无机非金属工艺学玻璃性能幻灯片.ppt

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1、无机非金属工艺学玻璃性能1第1页，共66页，编辑于2022年，星期六 第第一一类类是是与与玻玻璃璃中中离离子子迁迁移移有有关关的的性性质质，如如：粘粘度、电阻率、化学稳定性等。度、电阻率、化学稳定性等。特特点点是是：这这些些性性质质取取决决于于离离子子迁迁移移过过程程中中需需克克服服的的能能量量势势垒垒和和离离子子迁迁移移能能力力的的大大小小，性性质质与与组组成成之间不是简单的加和关系。之间不是简单的加和关系。当当玻玻璃璃从从高高温温经经过过转转变变温温度度范范围围而而冷冷却却的的过过程程中中，这这类类性性质质一一般般是是逐逐渐渐变变化化的的，其其值值随随温温度度倒倒数数的的增增大大而而增大。

2、增大。图图 3-11-a粘度、电阻与温度的关系粘度、电阻与温度的关系2第2页，共66页，编辑于2022年，星期六 第二类性质主要与玻璃的网络骨架及网络与网络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、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。膨胀系数、硬度等。在常温下，玻璃的这类性质可假设为构成玻璃的各种离在常温下，玻璃的这类性质可假设为构成玻璃的各种离子的性质的总和。子的性质的总和。这些性质通常在玻璃的转变温度范围内出现突变这些性质通常在玻璃的转变温度范围内出现突变（图（图3-11-b3-11-b）。）。图图 3-11-b

3、折射率、分子体积折射率、分子体积、弹性温度的关系、弹性温度的关系3第3页，共66页，编辑于2022年，星期六 第三类性质包括玻璃的光吸收、颜色等。这些性质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。与玻璃中离子的电子跃迁及原子或原子团的振动有关。4第4页，共66页，编辑于2022年，星期六3 3 玻璃的粘度与表面张力玻璃的粘度与表面张力 3 3 玻璃的密度玻璃的密度3 3 玻璃的热学性质玻璃的热学性质3 3 玻璃的机械性质玻璃的机械性质 3 3 玻璃的光学性质玻璃的光学性质3 3 玻璃的电学性质玻璃的电学性质3 3 玻璃的化学稳定性玻璃的化学稳定

4、性5第5页，共66页，编辑于2022年，星期六3 33 31 1 玻璃的粘度与表面张力玻璃的粘度与表面张力粘粘度度又又称称粘粘滞滞系系数数，是是流流体体（液液体体或或气气体体）抵抵抗抗流动的量度。流动的量度。表表面面张张力力是是作作用用于于液液体体表表面面单单位位长长度度上上使使液液面面收收缩的力。缩的力。表表面面张张力力是是由由于于液液体体表表面面的的不不平平衡衡力力场场而而产产生的，使液体表面具有收缩到最小面积的趋势。生的，使液体表面具有收缩到最小面积的趋势。粘粘度度和和表表面面张张力力分分别别以以符符号号、表表示示，其其国国际单位分别为际单位分别为PaS和和N/m.6第6页，共66页，编

5、辑于2022年，星期六 粘粘度度与与表表面面张张力力对对玻玻璃璃生生产产的的影影响响贯贯穿穿玻玻璃璃生产的全过程，因而有着极其重要的工艺意义。生产的全过程，因而有着极其重要的工艺意义。与粘度有关的生产过程玻璃状玻璃状态态固固态态粘滞状粘滞状态态液液态态塑性状塑性状态态软软化状化状态态粘度范粘度范围围/PaS工工艺过艺过程程1013退火退火1013-109显显色、乳色、乳浊浊及及其它其它热处热处理理109-1045成型成型103-10熔化熔化7第7页，共66页，编辑于2022年，星期六 表面张力对生产过程的影响表面张力对生产过程的影响工工艺过艺过程程表面表面张张力的影响力的影响澄清澄清均化均化成

6、型成型热热加工加工封接封接耐火材料侵耐火材料侵蚀蚀 气泡的内气泡的内压压力与玻璃液的表面力与玻璃液的表面张张力有关力有关 不均体能否溶解不均体能否溶解扩扩散取决于不均体与周散取决于不均体与周围围玻璃液之玻璃液之间间的的表面表面张张力差力差表面表面张张力使玻璃液成型力使玻璃液成型时时具有自具有自发发收收缩缩的的趋势趋势 借助于表面借助于表面张张力的作用，形成光滑表面力的作用，形成光滑表面 玻璃液滴与金属的玻璃液滴与金属的润润湿角小于湿角小于90，有利于玻璃与金属，有利于玻璃与金属的良好封接的良好封接 玻璃液浸玻璃液浸润润耐火材料，加耐火材料，加剧剧其其对对耐火材料的侵耐火材料的侵蚀蚀 8第8页，

