无机非金属材料工学(玻璃)

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1、第 二 篇 玻 璃 工 艺 学 第 一 章 引 言 一 、 定 义 广 义 ： 凡 是 具 有 非 晶 钛 结 构 的 固 体 材 料统 称 为 玻 璃 。狭 义 ： 从 熔 体 中 冷 却 ， 在 室 温 下 还 保 持熔 体 结 构 的 固 体 材 料 。 即 无 机 玻 璃 。 二 、 分 类 按 成 分 ： 单 质 玻 璃 、 有 机 玻 璃 、 无 机 玻璃 。 按 用 途 ： 平 板 玻 璃 （ 建 筑 、 日 用 玻璃 ） 、 光 学 玻 璃 、 器 皿 玻 璃 、 工 艺 玻 璃（ 医 用 、 仪 器 、 激 光 玻 璃 ） 。 平 板 玻 璃 按 生 产 工 艺 又 分 为

2、： 浮 法 玻璃 、 垂 直 引 上 玻 璃 （ 提 拉 玻 璃 ） 、 压 延玻 璃 等 。 三 、 玻 璃 工 业 发 展 史15万 年 前 人 类 首 先 就 利 用 天 然 黑 曜 岩 薄片 做 窗 户 玻 璃 ， 7000B.C.海 盗 船 无 意 中发 现 了 人 造 玻 璃 的 配 方 。 3500 1500年前 开 始 制 造 玻 璃 纤 维 。 直 到 200A.D.才 开始 “ 平 板 ” 玻 璃 。 1957年 ， 英 国 首 先 首先 发 明 浮 法 玻 璃 专 利 ， 1963年 美 国 购 买了 该 专 利 。 1975年 ， 美 国 发 明 新 浮 法 专利 。

3、我 国 1971年 在 洛 阳 首 先 引 进 浮 法 生产 线 ， 现 有 30多 条 生 产 线 。 目 前 我 国 浮法 玻 璃 供 不 应 求 ， 各 地 正 在 加 紧 上 线 。 第 二 章 玻 璃 的 通 性 包 括 ：一 、 各 向 同 性 二 、 介 稳 性 （ 亚 稳 性 ） 三 、 无 固 定 熔 点 四 、 性 质 变 化 的 连 续 性 和 可 逆 性 一 、 各 向 同 性 在 同 一 块 玻 璃 中 所 有 的 物 理 化 学 性 能 在各 个 方 向 均 相 同 。 二 、 介 稳 性 （ 亚 稳 性 ）由 于 玻 璃 熔 体 在 冷 却 过 程 中 粘 度 迅

4、 速 重大 ， 来 不 及 结 晶 就 成 为 固 体 。 所 以 保 留了 熔 体 的 结 构 ， 造 成 体 系 内 能 不 是 最 小 ，即 亚 稳 态 。 图 2 1。 图 2 1 玻 璃 体 系 内 能 随 温 度 变 化 图 三 、 无 固 定 熔 点由 于 玻 璃 形 成 过 程 中 由 熔 体 向 固 体 转 变是 在 一 定 的 温 度 范 围 内 进 行 的 ， 所 以 其熔 化 过 程 也 是 在 一 定 的 温 度 范 围 内 而 不是 某 一 温 度 点 。 四 、 性 质 变 化 的 连 续 性 和 可 逆 性决 定 于 其 形 成 过 程 。 第 二 节 玻 璃

5、结 构 的 假 说 包 括 ：一 、 晶 子 说 二 、 无 规 则 网 络 学 说 一 、 晶 子 说 由 兰 德 尔 （ Randell） 1930年 提 出 ， 认 为玻 璃 是 由 80%的 直 径 等 于 1.0 1.5nm左右 的 微 晶 组 成 ， 晶 体 取 向 无 序 。 二 、 无 规 则 网 络 学 说由 查 哈 里 阿 森 （ Zachariasen） 1932年 提出 ， 认 为 玻 璃 中 硅 氧 以 共 价 键 结 合 在 三维 空 间 内 形 成 连 续 的 网 络 。 强 调 了 结 构玻 璃 的 连 续 性 、 统 计 均 匀 性 、 无 序 性 。 两 种

6、 观 点 的 相 同 之 处 是 都 认 为 是 近程 有 序 而 远 程 无 序 ， 不 同 之 处 是 近程 程 度 不 同 。 第 三 节 粘 度 一 、 玻 璃 的 定 义指 面 积 为 S的 二 平 行 液 层 ， 以 一 定 速 度 梯度 dv/dx移 动 时 需 要 克 服 的 内 摩 擦 力 。 = sdv dx 粘 度 系 数 （ PaS） 二 、 玻 璃 粘 度 参 考 点1 应 变 点 ： （ 1013.6PaS） 应 力 在 几 小 时 内 消除 的 温 度 点 ；2 转 变 点 （ Tg） ： (1012.4 PaS) 的 温 度 ；3 退 火 点 ： （ 1012P

7、aS） 应 力 在 几 分 钟 内 消除 的 温 度 点 ；4 变 形 点 ： 1010 1011PaS的 温 度 ；5 软 化 温 度 （ Tf） (3 5) 106PaS的 温 度 ；6 操 作 范 围 ： （ 103 106.6PaS） 成 型 时 玻璃 表 面 的 温 度 ；7 熔 化 温 度 ： （ 10 PaS） 的 温 度 ；8 自 动 供 料 机 供 料 粘 度 ： （ 102 103PaS）的 温 度 。 三 、 玻 璃 粘 度 与 成 分 的 关 系1 SiO2、 Al2O3、 ZrO2含 量 升 高 ， 粘 度 增 大 ；2 碱 金 属 氧 化 物 R2O含 量 升 高

