(3)气体从炉气中扩散到玻璃液中。

3.澄清阶段

在澄清过程中，可见气泡的消除，按下列两种方式进行：(1)使气泡体积增大，加速上升，漂出玻璃表面后破裂消失;(2)使小气泡中的气相组分溶解于玻璃液中，气泡被吸收而消失。玻璃液的澄清在熔制过程中具有重要的作用，在澄清过程中在配合料里引入适量的澄清剂是一种最常用的方法。澄清剂一般在高温下会分解或挥发，大多能生成溶解于玻璃液的气体，在玻璃液中呈饱和状态，提高了它们在玻璃液中的分压，由于澄清剂生成的气体和气泡中原有气体的共同析出，会增大气泡直径，加速气泡上升，加速了澄清过程的进行。

4.均化阶段

玻璃熔化过程中，由于玻璃组分的挥发，耐火材料侵蚀等因素，玻璃液是呈化学不均匀状态，使玻璃液达到化学的均匀状态的过程，谓之玻璃液的均化。均化与澄清阶段的关系:玻璃液的均化过程开始于澄清阶段的后期，又与澄清一起进行和完成。两个过程互相联系影响。澄清时，由于气泡的排除起着较大搅拌作用，当气泡从玻璃液中漂浮而碰至条纹或不均匀层时，在拉力作用下，能将条纹或不均匀层拉成线或带状，且愈来愈薄，最后消失在玻璃液中，完成了玻璃液的均化过程。

4.均化阶段同时，玻璃液的均化过程由于分子扩散运动，促进均化的主要因素如下：(1)由于熔体中的浓度差引起分子的扩散，使玻璃液中某组分较多的部分向该组分较少的其他部分转移，以达到玻璃液的均化，扩散速度随着玻璃液粘度的降低而增加，提高温度可达到此要求。(2)熔体表面张力的大小对玻璃液均化影响更大。(3)玻璃液的流动亦能促进玻璃液的均化。均化可在低于澄清的温度下进行，强化均化过程的方法有：提高温度;用各种方法搅拌玻璃液，其中包括添加表面活性剂，设置鼓泡和机械搅拌等等。

5.玻璃液的冷却冷却是将玻璃液均匀冷却到成型温度的过程,一般地说,成型温度约比澄清温度低200℃～300℃。冷却的玻璃液温度要求均匀一致,使之有利于成型。在这个阶段中,温度或气氛发生波动,就很可能破坏在澄清时已建立的气体间的平衡,玻璃液中有时会出现小气泡,即所谓的二次气泡或再生气泡,此时再要消除这部分气泡是很困难的。因此冷却时,一定要保持窑内压力为微正压且稳定,温度不能出现波动,降温速度要平稳。

玻璃熔制过程的五个阶段，各有其特点，时间上及空间上也有一定重叠。特别是在实际生产中，配合料从加料口加入到熔窑中时，已经是高温，而且各温度区相互影响，所以就不一定严格按照上述顺序进行;常常是五个阶段同时进行或部分同时进行。熔制的五个阶段，在连续池窑中是在不同部位，同一时间内进行的;在间歇式窑炉中则是在同一部位，不同时间内进行的。

玻璃的熔制

二、玻璃体的缺陷

在熔化过程中玻璃的物理、化学均一性受到破坏而产生的缺陷称为玻璃体的缺陷，它会使玻璃产品强度及外观质量严重下降。按其状态的不同玻璃体的缺陷可分成以下几类:1.气泡2．结石3．条纹和节瘤1.气泡(气体夹杂物)玻璃中的气泡是可见气体夹杂物。其化学组成中常含有O2，N2，CO，CO2，SO2，H2O等。气泡按尺寸大小可分为灰泡(直径小于0.8mm)和气泡(直径大于0.8mm)两种，其形状有球形、椭圆形及线状。气泡产生的原因主要为：①熔化温度低，澄清不彻底;②池窑中温度分布不合理，熔化不良，使有气泡的玻璃进入成型玻璃液流;③配合料中芒硝颗粒过大，或煤粉加入量不足，火焰气氛不当;④耐火材料烧成温度低，或含有金属铁、碳等杂质，与玻璃接触后产生气泡;⑤澄清后的玻璃液因重新加热，原来已达平衡的物理或化学溶解的气体又以气泡形式放出，⑥金属铁或碳进入玻璃液而生成气泡。

