玻璃工艺学-130425

广义的玻璃包括单质玻璃、有机玻璃和无机玻璃，狭义的玻璃仅指无机玻璃。

玻璃具有良好的光学和电学性能，较好的化学稳定性，有一定的耐热性能，透明而质硬，可以用多种成型方法和加工方法制成形状多变、大小不一的玻璃制品，并且可以通过调整玻璃的化学组成改变其性能，以满足不同使用条件的需要。

制造玻璃的原料易于获得，价格低廉。

因此，玻璃制品被广泛应用于建筑、轻工、交通、医药、化工、电子、航天等各个领域。

一.平板玻璃概况平板玻璃是与国民经济和人民生活密切相关的极为重要的原材料和生活资料。

机制平板玻璃自 20 世纪问世以来，有诸多的生产方法，如：有槽法、无槽法、平拉法、对辊法和格拉威伯尔法，总称为传统工艺。

采用上述方法生产的平板玻璃统称为普通平板玻璃。

1957 年，英国人匹尔金顿 (Pilkington) 发明了浮法工艺 (PB 法 ) ，并获得了专利权。

匹尔金顿公司于 1959 年建厂，生产出质量可与磨光玻璃相媲美的浮法玻璃，拉制速度数倍乃至十数倍于传统工艺，生产成本却相差无几。

1963 年美国、日本等玻璃工业发达的国家，争先恐后地向英国购买 PB 法专利，纷纷建立了浮法玻璃生产线，在极短的时间内，浮法玻璃取代了昂贵的磨光玻璃，占领了市场，满足了汽车制造工业的要求，使连续磨光玻璃生产线淘汰殆尽。

随着浮法玻璃生产成本的降低，可生产品种的扩大 (O ． 5 ～ 50ram 厚度 ) ，又逐步取代了平板玻璃的传统工艺，成为世界上生产平板玻璃最先进的工艺方法。

1975 年，美国匹兹堡公司 (PPG) 发明了新浮法 (LB 法 ) ，并获得了专利权。

浮法工艺的出现，使世界平板玻璃产量有了大幅度的提高，从 1960 年的 434 万 t 增长到 1990 年的2300 万 t ，折合 2mm 厚玻璃 46 亿 m 2 ，平均年增长率％，其中浮法玻璃约占 80 ％， 1994 年世界平板玻璃的产量约为 2500 ～ 2600 万 t 。

《玻璃工艺学》教学大纲课程编号：083077课程名称：玻璃工艺学英语名称：课程类型：专业限选课总学时：48 讲课学时：44 实验学时：4学分：3适用对象：材料科学与工程无机材料专业方向先修课程：材料科学、材料工程、热工工程和设备、工业窑炉一、课程性质、目的和任务玻璃工艺学是无机非金属材料专业的主要专业课。

主要讲授玻璃组成结构物理化学性能、生产工艺过程及设备及各种制品的生产工艺和玻璃加工。

目的是使学生掌握玻璃生产制备的基本原理、工艺过程和设备，使之胜任玻璃生产工艺工程师的基本技术要求。

教学基本要求玻璃工艺学课程教学主要包括生产实习、课堂教学和实验教学三部分内容。

生产实验内容主要是分解掌握玻璃生产工艺过程，从原料选择配合料制备、玻璃熔制和熔制设备、玻璃成型工艺和成型设备、玻璃退火工艺和退火设备、动力、运输和总图布置以及玻璃加工工艺过程及设备。

生产实习在玻璃生产厂家现场实施。

二、教学内容及要求课程教学内容主要以西北轻工业学院主编的《玻璃工艺学》和武工大出版社龙逸主编《玻璃加工》为主要教学参考书，主要讲授玻璃组成、结构、物理化学性能、生产工艺原理及过程设备、各种玻璃制品的生产工艺和玻璃加工工艺过程及设备。