7、共66页，编辑于2022年，星期六一、一、影响玻璃粘度的因素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。玻璃的粘度主要由化学组成和温度决定。1 1、温度的影响、温度的影响 玻璃的粘度随温度的升高而降低。玻璃的粘度随温度的升高而降低。2 2、组成的影响、组成的影响 硅硅酸酸盐盐玻玻璃璃的的粘粘度度首首先先决决定定于于硅硅氧氧网网络络的的连连接接程程度度，O/SiO/Si比比增增大大，玻玻璃璃粘粘度度下下降降；反反之之，玻玻璃璃的的粘粘度度增增大。大。-T的基本关系式为：的基本关系式为：=0exp(E/kT)0常数常数E粘滞流动活化能粘滞流动活化能K玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数T绝对温度绝

8、对温度实践中通常采用该式进行实践中通常采用该式进行修正后的对数形式来计算玻璃修正后的对数形式来计算玻璃在一定温度下的粘度。在一定温度下的粘度。log=A+B/（T-T0）长性玻璃（长性玻璃（A）与短性玻璃）与短性玻璃(B)9第9页，共66页，编辑于2022年，星期六 常见氧化物对玻璃粘度的影响概括如下：常见氧化物对玻璃粘度的影响概括如下：（1 1）SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、ZrOZrO2 2等增大玻璃的粘度；等增大玻璃的粘度；（2 2）碱金属氧化物可降低玻璃的粘度；）碱金属氧化物可降低玻璃的粘度；（3 3）碱土金属氧化物对玻璃粘度的影响：）碱土金属氧化物对玻璃粘度的影响：

9、（4 4）PbOPbO、CdOCdO、BiBi2 2O O3 3、SnOSnO等等能能降降低低玻玻璃璃的的粘粘度。度。一方面，类似于碱金属氧化物，导致大的阴离子团解一方面，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，而后一种作用在较低温度下表现出来。主要的，而后一种作用在较低温度下表现出来。10第10页，共66页，编辑于

10、2022年，星期六1、温度的影响温度的影响2、组成的影响组成的影响二、影响表面张力的因素二、影响表面张力的因素11第11页，共66页，编辑于2022年，星期六在在一一定定温温度度范范围围内内、对对于于一一般般液液体体，温温度度升升高，质点间结合力减弱，液体的的表面张力减小。高，质点间结合力减弱，液体的的表面张力减小。=0（1-bT）这这种种线线形形关关系系对对硅硅酸酸盐盐熔熔体体，只只在在一一定定温温度度范范围围内内适用。适用。因因为为硅硅酸酸盐盐熔熔体体在在温温变变过过程程中中，发发生生阴阴离离子子团团的的聚聚合合与与解解离离，使使得得其其与与T的的关关系系偏偏离离线线形形变变化化规律。规律

11、。1、温度的影响、温度的影响12第12页，共66页，编辑于2022年，星期六 组组成成玻玻璃璃的的物物质质间间的的相相互互吸吸引引力力越越小小，其其对对玻璃表面张力的贡献越小。玻璃表面张力的贡献越小。玻玻璃璃组组成成中中常常见见氧氧化化物物分分为为三三大大类类，即即增增加加玻玻璃璃的的表表面面张张力力的的非非表表面面活活性性组组分分（第第类类）、明明显显降降低低玻玻璃璃的的表表面面张张力力的的强强表表面面活活性性组组分分（第（第类）及中间性质组分（第类）及中间性质组分（第类）类）。表表面面张张力力可可根根据据玻玻璃璃的的组组成成和和各各氧氧化化物物的的表表面面张张力因子通力因子通过过加和法加和

12、法则则来来计计算。算。2、组成的影响组成的影响=（1/100）ipi注意：采用不同文献提供的氧化注意：采用不同文献提供的氧化物的表面张力因子计算出的表面张力物的表面张力因子计算出的表面张力数据常有较大的差异。数据常有较大的差异。13第13页，共66页，编辑于2022年，星期六 3 33 32 2 玻璃的密度玻璃的密度 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玻璃结构网络的紧密程度和网络空隙的填充情况。况。生产上常通过测定玻璃的密度来监控玻璃成生产上常通过测定玻璃的密度来监控玻璃成分的变化。分的变化。14第14页，共66

13、页，编辑于2022年，星期六一、玻璃成分对密度的影响一、玻璃成分对密度的影响二、温度对玻璃密度的影响二、温度对玻璃密度的影响三、热历史对玻璃密度的影响三、热历史对玻璃密度的影响15第15页，共66页，编辑于2022年，星期六一、玻璃成分对密度的影响一、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。玻璃的密度与其组成之间的关系非常密切。首首先先，玻玻璃璃组组成成中中的的网网络络形形成成体体氧氧化化物物确确定定了构成玻璃网络的基本结构单元的体积大小。了构成玻璃网络的基本结构单元的体积大小。网网络络中中间间体体氧氧化化物物，当当其其处处于于网网络络空空隙隙中中时时，通通常常使使玻玻璃璃

