玻璃工艺原理
主要学习内容
❖ 第一篇 玻璃理论基础
绪论 第1章 玻璃的结构和组成 第2章 玻璃的形成规律 第3章 熔体和玻璃的相变 第4章 玻璃和粘度和表面性质 第5章 玻璃的力学性能及热学性能 第6章 玻璃的化学稳定性 第7章 玻璃的电学和磁学性质 第8章 玻璃的光学性质 第9章 玻璃的着色和脱色
西方学者认为：料器墓在汉、唐代已有，但吹制玻璃技术最早
在17－18世纪
❖ 随后，科学工作者利用光谱分析发现：在北中燕国古玻璃中含有
PbO和BaO的成分。而西方到公元7世纪从希腊的罗得群岛 才发现含铅玻璃，而含BaO的玻璃要到18世纪才出现。
玻璃是怎么发明的？
玻璃的发展史
❖ 公元前1世纪，古罗马人熔制出透明玻璃，并发明玻璃吹制 技术
氧化钡 网络外体
提高玻璃密度、折射率 增长料性
降低化学稳定性
氧化锌
网络中间体
降低玻璃热膨胀系数，提高化学 稳定性和热稳定性
高折射率，低色散
氧化铅
网络中间体
折射率高，吸收短波辐射能力强 电阻率大，介电损耗小
色散高
1.13 各种氧化物在玻璃中的作用
名称
位置
优势
缺点
❖名氧多称化价钛 金属网位氧络中化置间物 提高折射率、密优度势、色散和 容易引起缺析晶点
1.1 玻璃的定义和通性
玻璃是结构上完全表现为长程无序，短程有序、 性能上具有玻璃转变特性的非晶态固体。
玻璃态物质具有如下四大特性： （1）各向同性 （2）介稳性 （3）无固定熔点 （4）性质变化的连续性和可逆性。
1.2 玻璃的结构
❖ 玻璃的结构是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。
1.4 常见的单元系统玻璃
（1）石英玻璃
•结构单元➢结—构—单硼元氧—三—角[体PO[B4O]，3]顶 •B－O键角强相大连（119Kcal/mol），但
（结构2单）元[S氧iO4化] ——硼S玻i原子璃的SP由3杂于化轨层道状➢结因构存，在导带致双氧键化的硼不玻对璃称性中能
（3）五氧化二磷玻璃 σ键在影晶响体，中S，i－SOi原－子S和i键O角原在子1之20间－的1变8Л0键0坏之成间。分可相变心同，；而形在成玻层璃中状受结Si构－O，键并的 导
开罗埃及博物馆
湖北江陵望山出藏土于—大—英战博国物中馆
期，约329BC
玻璃——来自埃及？中国？
事实证明：中国和埃及各自 北
❖魏
中掘国的制古造玻玻璃璃是清乾比从欧埃洲及西安李迟传得入多—清乾—隆一金些星天西北周鸡方水学盂者唐代 认为：中国发
❖ 30年独代初立，发一隆批明具有了静训中玻国古璃代艺生术产特征技的玻术璃制品出土——
璃生产技术。
玻璃工业发展的热点
玻璃工业的发展取决于以下四个方面：
❖ 生产效率
制造工艺
❖ 能耗
原材料 提高玻璃强度和质量
❖ 环保和再循环问熔炉题技术 熔化后工从艺分子水平上了解玻璃的性
❖ 玻璃的新用途 工艺改进能与其它材料的相互作用
以及这些作用的物理现象
在熔化、澄清和形成玻璃 时的化学变化
第1章 玻璃的结构和组成
根据无规则网络学说：按照元素与氧结合的单键能的大 小和能否生成玻璃，可将氧化物分为：
分类 网络形成体 网络外体 网络中间体
能否单独生成 玻璃
键性
能
否
共价－离子混合键 离子键为主
否
离子性大于共价性
单键能 Kcal/mol
阳离子配位数
>80 3或4
多面体连接方 顶角相连
式
<60
60~80
大于等于6
4或6
❖ 玻璃的分相：玻璃在冷却或热处理过程中，内部形 成两个互不相溶的液相（玻璃相）。
1.3 玻璃结构和熔体结构的关系
❖ 玻璃的结构除了与成分有关外，在很大程度 上与熔体形成的条件、玻璃从熔融态向玻璃 态转变的过程有关。
❖ 玻璃是过冷液体，玻璃的结构是熔体结构的 延续。
❖ 玻璃在某一温度范围内保持与该温度对应的 平衡结构状态和性能。
❖ 无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续 性、统计均匀性与无序性。
❖ 同时根据各种氧化物在玻璃中的作用，将其 分为玻璃网络形成体、网络外体和网络中间 体。并指出氧化物形成玻璃的条件。
1.2 玻璃的结构
❖ 玻璃的结构是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。
❖ 近代玻璃结构假说：晶子学说、无规则网络学说、 凝胶学说、五角形对称学说、高分子学说等。
优势
缺点
（1）碱土金属氧原化料便物宜C，易a于O成、形，M具g有O良、好 BaO 氧（化2）钙Zn网O络、外体CdO的高、机玻械璃P强的b度电O和气化绝学缘稳性定能性和能稳，定提性 料性变短－脆性较大