2.结石(固体夹杂物)

结石种类较多，根据产生的原因，结石主要可归纳为以下三类:①原料结石。因原料(多为石英砂)颗粒过大、结团、配合料混合不均匀、各原料颗粒配比不当等均能使原料熔化发生困难，形成原料结石。如石英砂结石、芒硝结石等。②耐火材料结石。当熔窑拱顶或池壁、池底等耐火材料受到侵蚀、剥落，从而在玻璃液中形成结石，如碹滴、莫来石结石等。③析晶结石。玻璃在熔窑成型部析出的晶体。如硅灰石、透辉石等。

3.条纹和节瘤(玻璃态夹杂物)

条纹和节瘤大多富含二氧化硅或氧化铝，由于产生原因不同会呈现出绿色、棕色和无色。其产生的原因主要有以下几种:

①熔制不均匀。

②窑碹玻璃滴。

③耐火材料受侵蚀引起的条纹和节瘤。

在实际生产中，有时几种玻璃缺陷会同时产生，只有正确分析判断其产生的原因，才能及时加以解决。

玻璃的成型

玻璃的成型是指熔融的玻璃液转变为具有固定几何形状制品的过程。玻璃必须在一定的温度范围内才能成型。在成型时,玻璃液除作机械运动之外,还同周围介质进行连续热传递。由于冷却和硬化,玻璃首先由粘性液态转变为可塑态,然后再转变脆性固态。因此,玻璃的成型过程是极其复杂的多种性质不同作用的综合。

一、成型与定形

玻璃制品的成型过程和其他塑性材料相同,分为成型和定形两个阶段。第一阶段是赋予制品一定的几何形状,第二阶段是把制品的形状固定下来,玻璃的成型和定形是连续进行的,定形实际是成型的延续。定形所需要的时间比成型时间要长。决定成型阶段的因素是玻璃的流变性,即粘度、表面张力、弹性及其与温度的变化特征。决定定形阶段的因素是玻璃的热性质和周围介质影响下玻璃的硬化速度。

二、玻璃的主要成型性质(1)粘度

粘度(η)是玻璃重要的物理及工艺性质之一。它不仅对玻璃成型有重要的影响,也影响着玻璃的熔制和退火过程。玻璃的粘度随温度下降而增大的特性是玻璃制品成型和定形的基础。玻璃的粘度温度梯度(Δη／ΔT)大的是快凝玻璃(短性玻璃),反之为慢凝玻璃(长性玻璃)。

(2)表面张力

熔融玻璃的表面张力(σ)在玻璃的澄清、均化、成型以及玻璃液与耐火材料相互作用等过程中起着重要作用。如在成型时表面张力可使玻璃料滴自动形成球形，不用模型即可吹制圆形料泡;在玻璃纤维和玻璃管的拉制中能自然得到圆形截面;在爆口和烘口时，表面张力能使原来锐利的边缘变圆。表面张力对成型也有不利之处，如引上平板玻璃时会使原板发生收缩，压制成型时制品的锐棱会自动变圆，难以得到清晰的花纹等。

二、玻璃的主要成型性质(3)弹性

玻璃在高温下是粘滞性液体,而在低温下则是弹性固体。当玻璃从高温冷却至室温时,首先粘度成倍地增长,然后开始成为最初的弹性材料。玻璃由液体变为弹性材料的范围,称为粘－弹性范围。玻璃只要是在粘滞流动状态,就不会产生永久应力,也不会产生玻璃缺陷(如微裂纹等)。在大多数玻璃的成型过程中,可能以达到了弹性发生作用的温度,从而可能产生裂纹等缺陷。