8、， 粘 度 降 低 ；3 碱 土 金 属 氧 化 物 MO含 量 升 高 ， 粘 度 增 大 ；4 PbO、 CdO、 Bi2O3、 SnO含 量 升 高 ， 粘 度增 大 ； 5 Li2O、 ZnO、 B2O3含 量 升 高 ， 增 加 低 温 粘度 ， 而 降 低 高 温 粘 度 。 四 、 玻 璃 粘 度 与 温 度 的 关 系总 体 上 玻 璃 粘 度 与 温 度 成 反 比 。 图 2 2。满 足 ：Log =a+b/T （ a、 b为 常 数 ） 图 2 2 硅 酸 盐 玻 璃 弹 性 、 粘 度 与 温 度 关 系 图 五 、 玻 璃 粘 度 的 近 似 计 算 1 奥 霍 琴

9、法 ： 适 用 于 含 MgO、 Al2O3的 Na-Ca-Si系 玻 璃 。 且 各 主 要 氧 化 物 含 量 范 围 为 Na2O 12% 16%， CaO+MgO 5% 12%，Al2O3B2O3BaOAl2O3PbOK2ONa2O（ MgO、 FeO）提 高 抗 压 强 度 A l 2 O 3 M g O B2O3Fe2O3PbO 2 缺 陷 ： （ 微 观 、 宏 观 ） 3 温 度 ： 图 2 4。 4 内 应 力 （ 残 余 应 力 ） 图 2 4 玻 璃 强 度 与 温 度 的 关 系 三 、 硬 度 和 脆 性 1 硬 度 ： 抗 其 它 物 体 的 侵 入 能 力 。 加

10、 入不 同 的 氧 化 物 可 提 高 玻 璃 的 硬 度 ， 其 顺序 为 SiO2 B2O3 MgO（ ZnO、 Ba0） Al2O3 2 脆 性 ： 当 负 荷 超 过 玻 璃 极 限 强 度 时 立即 破 裂 的 特 性 ， 用 冲 击 强 度 表 示 。 淬 火玻 璃 的 冲 击 强 度 比 退 火 玻 璃 的 冲 击 强 度大 5 7倍 。 引 入 半 径 较 小 的 阳 离 子（ Li2O、 BeO、 MgO、 B2O3） 可 降 低 玻璃 的 脆 性 。 而 引 入 大 半 径 的 阳 离 子（ Ru2O、 CaO） 可 提 高 玻 璃 的 脆 性 。 第 七 节 玻 璃 的

11、热 学 性 质 一 、 热 膨 胀 性 热 膨 胀 对 玻 璃 的 成 型 、 退 火 、 钢 化 、 封接 及 热 稳 定 性 都 有 影 响 。 玻 璃 的 热 膨 胀 变 化 范 围 很 大 ， 从 负 膨胀 （ 微 晶 玻 璃 ） 直 到 200 10-7/ （ 非 氧化 物 玻 璃 ） 。 热 膨 胀 系 数 分 为 线 膨 胀 系 数 和 体 积 膨胀 系 数 。 二 、 影 响 因 素 1 温 度 ： 成 正 比 ； 2 热 历 史 ： 与 玻 璃 退 火 、 淬 火 、 析 晶 （ 种类 、 大 小 ） 都 有 关 系 。 3 化 学 组 成 ： 取 决 于 阴 阳 离 子 间

12、 的 吸 引 力 。 f=2Z/a2 f-阴 阳 离 子 间 的 吸 引 力 ； Z电 价 ； a间 距 f越 大 ， 热 振 动 越 小 ， 膨 胀 就 越 小 。 第 八 节 玻 璃 的 化 学 稳 定 性 一 、 侵 蚀 机 理 1 水 对 玻 璃 的 侵 蚀 ： 水 中 的 H+与 玻 璃 中的 Na+发 生 交 换 反 应 ， 而 后 进 行 水 化 、 中和 反 应 ； Si-Na+H+-OH= Si-OH+NaOH Si-OH+ H+-OH=Si-（ OH） 4Si-（ OH） 4+ NaOH=Si（ OH） 30-Na+（ 硅 酸 钠 ） +H2O 2 酸 对 玻 璃 的 侵

13、蚀 ： 高 碱 玻 璃 的 耐 酸 性小 于 耐 水 性 ， 而 高 硅 玻 璃 的 耐 酸 性 大 于耐 水 性 。 因 酸 不 与 硅 质 玻 璃 发 生 反 应 ，只 是 酸 中 的 水 与 玻 璃 起 作 用 。 同 时 ， 玻璃 侵 蚀 产 生 的 碱 可 被 中 和 ， 阻 止 侵 蚀 反应 进 一 步 进 行 。 3 碱 对 玻 璃 的 侵 蚀 ： Si-（ OH） 4+ NaOH=Si（ OH） 30-Na+（ 硅 酸 钠 ）+H2O 可 破 坏 玻 璃 中 的 Si-O键 ， 从 而 腐蚀 严 重 。 4 大 气 对 玻 璃 的 侵 蚀 ： 薄 膜 。 是 H2O、CO2、

14、SO2的 综 合 侵 蚀 ， 可 形 成 Si-OH薄膜 。 二 、 影 响 因 素1 化 学 组 成 ： R2O越 高 ， 抗 腐 越 差 ；2 热 处 理 ： 在 酸 气 炉 中 退 火 可 提 高 玻 璃的 抗 腐 性 ； 钢 化 （ 淬 火 ） 可 提 高 玻 璃 的化 学 稳 定 性 ；3 温 度 ： 温 度 越 高 侵 蚀 越 强 ； 4、 压 力 ： 压 力 越 大 侵 蚀 加 剧 。 第 九 节 玻 璃 的 光 学 性 质 一 、 折 射 率影 响 因 素 ： 1 . 化 学 组 成 ： n=n1P1+n2P2+nnPnP1Pn-玻 璃 中 各 氧 化 物 的 质 量 白 分