氧化镁 中间体
提高玻璃弹性 可使静电引力增强、结构紧密 改善料性和脆性
含MgO高的玻璃在水或碱 液的作用下，很容易引 起脱片现象
（3）热膨0胀.010系数温度的变化速度
Tf
高粘T1质0f相点于度在 部 的10P当之靠的永aT较.于间近结久sf温的小粘按T构位温g度度照，基移温度为化时团的度质1学仍能时，0点键8具力，～玻和流有，玻结璃一可璃晶内定以
动化学扩消规除散律内较进部行快应结力，构和温微结观度构重的排不，
变从典化均型匀速的性度液，态对但逐由玻渐于璃转粘变的度为很类大，
磷酸盐玻璃结构
❖ 当P2O5熔体中加入Na2O时，从层状变成链状
❖ 加入Al2O3，B2O3时，则由层状变为架状
❖ 磷酸盐玻璃主要用于光学玻璃、半导体材料、 耐氢氟酸玻璃等
其它氧化物玻璃
❖ 在元素周期表中可能形成玻璃的元素：
其它
❖ 逆性玻璃 ❖ 硫属化合物玻璃
✓S•同,S时e,T存e。在包两括种硫以属上单大质小、不硫同， 属所之带间电，荷硫不属同与的其金它属金离属子（，As即、使 Sb桥、氧G平e等均）数形小成于的2也玻可璃能。形成玻
玻璃的用途
玻璃——来自埃及？中国？
埃距中穿及今孔国— 5玻5——0璃—0埃珠多西及，年周以古（及墓距战，今国玻30时璃0期0珠多的年，彩）色白料色珠
河南洛阳——战国
山西太原赵卿墓出土玻璃“蜻 砂蜓釉眼蜻”蜓珠眼—项—链春，秋15到00战BC国，初
美索不达米亚最早用卷芯法制备的瓶子 发掘于乌尔的卡西特墓，1300BC
பைடு நூலகம்
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x=15
0.000 空位理论：当玻璃急速冷却时，大量的空位来不及移
动而0 被冻100结，若200 在转30变0 温区400内保5持00 一定600的时间，则空位
浓度逐渐减少，直te到mp达ratu到re。某C 一平衡值。
1.15 玻璃的成分、结构与性能之间的关系
❖ 玻璃的成分通过结构决定性能。 ❖ 玻璃的性能可以分为两大类： （1）具有迁移特性－不可加和－某种离子的
硅酸盐玻璃结构
❖ 在熔融石英中加入碱金属氧化物，使原有的 三维网络结构发生解聚作用。助熔，但使性 能变坏。
❖ CaO等碱土金属氧化物，改善结构。MgO改 善料性；Al2O3提高化学稳定性和热稳定性。
❖ 目前实用的钠钙硅玻璃成分：SiO2（72～
76wt％),CaO（6～11wt %),Na2O
硼酸盐玻璃结构
（1）氧化体 铝 氧（化铝2）氧网络化中硼间体
氧（化3锆）氧化网络镧外体
电补阻网率 降密低度玻、璃折的射热率膨、胀介系电数常数、弹性 提模高量化等学性稳质定呈性现连续增大
难熔
使电学性 质变坏
提热高膨化胀学系稳数定通性常是降低的 难熔
（4）氧化铋 氧（化硼5）氧网[BO络化3形] 锆/成[B体O4]
提有高效玻吸璃收的慢粘中度子、硬度和折
❖ 11－15世纪，玻璃制造中心在威尼斯 ❖ 16世纪，玻璃技术传到欧洲，十八世纪捷克“波西米亚水晶” ❖ 1790年，瑞士人狄南发明搅拌法制造光学玻璃 ❖ 1828年，法国罗宾发明吹制玻璃的机器 ❖ 19世纪中叶，发生炉煤气和蓄热室池炉应用于玻璃工业生产 ❖ 19世纪末，德国阿贝和肖特对光学玻璃进行系统研究 ❖ 20世纪，玻璃生产技术飞速发展，1959年开始采用浮法玻
主要学习内容
❖ 第二篇 玻璃工艺基础
第10章 原料及原料的选择 第11章 配合料的制备 第12章 玻璃的熔制 第13章 玻璃体的缺陷 第14章 玻璃的成形 第15章 玻璃的退火和钢化 第16章 玻璃的加工 第17章 玻璃表面处理技术 第18章 玻璃工业的环境保护
考核方式
❖ 平时成绩占40％，期末考试成绩占60％。
❖ 近代玻璃结构假说：晶子学说、无规则网络学说、 凝胶学说、五角形对称学说、高分子学说等。
❖ 玻璃的分相：玻璃在冷却或热处理过程中，内部形 成两个互不相溶的液相（玻璃相）。
晶子学说
列别捷夫
❖192玻1 璃由无数“晶子”所组成，晶子是具有晶 “微晶格”变发生形晶型的转变有序排列区域，分散在无定形介质
游离网络之外 游离或补网
1.13 各种氧化物在玻璃中的作用
❖ 碱金属氧化物
（1）断网（Na、K） （2）积聚（Li）
给出游离氧的能力
离子半径 场强
（3）混合碱效应
在二元碱硅玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物的总含量不变，用一种碱金属 氧化物逐步取代另一种时，玻璃的性质不是呈直线变化，而是出现明显的极值， 这一效应称为混合碱效应，或中和效应。