14、的的密密度度上上升升。若若其其成成为为玻玻璃璃网网络络的的一一部部分分时时，其其对对玻玻璃璃密密度度的的影影响响取取决决于于其其对对玻玻璃璃网网络紧密程度的影响。络紧密程度的影响。16第16页，共66页，编辑于2022年，星期六 网网络络外外体体氧氧化化物物的的阳阳离离子子填填充充在在玻玻璃璃网网络络的的空空隙隙中中，当当这这些些阳阳离离子子的的半半径径较较小小，未未引引起起玻玻璃璃网络的扩张时，可增加玻璃的密度。网络的扩张时，可增加玻璃的密度。但但当当网网络络外外体体氧氧化化物物的的阳阳离离子子的的半半径径较较大大时时，其其对对玻玻璃璃密密度度的的影影响响则则取取决决于于其其对对玻玻璃璃分分

15、子子质质量量与分子体积的双重影响。与分子体积的双重影响。玻玻璃璃的的密密度度可可由由基基于于加加和和法法则则的的经经验验公公式式求求得。得。17第17页，共66页，编辑于2022年，星期六二、温度对玻璃密度的影响二、温度对玻璃密度的影响温温度度对对玻玻璃璃密密度度的的影影响响是是温温度度对对玻玻璃璃结结构构影影响响的的外外在在表表现现。当当温温度度低低于于玻玻璃璃的的转转变变温温度度Tg时时，温温度度升升高高玻玻璃璃的的密密度度略略有有下下降降；温温度度高高于于Tg，玻玻璃璃的的密密度度显著下降。显著下降。18第18页，共66页，编辑于2022年，星期六 从从高高温温急急冷冷所所得得的的玻玻璃

16、璃因因继继承承了了玻玻璃璃熔熔体体高高温温下下的的松松散散、开开放放结结构构，其其密密度度较较慢慢冷冷或或退退火火玻玻璃小。璃小。图图 3-3-33-3-3显显 示示，冷冷却却速速率率越越大大，玻璃密度越小。玻璃密度越小。图图3-3-3 3-3-3 冷却速率对硼冕玻璃密度的影响冷却速率对硼冕玻璃密度的影响A:A:平衡态平衡态 B:1 K/h C:1.86 K/h D:9.87 K/hB:1 K/h C:1.86 K/h D:9.87 K/h 三、热历史对玻璃密度的影响三、热历史对玻璃密度的影响19第19页，共66页，编辑于2022年，星期六 3 33 33 3 玻璃的热学性质玻璃的热学性质玻璃

17、的主要热学性质：热膨胀系数、热稳定性。玻璃的主要热学性质：热膨胀系数、热稳定性。玻玻璃璃的的热热膨膨胀胀系系数数有有线线膨膨胀胀系系数数和和体体膨膨胀胀系系数数之分，之分，3。玻玻璃璃的的热热膨膨胀胀系系数数（）与与玻玻璃璃的的退退火火、玻玻璃璃封封接接、玻璃的热稳定性密切相关。玻璃的热稳定性密切相关。根根据据玻玻璃璃的的热热膨膨胀胀系系数数大大小小可可将将玻玻璃璃划划分分为为：硬硬质质玻玻璃璃（6010-7/K）和和软软质质玻玻璃璃（6010-7/K）。）。20第20页，共66页，编辑于2022年，星期六玻璃热膨胀系数的确定：玻璃热膨胀系数的确定：图图3-3-4玻璃热膨胀曲线玻璃热膨胀曲线T

18、g当当温温度度低低于于玻玻璃璃的的Tg点点时时，热热膨膨胀胀随随温温度度的的升升高高呈呈线线形形增增长长，温温度度高高于于Tg点点时时，玻玻璃的热膨胀急剧增大。璃的热膨胀急剧增大。由由温温度度低低于于玻玻璃璃的的Tg点点时时的的热热膨膨胀胀量量来来确确定定玻玻璃璃的的热膨胀系数。热膨胀系数。21第21页，共66页，编辑于2022年，星期六影响膨胀系数的因素：影响膨胀系数的因素：组成组成玻璃中非桥氧越少，玻璃的热膨胀系数越小。玻璃中非桥氧越少，玻璃的热膨胀系数越小。碱碱金金属属氧氧化化物物的的加加入入导导致致玻玻璃璃的的热热膨膨胀胀系系数数增增大大，且且从从LiLi2 2ONaONa2 2OKO

19、K2 2O O，阳阳离离子子半半径径增增大大，离离子子场场强强减减小小，热振动加剧，热膨胀系数增大越多。热振动加剧，热膨胀系数增大越多。碱碱土土金金属属氧氧化化物物的的作作用用与与此此类类似似，但但因因其其离离子子场场强强较较碱碱金金属属阳阳离离子子大大，对对玻玻璃璃网网络络骨骨架架有有一一定定的的积积聚聚作作用用，故其故其对热对热膨膨胀胀系数的影响也系数的影响也较较小。小。22第22页，共66页，编辑于2022年，星期六 热热历历史史对对玻玻璃璃热热膨膨胀胀系系数数的的影影响响与与其其对对玻玻璃璃结结构的影响相关构的影响相关联联。开开放放的的、疏疏松松的的结结构构升升温温时时易易膨膨胀胀。因