15、含 量 ；n1nn-玻 璃 中 各 氧 化 物 的 折 射 率 计 算 系 数(P127表 )； 2.温 度 ： 折 射 率 随 温 度 的 升 高 而 增 大 ； 3.热 历 史 ： 退 火 可 消 除 光 学 不 均 匀 性 。 二 、 光 学 常 数 折 射 率 ， 色 散 等 。 三 、 玻 璃 的 着 色1 离 子 致 色 ： 过 度 族 金 属 离 子 的 电 子 跃迁 ， 可 引 起 选 择 吸 收 而 致 色 。 不 同 离 子致 不 同 颜 色 。 如 ： Ti4+（ 黄 棕 色 ） 、Ti4+Cu+（ 绿 色 ） 、 V（ 杂 色 ） 等 。2 硫 、 硒 化 合 物 着

16、色 ： 单 质 硫 、 硒 （ 淡紫 色 ） ； 硫 、 碳 （ 琥 珀 ） ； 硫 （ 硒 ） 化镉 （ 黄 、 红 ） 。3、 金 属 胶 体 着 色 ： 胶 体 颗 粒 对 光 线 的 散射 而 引 起 的 选 择 吸 收 从 而 致 色 。 第 三 章 玻 璃 的 生 产 工 艺 第 一 节 概 述 玻 璃 的 生 产 工 艺 过 程 ： 成 分 设 计 原 料 加 工 配 合 料 制 备 （ 池 窑 、 坩 埚 窑 熔 化 ） 成 型 退 火 缺 陷 检 验 一 次 制 品 或 深 加 工 检 验 二 次 制 品 。 第 二 节 原 料 与 配 合 料 的 制 备 玻 璃 的 主 要

17、 原 料 或 主 料 是 SiO2， 辅 料有 Al2O3、 Na2O、 CaO、 MgO、 澄 清 剂 、着 色 剂 、 脱 色 剂 、 氧 化 还 原 剂 、 乳 浊剂 及 其 它 。 一 、 原 料 及 选 择 原 则 1 杂 质 少 ；2 易 调 整 ；3 易 熔 化 、 无 毒 气 ；4 对 耐 火 材 料 侵 蚀 小 ；5 成 本 低 、 易 加 工 。 二 、 引 入 SiO2的 原 料1. 硅 砂 ， 即 石 英 砂 ；2. 砂 岩要 求 ： 可 含 有 少 量 无 害 矿 物 （ 长 石 、 高岭 石 、 白 云 石 、 方 解 石 等 ） ， 有 害 矿 物（ 赤 铁 矿

18、、 磁 铁 矿 、 钛 铁 矿 等 ） 含 量 尽量 少 。 三 、 引 入 Al2O3的 原 料 1 长 石 ；2. 高 岭 石 。 四 、 引 入 Na2O的 原 料1 纯 碱 （ Na2CO3） ；2 芒 硝 （ Na2SO4） ；3 钠 硝 石 （ NaNO3） 五 、 引 入 CaO的 原 料1 石 灰 石 ；2 方 解 石 。 六 、 引 入 MgO的 原 料 白 云 石 七 、 引 入 澄 清 剂 的 原 料1 As2O3、 Sb2O3与 芒 硝 共 用 ；2 芒 硝 ；3. 萤 石 、 氟 硅 酸 钠 （ Na2SiF6） 八 、 着 色 剂 各 种 含 致 色 离 子 的 氧

19、 化 物 ， 具 体 见 第 九节 玻 璃 的 着 色 。 九 、 脱 色 剂 能 使 Fe2O3减 少 或 能 产 生 与 绿 色 互 补 色的 各 种 氧 化 物 。 分 为 物 理 脱 色 剂 （ Se、 MnO2、 NiO、Cr2O3） 和 化 学 脱 色 剂 （ As2O3、 Sb2O3、Na2S及 硝 酸 盐 ） 十 、 氧 化 -还 原 剂 1. 氧 化 剂 （ 硝 酸 盐 ） ；2 还 原 剂 （ 碳 、 SnO2等 ） 十 一 、 乳 浊 剂 1 氟 化 物 ； 2 磷 酸 盐 十 二 、 其 它 1 天 然 碱 ；2 珍 珠 岩 （ 含 SiO2 73%） ；3 铌 、 钽

20、 尾 矿 （ 含 SiO2 70%） ；4 碎 玻 璃 。 第 四 节 玻 璃 原 料 加 工 一 、 工 艺 流 程 即 各 原 料 分 别 粉 碎 筛 分 入 库 ， 后 称 量 混合 再 入 库 ， 最 后 投 料 。 二 、 原 料 的 破 碎 与 粉 碎 可 用 颚 式 破 碎 机 ， 图 3 1； 反 击 式 破 碎 机 ， 图 3 2； 对 辊 式 破 碎 机 ， 图 3 3； 锤 式 破 碎 机 ， 图 3 4。 图 3 1 颚 式 破 碎 机 图 3 2 反 击 式 破 碎 机 图 3 3 对 辊 机 图 3 4 锤 式 破 碎 机 三 、 筛 分 利 用 六 角 筛 和 振

21、 动 筛 对 各 种 原 料 进 行 筛分 ， 而 振 动 筛 的 优 点 较 多 ， 图 3 5。 图 3 5 振 动 筛 四 、 配 合 料 制 备先 称 量 后 混 合 。 混 合 机 可 分 为 转 动 式 、盘 式 和 桨 叶 式 。影 响 配 料 混 合 均 匀 性 的 因 素 有 原 料 物 性 、加 料 顺 序 、 加 水 方 式 、 混 合 时 间 及 是 否加 入 碎 玻 璃 等 。 五 、 配 合 料 质 量 控 制1 原 料 成 分 ；2 原 料 水 分 ；3 原 料 粒 度 ；4 称 量 误 差 ； 5 均 匀 度 控 制 。 第 五 节 玻 璃 的 熔 制 一 、