§ 1.绪论：玻璃品种、特性、应用及行业概况§ 2.玻璃物理化学特性2.1玻璃组成、结构2.2玻璃生成规律2.3玻璃体和熔体相变2.4玻璃的粘度2.5玻璃的表面特性和化学稳定性2.6玻璃机械和热学性能2.7玻璃的光学性能2.8玻璃着色和脱色2.9玻璃性能测试技术和设备§ 3.玻璃工艺学基础3.1玻璃原料、配合料制备过程及设施3.2玻璃的熔制过程工艺和玻璃体缺陷3.3玻璃熔制设备3.4玻璃的成型工艺和成型设备3.5玻璃的退火及淬火工艺§ 4.玻璃制品生产工艺4.1平板和浮法玻璃生产工艺及设备4.2瓶罐和器皿生产工艺及设备4.3药用和仪器玻璃生产工艺及设备4.4光学和颜色玻璃生产工艺4.5微晶玻璃和搪瓷玻璃生产工艺4.6光源和电真空玻璃生产工艺4.7玻璃纤维和光导纤维生产工艺§ 5.加工玻璃的品种、应用、工艺过程和经济分析5. 1镀膜玻璃和玻璃镜5. 2夹层玻璃5. 3钢化玻璃5.4中空玻璃5.5釉面彩饰玻璃5.6玻璃加工预前处理过程四、实践环节生产实习(生产现场工艺过程设备)工艺设计(设计、规划、技术经济分析)实验教学（综合实验和课程实验）五、课外习题及课程讨论玻璃品种成份设计、性能计算、料方计算玻璃新品种的应用和工艺的新进展六、教学方法与手段1．课堂讲授、专题讨论2．生产实习、工艺实验、综合实验3．工艺设计、窑炉设计八、考核方式考核考查结合，课程部分闭卷或开卷考试，习题、讨论、实习、设计、实验、考查评定。