20、因此此，急急冷冷玻玻璃璃较较慢冷玻璃的慢冷玻璃的热热膨膨胀胀系数大。系数大。玻玻璃璃的的热热膨膨胀胀系系数数可可根根据据玻玻璃璃组组成成及及氧氧化化物物的的热热膨膨胀胀系系数数因因子子由由加加和和法法则则计计算算。计计算算时时，要要注注意意各各种种影响因子的使用范影响因子的使用范围围。23第23页，共66页，编辑于2022年，星期六 玻玻璃璃的的热热稳稳定定性性是是玻玻璃璃在在非非室室温温条条件件下下使使用用时时最重要的性能之一。最重要的性能之一。常常用用玻玻璃璃能能耐耐受受的的急急变变温温度度差差来来表表示示玻玻璃璃的的热热稳定性。稳定性。玻玻璃璃的的热热稳稳定定性性受受玻玻璃璃制制品品的的

21、厚厚度度、比比热热、导导热热系系数、密度、强度、弹性模量、热膨胀系数等因素影响。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。常用下面的公式来表示玻璃的热稳定性。24第24页，共66页，编辑于2022年，星期六式中：式中：K 玻璃的热稳定性系数，度玻璃的热稳定性系数，度厘米厘米/秒秒1/2 P 玻璃的抗张强度极限，千克力玻璃的抗张强度极限，千克力/毫米毫米2 玻璃的线膨胀系数玻璃的线膨胀系数E 玻璃的弹性模量，千克力玻璃的弹性模量，千克力/毫米毫米2 玻璃的导热系数，卡玻璃的导热系数，卡/厘米厘米秒秒度度c 玻璃的热容，玻璃的热容，卡卡/克克度度d 玻璃的

22、密度，克玻璃的密度，克/厘米厘米3B 常数常数1 1-2 2 导致玻璃破裂的最小急变温度导致玻璃破裂的最小急变温度热膨胀系数和玻璃厚度热膨胀系数和玻璃厚度对热稳定性影响最大。对热稳定性影响最大。25第25页，共66页，编辑于2022年，星期六3 33 34 4 玻璃的机械性质玻璃的机械性质 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。为止，所能达承受的最大应力值。按照受力情况的不同，有抗压强度、抗张强度、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。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

23、大一个数玻璃的抗压强度一般要比抗张或抗折强度大一个数量级。量级。26第26页，共66页，编辑于2022年，星期六一、玻璃的理论强度与实际强度一、玻璃的理论强度与实际强度二、影响玻璃强度的因素二、影响玻璃强度的因素三、玻璃的硬度与脆性三、玻璃的硬度与脆性 27第27页，共66页，编辑于2022年，星期六一、玻璃的理论强度与实际强度一、玻璃的理论强度与实际强度 对对于硅酸于硅酸盐盐玻璃的理玻璃的理论论强强度度约为约为1.3101.3101010 N/mN/m2 2（13 GPa13 GPa）。）。实验测实验测得的玻璃得的玻璃强强度要比上述数度要比上述数值值低低2 23 3个数量个数量级级。一般玻璃

24、的一般玻璃的实际实际强强度度为为5050200MPa200MPa。28第28页，共66页，编辑于2022年，星期六二、影响玻璃强度的因素二、影响玻璃强度的因素 影影响响玻玻璃璃强强度度的的因因素素包包括括内内因因和和外外因因两两个个方方面。面。内内因因主主要要有有：玻玻璃璃的的组组成成、玻玻璃璃的的宏宏观观与与微微观缺陷；观缺陷；外外因因主主要要是是：玻玻璃璃的的使使用用环环境境（如如温温度度、湿湿度度）、加载方式、试样的尺寸。、加载方式、试样的尺寸。玻玻璃璃的的宏宏观观和和微微观观缺缺陷陷与与玻玻璃璃的的熔熔化化过过程程密密切切相相关关，设设计计合合理理的的组组成成，减减少少玻玻璃璃的的分分

25、相相发发生生，提提高高熔熔化化质质量量，获获取取组成均匀、缺陷少的玻璃是提高玻璃强度的重要手段。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，从常温下开始升温，玻璃的强度先呈下降趋势，当温度升至当温度升至100以上，玻璃的强度又开始增大。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。随着试样尺寸的减小，玻璃的强度增加。29第29页，共66页，编辑于2022年，星期六 玻玻璃璃的的增增强强的的措措施施：通通常常采采用用退退火火、钢钢化化、表表面面处处理理（表表面面脱脱碱碱、火火抛抛光光、酸酸抛抛光光、表表面面涂涂层层、表表面面晶晶化化

26、、离离子子交交换换等等）、微微晶晶化化等等措措施施来来提高玻璃的使用强度。提高玻璃的使用强度。30第30页，共66页，编辑于2022年，星期六三、玻璃的硬度与脆性三、玻璃的硬度与脆性 一般玻璃的硬度在一般玻璃的硬度在57之间。之间。玻玻璃璃的的硬硬度度首首先先取取决决于于其其内内部部化化学学键键的的强强度度和和离子的配位数。离子的配位数。网网络络生生成成体体阳阳离离子子使使玻玻璃璃具具有有高高的的硬硬度度，而而网网络络外外离离子子使使玻玻璃璃的的硬硬度度下下降降。对对于于同同类类型型的的玻玻璃璃，随随着着网络外阳离子的场强的增大，玻璃的硬度上升。网络外阳离子的场强的增大，玻璃的硬度上升。各种氧