二、玻璃的主要成型性质(4)比热、导热率、热膨胀、表面辐射强度和透热性

玻璃成型时的冷却速度决定于外界的冷却条件,也和玻璃自身的比热、导热率、表面辐射强度和透热性有关。玻璃的比热决定着它在成型过程中放出的热量,随着温度的下降玻璃的比热减小,在高温下硅酸盐玻璃的比热变化不大。玻璃的导热率、表面辐射强度与透热性愈大,玻璃的冷却速度愈快,成型的速度也就愈快。无色玻璃虽然导热率不高,但透明性好,透过辐射线的能力强,所以高温传热较好。有色玻璃的透热性差,中间的热量不易传到表面,所以成型时间要延长。

二、玻璃的主要成型性质三、玻璃的成型方法

最早的玻璃制品是人工捏塑的,随着机械工业的发展,玻璃成型经历了手工→半机械化→机械化的转变。现在已达到可利用计算机完全自动控制的程度。根据玻璃制品形状和大小的不同,可以选择最方便和最经济的成型方法。目前人工成型仅用于制作少量的高级器皿、艺术玻璃以及特殊形状的制品,而大多数工业玻璃制品均采用机械成型。主要的机械成型方法有压制法、吹制法、拉制法、浮法、压延法与浇铸法。

视频1、吹制法机械吹制法可以分为压—吹法、吹—吹法、转—吹法及带式吹制法等。用于成型各类空心制品。压—吹法:压—吹法的特点是先用压制的方法制成制品口部和雏形，然再移入成型模中吹制成制品。因为雏形是压制的，最终制品是吹制的，所以称为压—吹法。

（1)压—吹法（2)吹—吹法

此法的特点是先在带有口模的雏形模中制成口部和吹成雏形,再将雏形移入成型模中吹成制品。因为雏形和制品都是吹制的,所以称为吹—吹法。此法主要用于生产小口瓶

。

用压—吹法和吹—吹法制作瓶子的最典型的成型机械是行列式制瓶机。

（3)转—吹法：转—吹法是吹—吹法的一种。但在吹制时料泡不停地旋转。所用的模型是用水冷却的衬碳模。此法主要吹制薄壁器皿、电灯泡、热水瓶胆等。

（4)带式吹制法：此法是以液流供料的方式，使玻璃液从料碗中不断地向下流泻，经过用水冷却的辊筒压成带状。依靠玻璃本身的重力和扑气，在有孔的链带上形成料泡，再由旋转的成型模抱住料泡，吹成制品。带式吹制法主要用于生产电灯泡和水杯，其生产能力很大

。

2.压制法

机械化压制法与人工压制的成型部件是相同的,包括模型、冲头和模环。一般采用滴料供料机供料和自动压机成型。其成型过程示于图。压制法能生产多种多样的实心和空心玻璃制品,如玻璃砖、透镜、棱镜、绝缘子、电视机显象管的面板和锥体、耐热餐具以及水杯、烟灰缸、糖缸、花瓶、盘、碟、碗等日用器皿。压制法的特点是制品的形状比较精确,能压出外面带花纹的制品,工艺简便,生产能力较高。

3.拉制法

拉制法用于成型各种平板玻璃及玻璃管。其作用原理是对粘流状态的玻璃液施加拉力,使其变薄,并在不断变形中得到冷却而定形。20世纪初比利时人弗克发明了平板玻璃有槽垂直引上法,后来美国发展为无槽垂直引上法,1971年日本旭玻璃公司改造为对辊法。

总的来说,拉制法生产的平板玻璃平整度、光泽度较浮法玻璃差,波筋、条纹等缺陷很难完全避免。有逐渐被浮法取代的倾向。玻璃管的拉制分水平拉制和垂直引上(或引下)两类方法。