22、概 述 将 配 料 进 行 高 温 加 热 形 成 均 一 的 、 无 缺陷 的 并 符 合 成 型 要 求 的 玻 璃 液 的 过 程 称为 玻 璃 的 熔 制 过 程 。 熔 制 过 程 对 产 品 的 产 量 、 质 量 、 成 品率 、 能 耗 、 窑 炉 寿 命 等 关 系 密 切 。 熔 制 过 程 中 发 生 的 物 理 化 学 变 化 为 ：物 理 过 程 化 学 过 程 物 理 化 学 过 程配 合 料 加 热脱 水熔 化相 变挥 发 固 相 反 应盐 类 分 解水 化 物 分 解脱 水 结 晶硅 酸 盐 形 成 与相 互 作 用 共 熔 体 形 成固 态 溶 解 、 液态

23、互 溶玻 璃 液 、 炉 气、 气 泡 间 的 相互 作 用玻 璃 液 与 耐 火材 料 作 用 二 、 玻 璃 的 熔 制 过 程 及 影 响 因 素熔 制 过 程 分 为 五 个 阶 段 ：硅 酸 盐 形 成 玻 璃 液 的 形 成玻 璃 液 的 澄 清 玻 璃 液 的 均 化 玻 璃 液 的 冷 却 1.硅 酸 盐 形 成 T=800 900 ， CaO+SiO2=CaSiO3（ Na2Si03）特 点 ： 时 间 短 ， 平 板 玻 璃 3 4min。 2 玻 璃 液 的 形 成 T=1200 1250 ， 硅 酸 盐 溶 解 和 扩 散 ，形 成 透 明 体 ， 但 不 均 匀 ，

24、有 大 量 气 泡 ，性 质 不 均 匀 。 特 点 ： 时 间 长 ， 平 板 玻 璃 28min。 3 玻 璃 液 的 澄 清 T=1400 1500 ， 澄 清 的 过 程 是 指 排 除可 见 气 泡 的 过 程 ， 是 一 个 复 杂 的 物 理 化学 过 程 。 玻 璃 液 中 的 气 泡 有 ： CO2、 O2、N2、 H2O、 SO2、 NO2。 澄 清 过 程 ： 气 体 转 化 与 平 衡 气 体 与 玻 璃 液 的 相 互 作 用a. O2 与 玻 璃 液 的 相 互 作 用 : 包 括 物 理的 溶 解 和 发 生 氧 化 还 原 反 应 形 成 氧 化 物(氧 化 铁

25、 、 硅 酸 盐 等 )b. CO2与 玻 璃 液 的 相 互 作 用 : CO2与 硅 酸盐 作 用 形 成 碳 酸 盐 和 氧 化 硅 。c. H2O与 玻 璃 液 的 相 互 作 用 :即 玻 璃 的 水化 反 应 。 澄 清 剂 及 作 用 机 理a 变 价 氧 化 物 ： 机 理 是 低 温 吸 热 ， 高 温放 热 使 气 泡 长 大 而 释 放 。As2O3+O2=As2O5 （ 可 逆 反 应 ）b. 硫 酸 盐 ： Na2SO4=Na20+SO2 （ 大 于1400 时 分 解 ）c 卤 化 物 ： CaF2、 NaF 可 使 SiO2的 结构 网 络 断 裂 而 达 到 澄

26、 清 的 目 的 。 玻 璃 性 质 与 澄 清 ： 澄 清 速 度 V=2/9 gr2（ d-d1） /g-重 力 加 速 度 ； r-气 泡 半 径 ； d-玻 璃 密度 ； 、 d1-气 泡 中 气 体 密 度 ； -玻 璃 液 的粘 度 。 即 玻 璃 液 越 粘 澄 清 速 度 越 小 。 4 玻 璃 液 的 均 化 ： 包 括 化 学 均 化 和 热 均 化 。有 三 种 方 式 ： 不 均 匀 体 的 溶 解 与 扩 散的 均 化 过 程 （ 成 分 不 同 造 成 ） ； 玻 璃 液 的 对 流 均 化 过 程 （ 温 度 不 同 造成 ） ； 因 气 泡 上 升 而 引 起

27、的 搅 拌 均 化 作 用 。 影 响 因 素 ： 玻 璃 液 的 粘 度 和 表 面 张 力 。 5 玻 璃 液 的 冷 却 ：T=1000主 要 注 意 二 次 气 泡 （ 再 生 泡 ） 的 形 成 ，即 尘 泡 （ 直 径 小 于 0.1mm） 的 形 成 。 三 、 影 响 玻 璃 熔 制 过 程 的 因 素1 化 学 成 分 ： 氧 化 硅 和 氧 化 铝 越 高 越 难 熔 ，而 碱 含 量 越 高 越 易 熔 ；2 配 料 的 状 态 ： 包 括 原 料 的 粒 度 、 不 同 原 料的 分 层 等 ；3 熔 窑 的 温 度 制 度 ： 提 高 熔 窑 温 度 有 利 于 熔制