27、化物提高玻璃硬度的能力由小到大的顺序是：各种氧化物提高玻璃硬度的能力由小到大的顺序是：SiO2B2O3(MgOZnOBaO)Al2O3Fe2O3K2ONaOPbO31第31页，共66页，编辑于2022年，星期六急急冷冷玻玻璃璃由由于于其其结结构构较较慢慢冷冷玻玻璃璃疏疏松松，因因而而硬硬度度也较小。也较小。玻玻璃璃的的脆脆性性常常用用抗抗冲冲击击强强度度或或抗抗压压强强度度与与抗抗冲冲击击强度之比来表示。强度之比来表示。玻玻璃璃的的脆脆性性与与玻玻璃璃的的成成分分、宏宏观观均均匀匀性性、热热历历史、试样的形状与厚度等有关史、试样的形状与厚度等有关。32第32页，共66页，编辑于2022年，星期

28、六3.3.5玻璃的光学性质玻璃的光学性质玻玻璃璃的的主主要要光光学学指指数数包包括括折折射射率率、色色散散。玻玻璃璃的的主要光学性质包括玻璃对光的反射、吸收、透过。主要光学性质包括玻璃对光的反射、吸收、透过。一、折射率一、折射率二、色散二、色散三、三、玻璃的反射、吸收、透过玻璃的反射、吸收、透过33第33页，共66页，编辑于2022年，星期六一、折射率一、折射率1）定义）定义光光通通过过二二物物质质界界面面时时，入入射射角角正正弦弦之之比比。一一般般以以n表示。表示。n=sin1/sin2=c1/c2若第一介质为真空，则若第一介质为真空，则n即为第二介质的绝对折射率。即为第二介质的绝对折射率。

29、普通玻璃的普通玻璃的n为为1.5左右，左右，n1表明，光从光疏介质表明，光从光疏介质进入光密介质，速度变慢。进入光密介质，速度变慢。34第34页，共66页，编辑于2022年，星期六2）影响折射率的因素）影响折射率的因素）影响折射率的因素）影响折射率的因素（）（）组成组成光光由由空空气气进进入入玻玻璃璃时时速速度度变变慢慢，是是因因为为光光通通过过玻玻璃璃时时，给给出出一部分能量，使其速度下降。一部分能量，使其速度下降。另另一一方方面面，光光线线由由光光疏疏进进入入光光密密介介质质，行行进进速速度度下下降降。因此，组成对因此，组成对n的影响具有如下关系：的影响具有如下关系：a:凡是能增加玻璃密度

30、的组成（份），均使凡是能增加玻璃密度的组成（份），均使n增大增大.b:离子的极化度越大，离子的极化度越大，n越小。半径大，易极化，离越小。半径大，易极化，离子折射度大，子折射度大，n越大。网络形成体阳离子形成越大。网络形成体阳离子形成Nf-O键较强，键较强，不易极化，离子折射度小。不易极化，离子折射度小。35第35页，共66页，编辑于2022年，星期六（2）温度的影响温度的影响温度的影响温度的影响对对于于一一般般玻玻璃璃，在在温温度度低低于于玻玻璃璃的的转转变变温温度度时时，n一一一一 般般般般 随随随随 温温温温 度度度度 的的的的 升升升升 高高高高 略略略略 有有有有 上上上上 升升升升

31、（n=0.1n=0.112.081012.0810-6-6）。）。温度进一步升高，玻璃的折射率急剧下降。温度进一步升高，玻璃的折射率急剧下降。温度进一步升高，玻璃的折射率急剧下降。温度进一步升高，玻璃的折射率急剧下降。36第36页，共66页，编辑于2022年，星期六（3）波长对波长对n的影响的影响光波波长不同，光波波长不同，n不同，此即色散观象。不同，此即色散观象。总总趋趋势势：增增大大，n减减小小。（因因增增大大，频频率率减减小小，电电磁磁场场交交变变变变慢慢，光光损损失失减减小小，co/c中中c增增大大，n减小）减小）37第37页，共66页，编辑于2022年，星期六二、二、色散色散1.定义

32、定义：折射率随波长变化而变化的现象。折射率随波长变化而变化的现象。2.正常色散正常色散：增大，增大，n减小。减小。反反常常色色散散：当当光光波波接接近近材材料料吸吸收收带带时时，n急急剧剧增增大大，此即反常色散。（局部现象）此即反常色散。（局部现象）反反常常色色散散的的原原因因：光光通通过过玻玻璃璃时时，某某些些离离子子的的电电子子随随光光波波的的变变化化而而产产生生振振动动，当当电电子子振振动动的的自自然然频频率率等等于于光光波波的的振振动动频频率率时时，发发生生共共振振，振振动动加加强强。从而大量吸收光能，光速大大减小，从而大量吸收光能，光速大大减小，n急剧增大。急剧增大。38第38页，共