第一节概述1．物质的玻璃态自然界中，物质存在着三种聚集状态，即气态，液态和固态。

固态物质又有两种不同的形式存在，即晶体和非晶体（无定形态）。

玻璃态属于无定形态，其机械性质类似于固体，是具有一定透明度的脆性材料，破碎时往往有贝壳状断面。

但从微观结构看，玻璃态物质中的质点呈近程有序，远程无序，因而又有些象液体。

从状态的角度理解，玻璃是一种介于固体和液体之间的聚集状态。

对于“玻璃”的定义，二十世纪四十年代以来曾有过几种不同的表述。

1945年，美国材料试验学会将玻璃定义为“熔化后，冷却到固化状态而没有析晶的无机产物”。

也有将玻璃定义扩展为“物质（包括有机物，无机物）经过熔融，在降温冷却过程中因粘度增加而形成的具有固体机械性质的无定形物体”。

我国的技术词典中把“玻璃态”定义为；从熔体冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状态。

其实，在上世纪八十年代，有人提出上述定义‘是多余的限制’。

因为，无机物可以形成玻璃，有机物也可以形成玻璃，显然早期的表述并不合适。

另外，经过熔融可以形成玻璃，不经过熔融也可以形成玻璃，例如，经过气相沉积，溅射可得到非晶态材料，采用溶胶-凝胶法也可以得到非晶态材料，可见后期的表述也并不妥当。

现代科学技术的发展已使玻璃的含义有了很大的扩展。

因此，有人把具有下述四个通性的物质不论其化学性质如何，均称为玻璃。

这四个通性是；（1）各相同性。

玻璃的物理性质，如热膨胀系数，导热系数，导电性，折射率等在各个方向都是一致的。

表明物质内部质点的随机分布和宏观的均匀状态。

（2）介稳性。

熔体冷却成玻璃体时并没有处于能量最低的状态，仍然有自发转变为晶体的倾向，因而，从热力学的观点看，处于介稳状态。

但常温下玻璃的粘度非常大，自发转变为晶体的速度非常慢，所以，从动力学的观点看，它又是非常稳定的。

（3）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性。

玻璃态物质由熔体转变为固体是在一定温度区间（转化温度范围）进行的，性质变化过程是连续的和可逆的，它与结晶态物质不同，没有固定的熔点。

《玻璃工艺学》笔记DOC第一章玻璃的结构与性质第一节玻璃的定义与通性一、玻璃外观:即不同于液体,也不同于固体,透明或半透明,断裂时呈贝壳状。

结构:以硅酸盐为主要成分的无定形物质。

性质:冷却时不析晶,凝固时又硬又脆.狭义:熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质。

广义:呈现玻璃转变现象的非晶态固体。

【玻璃的定义】玻璃是由熔体过冷所得,随着粘度逐渐增大而固化,具有较大脆性和硬度. 宏观性能类似于固体,微观结构上具有近程有序,远程无序的无定形物质。

结构特征：局部原子具有类似于晶体的有序排列,宏观上原子排列类似于液体无序.即“近程有序,远程无序”二、玻璃的通性1.各向同性2.介稳性3.无固定的熔点4.从熔融态向玻璃态转化时物化性质随温度变化的连续性与可逆性5.物理、化学性质随成分变化的连续性第二节玻璃结构：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一.玻璃结构学说（一）晶子学说1.理论依据：兰德尔1930年提出微晶学说，微晶和无定形两部分组成，有明显的界限。

列别捷夫玻璃在520℃退火时,玻璃折射率变化反常,在500℃之前呈线性分布,在520~ 590之间,突然变小,因为石英在573℃的晶型转变,故推断玻璃中存在高分散石英微晶(晶子)聚集体.2.观点硅酸盐玻璃的结构是由各种不同的硅酸盐和SiO2的微晶体(晶子)所组成的。

晶子是带有晶格极度变形的有序区域,不具有正常晶格构造。

晶子分散在无定形介质中,过渡是逐渐完成的,无明显界线。

3.意义：第一次提出玻璃中存在微不均匀性和近程有序性。

（二）无规则网络学说1.理论依据1932,查哈里阿森硅胶中存在1~10nm的不连续颗粒,图谱中有明显小角散射.玻璃中均匀分布,故结构是连续的、非周期性的.方石英具有清晰的、周期性的衍射峰，说明晶体排列有周期性的.衍射带中主峰位置一致,说明结构单元一致[SiO4]，石英玻璃与方石英中的原子间距相等.计算得知玻璃中Si-O间距1.62A,而方石英中为1.60A.2.基本观点：成为玻璃态的物质与相应的晶体结构一样,也是由一个三度空间网络组成,这种网络由离子多面体（四面体或三角体）构筑而成，晶体结构网由多面体无数次有规则、重复构成，而玻璃体结构中多面体缺乏对称性和周期性的重复。

第1篇一、课程概述玻璃工艺学是一门研究玻璃材料的生产、加工和应用技术的学科。

它涉及玻璃的物理、化学、力学以及加工工艺等多个方面。

本课件旨在介绍玻璃的基本原理、生产工艺、加工技术以及应用领域，为学生提供系统的玻璃工艺学知识。

二、课程内容第一部分：玻璃的基本原理1. 玻璃的定义与分类- 定义：玻璃是一种非晶态固体，由熔融的硅酸盐、氧化物或金属氧化物冷却固化而成。

- 分类：按成分分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等；按用途分为建筑玻璃、光学玻璃、器皿玻璃等。