在玻璃液面保持均匀拉力,形成连续向上牵引的玻璃板。在板的两个边部加强冷却,造成一个半固化的边,加上板面两侧的两片大水包的冷却作用,使整个板面固化,以抵抗纵向拉引时板面的横向收缩。玻璃板在表层硬化,深层还较软时,在拉引力和重力的作用下不断变薄、定型,并在垂直引上机中进行退火,最后切割成片。

水平拉制采用丹纳法:此法可拉制外径2mm～70mm的玻璃管，主要用于制作安瓿瓶、日光灯、霓虹灯等的薄壁玻璃管。垂直拉制法一般用来生产厚壁管，其生产原理与垂直引上平板玻璃方法类似。

4.浮法生产平板玻璃

浮法是指玻璃液漂浮在熔融金属(如锡液)表面上生产平板玻璃的方法。其优点是玻璃表面质量高(接近或相当于机械磨光玻璃),拉引速度快,产量大,厚度可控制在1.7～30mm,宽度可达5.6m,便于大规模自动化生产。浮法玻璃的成型原理是让处于高温熔融状态的玻璃液浮在比它重的金属液表面上,受表面张力作用使玻璃液具有光洁平整的表面,并在其后的冷却硬化过程中加以保持,从而生产出接近于抛光表面的平板玻璃。

浮法玻璃的成型原理是让处于高温熔融状态的玻璃液浮在比它重的金属液表面上,受表面张力作用使玻璃液具有光洁平整的表面,并在其后的冷却硬化过程中加以保持,从而生产出接近于抛光表面的平板玻璃。

5.压延法

厚的平板玻璃、刻花玻璃、夹金属丝玻璃等都可用压延法来制造，一种是平面压延，另一种是辊间压延，第三种是连续压延法。

（1)平面压延法是将玻璃液倒在浇铸台的金属板上，用沉重的金属辊压延使之变为平板，然后进入隧道窑退火。

（2)辊间压延法是将玻璃液浇在承受板上，然后在压辊间压过展成平板送去退火。在辊间压延的情况下，玻璃板的两面冷却得大致一样，玻璃同成型面接触的时间短，能采用较冷的玻璃液，这可以减少玻璃厚度上的温度梯度。

5.压延法

（3)连续压延法的玻璃液由池窑的工作池沿流料槽连续流出，进入由两个用水冷却的中空压辊所组成的压延设备中，下面辊的直径远大于上面辊。压制成的玻璃板经辊式输送机送入退火炉中退火。6、浇铸法

在制造某些光学玻璃、建筑用装饰品和零件、艺术雕刻等玻璃时常常采用浇铸法。对于大直径的玻璃管、器皿和大容量的反应锅，则需采用离心浇铸法生产。（1)浇铸法成型就是将熔好的玻璃液注入模子或铸铁的平台上，经过退火冷却后即成制品。（2)离心浇铸法是将玻璃液注入高速旋转的模子中，由于离心力使玻璃熔体紧贴到模子的壁上，随着不断地旋转，玻璃硬化定形。

新型玻璃材料

一、光导纤维二、生物玻璃三、微晶玻璃四、节能型玻璃一、光导纤维光导纤维(简称光纤)是能够以光信号的形式传送信息(光束或图像)的、具有特殊光学性能的玻璃纤维。目前广泛应用于通讯、计算机、交通、电力、广播电视、微光夜视及光电子技术等领域。其主要产品有通讯光纤、非通讯光纤、光学纤维面板及微通道板等。

通讯光纤是利用光波导原理,由高折射率玻璃芯料和低折射率玻璃皮料组成的复合纤维,根据芯料折射率的分布,光纤有下图所示几种基本的波导结构。(1)多模阶跃型(又称突变型)