28、 ， 但 能 耗 大 且 对 耐 火 材 料 侵 蚀 大 ；4 加 速 剂 和 澄 清 剂 ： 有 助 澄 清 ；5 高 压 与 真 空 熔 炼 ： 可 迅 速 排 除 可 见 气 泡 ；6 辅 助 电 熔 ： 可 提 高 熔 化 率 ；7 机 械 搅 拌 与 鼓 泡 ： 可 提 高 澄 清 与 均 化 速 度 。 四 、 玻 璃 熔 窑 分 类 ： 按 形 状 主 要 分 为 池 窑 与 坩 埚 窑 。 产 品 单 一 ， 产 量 大 的 用 池 窑 ； 品 种 多产 量 小 的 用 坩 埚 窑 。 池 窑 按 热 源 又 分 为 火 焰 窑 、 电 热 窑 及火 焰 -电 热 窑 。 按

29、熔 制 过 程 分 为 间 歇 式 与 连 续 式 。按 废 气 预 热 回 收 分 为 蓄 热 式 和 换 热 式 。按 火 焰 流 动 分 为 横 火 焰 窑 、 纵 火 焰 窑 和马 蹄 窑 。 五 、 窑 用 耐 火 材 料1 硅 氧 质 耐 火 材 料 （ SiO2系 ） ；2 硅 铝 质 耐 火 材 料 （ SiO2-Al2O3系 ） 3 电 熔 耐 火 材 料 （ Al2O3-SiO2-ZrO2系 ） 4 碱 性 耐 火 材 料 （ MgO系 ） 六 、 熔 窑 节 能 1 高 温 熔 化 制 度 （ 高 热 燃 料 、 富 氧 燃 烧 、空 气 预 热 、 优 质 耐 火 ）

30、；2 熔 窑 保 温 ；3 废 气 余 热 利 用 ；4 改 进 熔 化 工 艺 ；5 改 进 燃 烧 技 术 ；6 鼓 泡 与 机 械 搅 拌 ；7 熔 窑 结 构 改 进 ；8 辅 助 电 熔 及 生 产 自 动 化 。 第 六 节 玻 璃 的 成 型 分 类 ： 热 塑 成 型 ： 提 拉 （ 平 板 玻 璃 ） 、 浮 法（ 平 板 玻 璃 ） 、 吹 制 （ 空 心 玻 璃 ） 、 压制 （ 烟 缸 ） 、 压 延 （ 压 花 玻 璃 ） 、 浇 铸（ 光 学 玻 璃 ） 、 烧 结 （ 泡 沫 玻 璃 ） 、 喷吹 （ 玻 璃 珠 ） ； 冷 成 型 ： 研 磨 、 抛 光 。 一

31、 、 浮 法 成 型 1 概 念 ： 是 指 熔 窑 熔 融 的 玻 璃 在 流 入锡 槽 后 在 熔 融 金 属 锡 液 的 表 面 上 形 成 平板 玻 璃 的 方 法 。 浮 法 成 型 的 熔 窑 见 图 3 6、 3 7。 浮法 成 型 见 图 3 8。 图 3 6 浮 法 窑 平 面 图1-投 料 口 ； 2-熔 化 部 ； 3、 6-小 炉 ； 4-冷 却 部 ； 5-流 口 料 图 3 7 浮 法 窑 立 面 图1-小 炉 口 ； 2-蓄 热 室 ； 3-格 子 体 ； 4-底 烟 道 ； 5-连 通 烟 道 ； 6-支 烟 道 ； 7-燃油 喷 嘴 图 3 8 浮 法 生 产

32、 示 意 图1-流 槽 ； 2-玻 璃 液 ； 3-碹 顶 ； 4-玻 璃 带 ； 5-锡 液 ； 6-槽 底 ； 7-保 护气 体 管 道 ； 8-拉 边 器 ； 9-过 度 辊 台 ； 10-闸 板 2 成 型 机 理 ： 浮 起 高 度 h=（ 1-dg/dt） HH-自 由 厚 度 ； dg-玻 璃 的 密 度 ； dt-锡 液的 密 度 。自 由 厚 度 ： g-重 力 加 速 度 ； g-玻 璃 表 面 张 力 ； t-锡 液 表面 张 力 ； gt-玻 璃 与 锡 液 界 面 上 表 面 张 力 。 图 3 9 玻 璃 在 锡 液 上 的 浮 起 高 度 抛 光 时 间 ： 玻

33、璃 液 呈 正 弦 波 在 锡 液上 运 动 。 t= /V ， V= g/ -正 弦 波 长 ； -玻 璃 液 的 粘 度 ； V-抛光 速 度 ； t-抛 光 时 间 。 拉 薄 ： 分 为 高 温 拉 薄 和 低 温 拉 薄 ， 图3 10。 图 3 10 玻 璃 的 高 温 拉 薄 和 低 温 拉 薄 曲 线 3 锡 液 的 特 点 杂 质 少 ； 比 重 大 （ 大 于 玻 璃 ） ； 熔 点 低 ； 表 面 张 力 高 （ 大 于 玻璃 ） ； 粘 度 低 （ 流 动 性 好 ） 。 4 保 护 气 体 N2+H2注 意 ： 防 止 锡 氧 化 。 二 、 垂 直 引 上 法 （

34、提 拉 法 ）1 有 槽 垂 直 引 上 法 ： 槽 子 砖 为 主 要 的 成型 设 备 ， 图 3 11、 3 12。 分 为 ：板 根 成 型 ； 边 子 成 型 ； 原 板 的 拉 伸 力 。1 无 槽 垂 直 引 上 法2 平 拉 成 型压 延 成 型 图 3 11 有 槽 垂 直 引 上 室1-通 路 ； 2-小 眼 ； 3-大 梁 ； 4-槽 子 砖 ； 5-主 水 包 ； 6-辅 助 水 包 ； 7-板 根 ； 8-石 棉 辊 ； 9-引 上 机 ； 10-原 板 图 3 12 槽 子 砖 图 3 13 无 槽 垂 直 引 上 室1-大 梁 ； 2-L型 砖 ； 3-玻 璃 液