2. 玻璃的物理性质- 热稳定性：玻璃具有较好的热稳定性，但温差过大时易破裂。

- 透明度：玻璃具有较高的透明度，但颜色、成分等因素会影响其透明度。

- 机械强度：玻璃的机械强度较低，但通过加工可提高其强度。

3. 玻璃的化学性质- 化学稳定性：玻璃具有良好的化学稳定性，不易与酸、碱反应。

- 玻璃的腐蚀：玻璃在特定条件下会被腐蚀，如硫酸、硝酸等。

第二部分：玻璃的生产工艺1. 玻璃的原料- 硅砂：提供硅元素，是玻璃生产的主要原料。

- 石灰石：提供钙元素，用于降低玻璃的熔点。

- 长石：提供铝、钠、钾等元素，调节玻璃的性质。

2. 玻璃的生产过程- 熔制：将原料在高温下熔融，形成玻璃液。

- 熔化：将玻璃液在高温下加热，使其达到熔融状态。

- 拉制：将熔融的玻璃液拉成细长的玻璃棒。

- 烧结：将玻璃棒在高温下烧结，形成玻璃板。

3. 玻璃的冷却- 快速冷却：通过水冷或风冷，使玻璃迅速固化，减少内应力。

- 缓慢冷却：通过自然冷却或缓慢加热，使玻璃均匀冷却，减少内应力。

第三部分：玻璃的加工技术1. 切割- 机械切割：使用切割机将玻璃切割成所需尺寸。

- 热切割：使用火焰或激光将玻璃切割成所需尺寸。

2. 磨光- 机械化磨光：使用磨光机将玻璃表面磨光。

- 手工磨光：使用砂轮、磨棒等工具手工磨光。

3. 抛光- 机械化抛光：使用抛光机将玻璃表面抛光。

- 手工抛光：使用抛光布、抛光膏等工具手工抛光。

硼氧反常：纯B2O3玻璃中加入Na2O ，各种物理性质出现极值的现象。

硼反常：在钠硅玻璃中加入氧化硼时，性质变化曲线出现极值的现象。

玻璃：玻璃是一种具有无规则结构的非晶固体，其原子不象晶体在空间作长程有序的排列，而近似于液体具有短程有序长程无序的排列。

积聚作用：和非桥氧发生结合中与多余电荷的作用解聚作用：提供多余的氧原子，使原有的桥氧变成非桥氧，使硅氧网络发生断裂网络外体氧化物：不能单独生成玻璃，不参加网络体，处于网络之外。

若是“游离氧”的提供者，起断网作用；若是断键的积聚者，起积聚作用。

网络生成体氧化物：能单独生成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系。

起骨架作用。

网络中间体氧化物：不能单独生成玻璃，作用介于网络生成体氧化物与网络外体氧化物之间。

当配位数≥6时，处于网络之外，作用与网络外体氧化物相似；当配位数为4时，能参加网络，起补网作用。

玻璃的热历史：指玻璃从高温液态冷却，通过转变温区和退火温区的经历。

玻璃的通性：1.各向同性2.亚稳性3.无固定熔点4.性质变化的连续性5.性质变化的可逆性为什么有亚稳性？1.玻璃由熔体急剧冷却得到，由于冷却速度快，粘度急剧增大，质点来不及作有规则的排列。

系统内能不是处于最低值，而是处于亚稳态。

（热力学观点看，玻璃态不稳定）2.常温下，玻璃粘度远远大于析晶粘度，玻璃析晶必须克服很大的析晶势垒，玻璃结晶速度非常小，即析晶可能性很小，因此常温下玻璃能够稳定存在。

（动力学观点看，玻璃态稳定）为什么无固定熔点？1.物质由熔体向固态玻璃转变时，随着温度降低，熔体的粘度逐渐增大，最后形成固态玻璃，此凝固过程中，相应温度变化范围宽。

2.在此温度变化范围内，始终没有结晶，即没有新晶相形成而产生突变，形成熔点。

玻璃的结构：指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度及它们彼此间的结合状态。

主要的玻璃结构学说：晶子学说、无规则网络学说、凝胶学说、五角对称学说、高分子学说一．晶子学说：晶子学说论点是玻璃是由无数晶子所组成, 这些晶子不同于微晶, 是带有点阵变形的有序排列区域, 分散在无定形介质中, 且从晶子到无定型区的过的过度是逐步完成的, 两者间并无明显界限。