该种光纤的芯折射率为一恒值,芯与包层折射率之差为1％～2％,呈突变型。光束在芯包界面上进行全反射呈折线传输。

(2)多模梯度型(又称渐变型)

该种光纤的芯折射率呈抛物线状。光束在芯中以驻波方式进行传输。芯与包层折射率之差为1％。

(3)单模光纤

该种光纤的拆射率为恒值或三角形。芯径很细,只允许一个基模在芯中传输。主要应用于大容量的长距离通信干线系统。

二、生物玻璃

生物玻璃是指植入人体后能够达到某些特定生理或生物功能或用于修复人体的特种玻璃材料。生物玻璃在骨修复方面的特殊作用,是以往任何传统生物材料所不具备的。如Perio-Glas,NovaBone,ERMI,Douek—MED,Dermglass等,均取得良好的临床疗效。

生物玻璃的种类

从化学组成上来看,生物玻璃(Bioglass)是以Na2O—CaO—SiO2系统为基础外加P2O5少量其他氧化物的玻璃。其中以45S5玻璃为其典型代表。

生物玻璃的性能及应用

生物玻璃的最重要的特性是生物活性,所谓生物活性是指生物玻璃植入骨组织后,在人体液中可通过一系列的反应,在材料表面形成一层与人体骨骼的无机矿物非常类似的碳酸羟基磷灰石[HCA]。HCA的形成速度决定了玻璃与骨组成型成化学结合的速度。在骨科手术中经常需要一些具有特殊外形、较高机械强度、可与活骨组织形成牢固化学结合的植入部件。各种生物活性微晶玻璃就是针对这一情况而研制出来的。

三、微晶玻璃微晶玻璃是通过玻璃在加热过程中进行控制晶化而制得的含有大量晶体的多晶固体材料,又称玻璃陶瓷。微晶玻璃具有陶瓷与玻璃材料的共同特点,是一种特殊的材料。微晶玻璃具有许多其他材料所不具备的性能,如热膨胀系数可以调节(可制成零膨胀系数微晶玻璃),机械强度高,电绝缘性能优良,介电损耗小,介电常数稳定,耐磨蚀,热稳定性好及使用温度高等,因而作为结构材料,技术材料,光学和电学材料,建筑装饰材料等,广泛用于国防尖端技术,工业建筑及生活各个领域。

微晶玻璃的生产工艺

配合料制备－熔制－玻璃成型－加工－晶化处理－再加工(1)配合料制备

微晶玻璃的配方及工艺条件应满足一定要求,玻璃易于熔制且不被污染。从配合料制备工艺方法上来看,微晶玻璃采用与普通工业玻璃相同的工序进行配料。(2)熔制及成型

熔制微晶玻璃时,熔制温度及保温时间,炉气气氛对熔制过程都有重要影响。微晶玻璃的组成中难熔组分多,熔制温度一般较高,在1500℃～1600℃。所以熔窑耐火材料的种类及质量对玻璃液质量影响较大。任何一种工业玻璃的成型方法,如吹制、压制、拉制、压延、浇铸等,均适应于微晶玻璃的成型。

三、微晶玻璃(3)晶化热处理

热处理是微晶玻璃产生预定晶相和玻璃相的关键工序,微晶玻璃的结构,取决于热处理的温度制度,热处理时,玻璃中先后发生分相、晶核形成、晶体生长及二次结晶生长等过程。对于不同种类的微晶玻璃,都有自己特殊的热处理温度制度。

三、微晶玻璃四、节能型玻璃

节能装饰型玻璃就是能够满足这种要求，集节能性和装饰性于一体的玻璃。节能装饰型玻璃通常具有令人赏心悦目的外观色彩，而且还具有特殊的对光和热的吸收、透射和反射能力

。

（一)吸热玻璃

（二)热反射玻璃

（三)功能玻璃（一)吸热玻璃

吸热玻璃是能吸收大量红外线辐射能