35、 ； 4-引 砖 ； 5-冷 却 水 包 ； 6-引 上 机 ； 7-石 棉 辊 ； 8-板 根 ； 9-原 板 ； 10-八 字 水 包 图 3 14 平 拉 成 型 示 意 图1-玻 璃 液 ； 2-引 砖 ； 3-拉 边 器 ； 4-转 向 辊 ； 5-水 冷 却 器 ； 6-玻 璃 带 图 3 15 压 延 法 第 七 节 玻 璃 的 缺 陷 缺 陷 : 玻 璃 的 缺 陷 指 玻 璃 中 的 气 泡 、 线 道 、 节瘤 、 结 石 及 永 久 应 力 （ 未 退 火 ） 等 。 一 、 气 泡 的 类 型 与 形 成 原 因1 残 留 气 泡 ： 玻 璃 熔 制 过 程 中 盐 类

36、 分 解产 生 气 泡 ， 澄 清 不 彻 底 而 残 留 的 。2 二 次 气 泡 ： 多 为 尘 泡 ， 澄 清 后 次 升 稳或 未 尽 的 化 学 反 应 。3 耐 火 材 料 引 起4 铁 器 引 起5 其 它 ： 电 极 附 近 等 。 二 、 玻 璃 状 夹 杂 物 及 其 形 成 原 因结 构 仍 为 非 晶 态 ， 但 物 性 与 玻 璃 主 体 不同 。 如 ： 条 纹 、 线 道 、 节 瘤 等 。 成 分 多为 硅 质 或 硅 铝 质 。 是 均 化 不 够 的 结 果 。 三 、 结 石 的 类 型 与 成 因玻 璃 中 已 经 结 晶 的 不 均 匀 相 。 是 玻

37、 璃 中 的 最 大缺 陷 ， 也 是 引 起 玻 璃 爆 炸 的 原 因 。 形 成 原 因 ：1 配 合 料 结 石 （ 未 熔 化 ） ；2 耐 火 材 料 结 石 ；3 析 晶 结 石 ；4 硫 酸 盐 夹 杂 物 ；5 黑 色 夹 杂 物 （ 铁 、 铬 、 镍 的 氧 化 物 等 ） 。 第 八 节 玻 璃 的 退 火 一 、 基 本 概 念 1 退 火 ： 将 玻 璃 内 部 的 热 应 力 消 除 或 减少 至 允 许 值 的 热 处 理 过 程 。 2 淬 火 ： 将 加 热 的 玻 璃 在 介 质 中 急 冷 ，使 玻 璃 表 面 产 生 有 规 律 的 、 均 匀 分 布

38、 的压 应 力 ， 从 而 提 高 玻 璃 的 强 度 和 热 稳 定性 。 （ 钢 化 玻 璃 ） 3 玻 璃 中 的 应 力 包 括 热 应 力 （ 暂 时 应 力 、 永 久 应 力 ）结 构 应 力机 械 应 力 暂 时 应 力 ： 玻 璃 在 经 受 不 均 匀 温 度 变化 时 所 产 生 的 热 应 力 。 该 应 力 随 温 度 梯度 的 存 在 而 存 在 ， 同 时 随 温 度 梯 度 的 消失 而 消 失 。 永 久 应 力 ： 当 玻 璃 内 外 温 度 相 等 时 所残 留 的 热 应 力 。 退 火 即 消 除 此 应 力 。 结 构 应 力 ： 因 化 学 组 成

39、 不 均 匀 导 致 结构 上 的 不 均 匀 而 产 生 的 应 力 。 该 应 力 无法 去 除 。 机 械 应 力 ： 外 力 作 用 在 玻 璃 上 而 产 生的 应 力 ， 外 力 消 除 时 应 力 也 消 除 。 二 、 退 火 工 艺 将 玻 璃 加 热 到 低 于 玻 璃 转 变 温 度 Tg附 近 ， 进 行保 温 均 热 ， 以 消 除 玻 璃 各 部 分 的 温 度 梯 度 ， 使应 力 松 弛 。 该 温 度 称 为 退 火 温 度 。 最 高 退 火 温 度 ： 能 在 3min之 内 消 除 玻 璃 中95%应 力 的 温 度 。 最 低 退 火 温 度 ： 能

40、在 3min之 内 消 除 玻 璃 中5%应 力 的 温 度 。 退 火 温 度 范 围 ： 最 高 退 火 温 度 和 最 低 退 火 温度 之 间 的 范 围 。 一 般 玻 璃 的 退 火 温 度 为 550 20 。 退 火 工 艺 一 般 分 为 四 个 阶 段 ： 1. 加 热 阶段 ; 2. 均 热 阶 段 ; 3.慢 冷 阶 段 ; 4. 快 冷 阶 段 。图 3 16。 图 3 16 玻 璃 退 火 工 艺图 玻 璃 退 火 工 艺 图 3 16 玻 璃 退 火 工 艺 第 九 节 平 板 玻 璃 的 性 能 平 板 玻 璃 的 主 要 使 用 性 能 有 光 学 性 能 、

41、热 学 性 能 、 力 学 性 能 及 声 学 性 能 。 表 31、 3 2、 3 3。 表 3 1 平 板 玻 璃 的 光 学 性 能入 射 光 角 度 （ 度 ）光 透 过 率 （ %） 0 20 45 60 7592 90 88 83 60波 长 （ nm）透 过 率 （ %） 400 450 500 550 600 650 70043 55 67 64 52 37 31玻 璃 每 面 反 射 率 （ %）玻 璃 光 吸 收 率 （ %） 玻 璃 色 调 3.5 4.01 3浅 蓝 绿 色 、 浅黄 绿 色 紫 外 线 透 过 率 （ %）红 外 线 透 过 率 （ %）玻 璃 折 射