33、66页，编辑于2022年，星期六色色散散的的表表示示方方法法：在在数数值值上上是是以以折折射射率率之之差差来来表表示的。示的。如：平均色散如：平均色散nF-nC，部分色散部分色散nd-nD等。等。色散倒数又称阿贝数，记为色散倒数又称阿贝数，记为。=（nD-1）/（nF-nC）国际标准波长国际标准波长 钠光谱中的钠光谱中的D线波长线波长589.3纳米纳米 黄色黄色 氦光谱中的氦光谱中的d线波长线波长587.36纳米纳米 黄色黄色 氢光谱中的氢光谱中的F线波长线波长486.4纳米纳米 浅蓝浅蓝 氢光谱中的氢光谱中的C线波长线波长656.3纳米纳米 红色红色 汞光谱中的汞光谱中的g线波长线波长435

34、.8纳米纳米 浅蓝浅蓝 氢光谱中的氢光谱中的G线波长线波长434.1纳米纳米 浅蓝浅蓝 上述波长测得的折射率分别用上述波长测得的折射率分别用nD、nd、nF、nC、ng、nG表示。表示。39第39页，共66页，编辑于2022年，星期六3色差色差色色差差：复复色色光光通通过过光光学学系系统统时时，由由于于各各自自的的折折射射率率不不同同因因而而成成像像在在轴轴上上的的位位置置不不同同，从从而而呈呈现现彩彩色色光光带的现象。带的现象。消消除除办办法法：利利用用冕冕牌牌玻玻璃璃的的凸凸透透镜镜和和火火石石玻玻璃璃的凹透镜组合消除色差。的凹透镜组合消除色差。折射率低且色散大于折射率低且色散大于55的玻

35、璃称为的玻璃称为冕牌玻璃冕牌玻璃，把，把折射率高而色散小于折射率高而色散小于50的玻璃称为的玻璃称为火石玻璃火石玻璃。40第40页，共66页，编辑于2022年，星期六三、三、玻璃的反射、吸收、透过玻璃的反射、吸收、透过 当当光光束束照照射射到到玻玻璃璃上上，一一部部分分光光被被玻玻璃璃表表面面反反射射，一一部部分分被被玻玻璃璃所所吸吸收收，另另一一部部分分光光透透过过玻玻璃璃。这这三三部部分分与与入入射射光光强强度度之之比比分分别别为为反反射射系系数数R、吸吸收收系系数数K、透过率透过率T，且，且R+K+T=1。41第41页，共66页，编辑于2022年，星期六1 1、光的反射、光的反射 反反反

36、反射射射射率率率率R R用用用用来来来来表表表表示示示示玻玻玻玻璃璃璃璃对对对对广广广广的的的的反反反反射射射射能能能能力力力力。它它它它与与与与玻玻玻玻璃璃璃璃的光滑程度、光的入射角、频率及玻璃的折射率有关。的光滑程度、光的入射角、频率及玻璃的折射率有关。的光滑程度、光的入射角、频率及玻璃的折射率有关。的光滑程度、光的入射角、频率及玻璃的折射率有关。当入射角为当入射角为90 时，时，综上，综上，综上，综上，n n越大，越大，越大，越大，R R越大。越大。越大。越大。反射会导致光损失，降低透率。依此原理，反射会导致光损失，降低透率。依此原理，反射会导致光损失，降低透率。依此原理，反射会导致光损

37、失，降低透率。依此原理，可制造反光膜、增透膜。可制造反光膜、增透膜。可制造反光膜、增透膜。可制造反光膜、增透膜。42第42页，共66页，编辑于2022年，星期六2、玻璃对光的吸收与透过、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玻璃对光的吸收与透过遵循兰比尔定律,即即dI/dl =-I (I/Io)=-l T =-l T =e l 式中式中T 透光率透光率 I 进入玻璃的入射光的强度进入玻璃的入射光的强度(已扣除反射部分已扣除反射部分)Io 透过玻璃的光强度透过玻璃的光强度 e 自然对数的底自然对数的底 着色剂的吸收系数着色剂的吸收系数 l 玻璃的厚度玻璃的厚度43第43页，共6

38、6页，编辑于2022年，星期六 对于颜色玻璃对于颜色玻璃,与着色剂的种类与浓度有关。即与着色剂的种类与浓度有关。即 =c 其中其中、c分别为各着色剂的吸收系数与浓度。分别为各着色剂的吸收系数与浓度。由由于于着着色色剂剂的的存存在在,颜颜色色玻玻璃璃表表现现出出对对可可见见光光的选择性吸收。的选择性吸收。44第44页，共66页，编辑于2022年，星期六 在在实实践践中中常常以以光光密密度度D来来表表示示玻玻璃璃对对光光的的吸吸收收与与反射损失。反射损失。D与与T的关系如下的关系如下:玻璃对可见光的吸收与反射能力是评价隔热玻璃玻璃对可见光的吸收与反射能力是评价隔热玻璃玻璃对可见光的吸收与反射能力是