42、 率 不 大10 25约 15 表 3 2 平 板 玻 璃 的 热 学 性 能软 化 温 度 范 围 （ ） 5 30 570 在 20 300 的 热 膨 胀 系 数 （ 809 5 ） 10-7导 热 系 数KJ/（ mhK） 201200 3.359.62 比 热KJ/(kgK) 201200 0.841.26玻 璃 厚 度 (mm) 2 3 4 5 6 玻 璃 的 热 稳定 性 ( ) 试 样 破 损 为 零 时 的 温 度 差试 样 破 损 为 50%时 的 温 度 差试 样 破 损 为 100%时 的 温 度 差 100 75 65 62 60 138 116 98 85 7818

43、0 140 120 110 100 表 3 3 平 板 玻 璃 的 力 学 与 声 学 性 能 莫 氏 硬 度抗 压 强 度 (Mpa)抗 拉 强 度 (Mpa)抗 弯 强 度 (Mpa)弹 性 模 数 (Mpa) 6 7860 91029 88平 均 4469 74 声 在 玻 璃 中 的 速 度(m/s) 玻 璃 厚 度 (mm)吸 音 能 力 (dB) 密 度 (g/cm3) 约 5400 2 5 约 22 30 2.5 第 四 章 玻 璃 工 业 的 环 境 保 护 第 一 节 大 气 污 染 一 、 燃 料 产 生 的 废 气1 SO2： 会 形 成 酸 雨 。防 治 措 施 ： 高

44、 空 排 放 和 排 烟 脱 硫 （ 用CaCO3、 Ca（ OH） 2、 Na2SO4等 ） 2. NOX： 其 毒 性 比 CO大 数 百 倍 且 与 人体 的 血 色 素 有 很 强 的 亲 和 力 。 防 治 措 施 ： 用 NH3气 体 将 其 还 原 。NOX+NH3=N2+H2O 二 、 原 料 分 解 气 体1 F： CaF4熔 融 后 会 形 成 SiF4、 HF等 ， 这 些氟 化 物 在 大 气 中 的 浓 度 大 于 百 万 分 之 一 时 即 可引 起 中 毒 。 防 治 措 施 ： 用 水 （ 碱 水 、 清 水 、 海 水 ） 吸收 。2 Cd、 Pb、 As等

45、重 金 属 ， 它 们 本 身 为 有 毒 元素 ， 会 引 起 中 毒 。防 治 措 施 ： 用 电 收 尘 或 其 它 除 尘 法 将 其 回 收 。3 粉 尘 ： 大 量 吸 入 会 引 起 矽 肺 。 防 治 措 施 ： 采 用 洗 尘 器 回 收 。 第 二 节 废 水 污 染 废 水 中 主 要 是 As、 氟 化 物 、 酚 以 及 Pb、Hg、 Cd、 Cr等 。 其 中 酚 易 溶 于 水 ， 是 最主 要 的 污 染 物 。 它 来 自 于 煤 气 ， 在 洗 涤过 程 中 溶 于 水 。防 治 措 施 ： 用 活 性 炭 等 吸 附 、 萃 取 或 用微 生 物 分 解

46、。 第 三 节 噪 声 污 染 防 治 措 施 ：1. 降 低 噪 声 强 度 ；2.阻 止 噪 声 传 播 ； 3.噪 声 控 制 ； 4.劳 动 保 护 。 第 五 章 建 筑 玻 璃 及 其 深 加 工 一 、 玻 璃 马 赛 克即 乳 化 彩 色 不 透 明 玻 璃 。 外 墙 饰 面 材 料 ， 常 用熔 融 法 制 备 ， 压 延 法 成 型 。 少 用 烧 结 法 。工 艺 流 程 ： 原 料 （ 石 英 砂 、 着 色 剂 、 乳 浊 剂 等 ）配 合 料 池 窑 熔 化 （ 色 彩 均 匀 、 色 泽 稳 定 ）连 续 压 延 （ 出 现 花 纹 ） 退 火 （ 消 除 应

47、力 ）折 断 （ 拆 成 小 块 ） 挑 选 （ 去 除 次 品 ） 拼装 （ 12 12、 15 15） 粘 贴 纸 皮 （ 固 定 小块 ） 成 品 入 库 二 、 微 晶 玻 璃微 晶 玻 璃 的 制 备 工 艺 与 熔 融 玻 璃 的 生 产过 程 相 似 ， 只 是 多 了 晶 化 处 理 的 过 程 。常 用 来 代 替 建 筑 石 材 。 微 晶 玻 璃 与 大 理岩 、 花 岗 岩 相 比 具 有 热 膨 胀 小 、 耐 压 强度 大 、 硬 度 大 、 吸 水 率 小 、 热 传 导 小 、耐 酸 、 碱 性 好 等 特 点 。 其 性 能 取 决 于 析晶 的 种 类 、

48、粒 径 大 小 、 数 量 等 。 根 据 其析 晶 的 种 类 分 为 硅 灰 石 型 、 石 英 型 、 氟金 云 母 型 、 霞 石 型 、 钙 黄 长 石 型 、 堇 青石 型 等 。 工 艺 流 程 ： 晶 核 剂 配 合 料 熔 制 压延 成 型 拆 切 晶 化 处 理 。 微 晶 玻 璃 也 可 以 采 用 烧 结 方 式 制 备 ，其 故 意 过 程 为 ： 晶 核 剂 配 合 料 成 型烧 结 晶 化 处 理 。 微 晶 玻 璃 的 晶 化 处 理 一 般 采 用 阶 梯 式 升温 ， 图 5 1。 图 5 1 微 晶 玻 璃 的 热 处 理 温 度 曲 线 三 、 钢 化

49、玻 璃研 究 表 明 ， 玻 璃 的 实 际 强 度 大 大 低 于 理论 强 度 是 由 于 玻 璃 表 面 存 在 大 量 的 微 裂纹 ， 有 人 测 定 ： 300个 /mm2。 消 除 玻 璃表 面 的 微 裂 纹 或 避 免 表 面 损 伤 ， 抑 制 微裂 纹 增 长 等 使 玻 璃 强 度 增 加 的 过 程 为 钢化 过 程 。 1 热 钢 化 热 钢 化 是 将 玻 璃 做 淬 火 处 理 在 玻 璃 的 内部 和 表 面 形 成 很 大 的 温 度 梯 度 ， 而 应 力由 于 玻 璃 的 粘 滞 性 而 被 松 弛 ， 形 成 了 有温 度 梯 度 而 无 应 力 的

50、状 态 。 当 温 度 梯 度逐 渐 消 失 ， 原 松 弛 的 应 力 逐 步 转 为 永 久应 力 ， 造 成 玻 璃 表 面 有 一 层 金 云 分 布 的压 应 力 层 ， 从 而 使 玻 璃 的 热 稳 定 性 和 强度 得 以 提 高 。 热 钢 化 的 工 艺 过 程 ： 玻 璃 原 板 磨 边 洗 涤 、 干 燥 热 弯成 型 或 平 板 钢 化 加 热 炉 处 理 检 验 入 库 钢 化 温 度 一 般 为 ： Tc=Tg+80 影 响 钢 化 处 理 质 量 的 因 素 ： 淬 火 温 度 和 玻 璃 厚 度 ： 都 成 正 比 ； 传 热 速 度 （ 冷 却 介 质 的

51、对 流 速 度 ） ：成 正 比 ； 玻 璃 组 成 ： 能 增 加 热 膨 胀 系 数 的 氧 化物 可 提 高 钢 化 强 度 ， 如 ZrO2。 2、 化 学 钢 化以 玻 璃 表 面 离 子 扩 散 为 机 理 ， 将 加 热 的含 碱 玻 璃 浸 于 熔 融 的 盐 溶 液 中 处 理 ， 通过 离 子 交 换 改 变 玻 璃 的 化 学 组 成 ， 使 得玻 璃 表 面 形 成 压 力 层 。 1) 低 温 热 处 理 ： 用 K+（ 大 半 径 ） 置 换 Na+（ 小 半 径 ） 表 面 挤 压 产 生 应 力 （ 张 应 力 ） ；2) 高 温 热 处 理 ： 用 小 半 径

52、 的 离 子 置 换 大 半 径的 离 子 ， 在 冷 却 收 缩 时 表 面 产 生 应 力 （ 压 应力 ） ；3) 电 辅 助 处 理 ： 加 电 流 以 增 大 玻 璃 中 离 子 的迁 移 率 ；4) 玻 璃 组 成 ： Al2O3越 高 ， 强 度 越 大 ；5) 热 处 理 时 间 和 压 力 ： 关 系 见 图 5 2。 图 5 2 热 处 理 时 间 与 温 度 关 系 图 四 、 夹 层 玻 璃由 两 片 或 两 片 以 上 的 玻 璃 用 合 成 树 脂 胶片 黏 结 在 一 起 而 制 成 的 一 种 安 全 玻 璃 。常 用 于 汽 车 、 船 的 保 护 罩 、 防

53、 弹 玻 璃 、防 盗 玻 璃 、 银 行 的 窗 玻 璃 、 水 下 建 筑 物等 。 生 产 工 艺 ： 玻 璃 原 片 及 膜 的 洗 涤 、 干 燥洒 粉 （ 防 摩 擦 ） 热 弯 预 热 压（ 100 150 ） 热 压 胶 合 （ 真 空 蒸 压釜 法 、 棍 子 法 ） 此 外 ， 在 夹 层 玻 璃 的 制 造 过 程 中 还 可以 加 天 线 、 电 热 线 、 导 电 膜 等 ， 形 成 功能 玻 璃 。 不 同 玻 璃 类 型 工 艺 有 所 不 同 。 五 、 中 空 玻 璃中 空 玻 璃 有 隔 热 、 隔 音 不 结 露 等 作 用 ，用 于 需 采 暖 和 空

54、调 的 建 筑 中 ， 适 合 于 寒冷 地 区 。 或 用 在 建 筑 隔 音 墙 等 。 生 产 工 艺 ： 包 括 焊 接 法 、 胶 接 法 、 熔 接法 等 。 在 制 造 中 空 玻 璃 的 同 时 还 可 以 在 玻 璃的 空 间 充 填 各 种 气 体 以 制 成 功 能 玻 璃 。 六 、 镀 膜 玻 璃采 用 玻 璃 表 面 镀 膜 使 玻 璃 增 添 新 的 性 质 、拓 宽 新 的 用 途 。 例 如 ： 水 银 镜 、 透 红 外膜 、 防 紫 外 膜 等 。 镀 膜 方 法 ： 1. 从 溶 液 中 沉 积 薄 膜 ;2. 从 化 学 蒸 汽 中 沉 积 薄 膜 ;3. 从 物 理 蒸 汽 中 沉 积 薄 膜 ; 4. 从 电 化 学 中 沉 积 薄 膜 。 镀 膜 工 艺 ： 1. 气 溶 胶 法 ;2. 溶 胶 凝 胶 法 ;3. 蒸 发 镀 膜 ;4. 阴 极 射 线 镀 膜 ;5. 离 子 镀 膜 . 第 七 节 其 它 玻 璃 生 物 玻 璃单 晶 玻 璃玻 璃 半 导 体超 导 玻 璃热 反 射 玻 璃自 动 调 光 玻 璃电 磁 屏 蔽 玻 璃抗 菌 自 洁 玻 璃 等 。