39、评价隔热玻璃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。性能的重要依据。性能的重要依据。性能的重要依据。45第45页，共66页，编辑于2022年，星期六3.3.6 玻璃的电学性质玻璃的电学性质一、一、概述概述 1.玻玻璃的导电机理璃的导电机理 （1）离子导电）离子导电以离子作为载流子的导电过程以离子作为载流子的导电过程,称为离子导电。称为离子导电。离离子子导导电电过过程程如如下下：在在外外加加电电场场的的作作用用下下，离离子子的的不不规规则则热热运运动动趋趋于于稳稳定定，长长程程迁迁移移贯贯穿穿于于整整个个玻玻璃璃体，玻璃即显示出导电性。体，玻璃即显示出导电性。46第46页，共6

40、6页，编辑于2022年，星期六普通普通Na2OCaOSiO2玻璃是由玻璃是由SiO4构成网络构成网络骨架，骨架，Na1+、Ca2+作为网络外体阳离子。作为网络外体阳离子。钠钙硅玻璃中的电流全部是由钠钙硅玻璃中的电流全部是由Na1+作为载流子的，作为载流子的，Ca2+的作用小的可以忽略不计。的作用小的可以忽略不计。玻璃种类玻璃种类石英玻璃石英玻璃CaO-Al2O3-SiO2玻璃玻璃Na2O-CaO-SiO2玻璃玻璃电阻率电阻率.CM1017101510131447第47页，共66页，编辑于2022年，星期六2.电子导电电子导电 在玻璃中加入大量的可以呈现为多种化合价在玻璃中加入大量的可以呈现为多

41、种化合价的元素的方法来实现的。的元素的方法来实现的。在玻璃中加入化合物多变的副族元素而出现在玻璃中加入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，即出现电部分未束缚的电子，在热激发条件下，即出现电子导电。子导电。如在硅酸玻璃及硼酸盐玻璃中加如在硅酸玻璃及硼酸盐玻璃中加Fe2O3及及MnO或在磷酸盐玻璃中加入各种化合物的钒或在磷酸盐玻璃中加入各种化合物的钒,48第48页，共66页，编辑于2022年，星期六二、二、影响电阻率的因素影响电阻率的因素1.温度对电阻率的影响温度对电阻率的影响2.组成对电阻率的影响组成对电阻率的影响3.热处理的影响热处理的影响4.表面状态及环境表面状态及环

42、境 49第49页，共66页，编辑于2022年，星期六1.温度对电阻率的影响温度对电阻率的影响（1）低温时，电阻率与温度的关系如下式：）低温时，电阻率与温度的关系如下式：log=A+B/T 电阻率随温度的升高而减小。电阻率随温度的升高而减小。（2）高温时，电阻率与温度的关系如下式：）高温时，电阻率与温度的关系如下式：log=+T+2由由于于式式中中为为一一很很大大的的负负值值，所所以以仍仍随随温温度度的的升高而下降。升高而下降。这这就就是是为为什什么么常常温温下下是是良良好好绝绝缘缘体体的的玻玻璃璃却却可可以采用电熔。以采用电熔。对电光源玻璃要特别关注其电阻率对电光源玻璃要特别关注其电阻率随温度

43、的变化关系，因为玻璃随温度升高随温度的变化关系，因为玻璃随温度升高变成电的导体，这样会导致严重后果。变成电的导体，这样会导致严重后果。50第50页，共66页，编辑于2022年，星期六电阻率随温度的升高而减小。电阻率随温度的升高而减小。外外加加电电场场对对载载流流子子施施加加的的作作用用是是使使原原先先无无规规则则的的热运动变成电场方向要求的定向移动。热运动变成电场方向要求的定向移动。温温度度升升高高时时，离离子子参参与与定定向向运运动动的的数数目目和和几几率率均均增增加加。特特别别是是高高于于Tg点点以以后后，参参与与传传递递电电流流的的离离子子种种类类也也增增加加了了，如如常常温温下下不不参

44、参与与导导电电的的Ca2+也也重重新新参参与与导导电，从而对外显示出导电性。电，从而对外显示出导电性。51第51页，共66页，编辑于2022年，星期六2.组成对电阻率的影响组成对电阻率的影响（1）R2O的影响的影响微微量量的的Na2O可可使使明明显显减减小小，K2O、Li2O的的作作用用弱弱于于Na2O。（2）RO的影响的影响增增 大大，且且 离离 子子 半半 径径 越越 大大，越越 大大。Ba2+Pb2+Ca2+Mg2+Ba2+Zn2+（3）Al2O3的影响的影响以以Al2O3代代SiO2，电电阻阻率率稍稍有有下下降降；以以B2O3代代SiO2，增加，因增加，因AlO4体积小于体积小于AlO

45、6。52第52页，共66页，编辑于2022年，星期六3.热处理的影响热处理的影响慢冷玻璃，电阻率较大。慢冷玻璃，电阻率较大。分分相相对对玻玻璃璃电电阻阻率率的的影影响响则则取取决决于于分分相相玻玻璃璃中中两两相的结构与组成。相的结构与组成。若若载载流流子子富富集集于于孤孤立立相相中中，其其在在玻玻璃璃中中的的迁迁移移能能力力大大大大减减小小，从从而而导导致致玻玻璃璃的的电电阻阻率率减减小小。反反之之，玻玻璃璃的的电阻率增大。电阻率增大。53第53页，共66页，编辑于2022年，星期六4.表面状态及环境表面状态及环境 玻玻璃璃的的表表面面状状态态及及其其所所处处的的环环境境影影响响到到玻玻璃璃的

46、的表表面面电电导率。表面电导率是相对于体积电导率而言的。导率。表面电导率是相对于体积电导率而言的。在在潮潮湿湿空空气气玻玻璃璃的的表表面面电电导导率率比比体体电电导导率率大大得得多多。但但当温度高于当温度高于1000C，二者相同。，二者相同。因因此此，在在玻玻璃璃表表面面涂涂覆覆增增水水层层（如如涂涂有有机机硅硅烷烷、石石蜡蜡），可可提提高高玻玻璃璃的的表表面面电电阻阻率率，已已用用于于生生产产玻玻璃璃绝绝缘缘子子。而而在在玻玻璃璃表表面面被被覆覆导导电电膜膜SnOSnO2 2,TiO,TiO2 2,降降低低其其表表面面电电阻率，以用于制作防雾、防霜、电致变色玻璃等。阻率，以用于制作防雾、防霜

47、、电致变色玻璃等。54第54页，共66页，编辑于2022年，星期六3.3.7 玻璃的化学稳定性玻璃的化学稳定性 化化学学稳稳定定性性玻玻璃璃抵抵抗抗水水、酸酸、碱碱、盐盐、大大气气及及其其它它化化学学试试剂剂等等侵侵蚀蚀破破坏坏的的能能力力，统统称称为为玻玻璃璃的的化学稳定性。化学稳定性。依依据据侵侵蚀蚀介介质质的的不不同同，分分别别称称为为耐耐水水性性、耐耐酸酸性性、耐碱盐、耐侯性。耐碱盐、耐侯性。一、一、侵蚀机理侵蚀机理二、影响玻璃化学稳定性的因素二、影响玻璃化学稳定性的因素55第55页，共66页，编辑于2022年，星期六一、一、侵蚀机理侵蚀机理1.1.水对玻璃的侵蚀水对玻璃的侵蚀2.2.

48、酸对玻璃的侵蚀酸对玻璃的侵蚀3.3.碱对玻璃的侵蚀碱对玻璃的侵蚀4.4.大气对玻璃侵蚀作用大气对玻璃侵蚀作用56第56页，共66页，编辑于2022年，星期六 1.1.水对玻璃的侵蚀水对玻璃的侵蚀H2O对对Na2OaiO2玻璃的侵蚀过程大体玻璃的侵蚀过程大体可分为三步：可分为三步：(1)离子交换过程离子交换过程Si-Na+H+OH-Si-OH+NaOH(2)水解过程水解过程Si-OHH2OSi(OH)4(3)中和过程中和过程Si(OH)4+NaOHNa2SiO3+H2O这三步反应互为因果，循环进行。由于第二、这三步反应互为因果，循环进行。由于第二、三步的反应物均为第一步反应的生成物，其三步的反应

49、物均为第一步反应的生成物，其反应速度因而决定了水对玻璃的侵蚀的进程，反应速度因而决定了水对玻璃的侵蚀的进程，故第一步反应是水对玻璃侵蚀过程的最主要环故第一步反应是水对玻璃侵蚀过程的最主要环节。节。57第57页，共66页，编辑于2022年，星期六 2.酸对玻璃的侵蚀酸对玻璃的侵蚀 酸酸对对玻玻璃璃侵侵蚀蚀首首先先开开始始于于酸酸溶溶液液中中水水对对玻玻璃璃的的侵侵蚀蚀。因因此此，浓浓酸酸因因其其中中的的水水含含量量低低于于稀稀酸酸，而而对对玻玻璃璃的的侵侵蚀蚀作作用用较较稀酸弱。稀酸弱。酸在侵蚀过程中起两方面的作用：酸在侵蚀过程中起两方面的作用：(1)酸酸中中浓浓度度较较水水中中大大，所所以以酸

50、酸加加剧剧了了玻玻璃璃表表面面Na+与与H+间的离子交换，反应加快；间的离子交换，反应加快；(2)酸酸中中和和了了第第一一步步反反应应产产生生的的碱碱，阻阻碍碍i(OH)4保保护护膜的的溶解过程，可减少玻璃的进一步受蚀。膜的的溶解过程，可减少玻璃的进一步受蚀。58第58页，共66页，编辑于2022年，星期六 二二者者同同时时发发生生作作用用，谁谁占占据据主主导导地地位位取取决决与与原原始始玻玻璃璃组组成成，如如高高碱碱玻玻璃璃，因因a多多，第第（）种种作作用用强强于于（），故故耐耐酸酸性性比比耐耐水水性性差差;而而高高硅硅玻玻璃璃，第第（）种种作作用用占占主主导导，故故耐耐酸酸性性大大于于耐耐