玻璃特性解说_• 玻璃最普通的成分是二氧化硅，但另外一些物质也有类似的特性，称 之为玻璃生成体。其它的一些玻璃生成体如三氧化二硼和氧化磷。 • 玻璃网络结构中一些作为调和剂的其它成分，在玻璃某些特性上起正 面的影响，但在另外一些特性上则起负面影响，就看我们需要什么。 例：Na2O会破坏网络结构而降低粘度，这会使玻璃变软，能够在较 低的温度下加工玻璃。但这也会增加电导率，降低化学稳定性，这在 灯泡中大多是不希望的。考虑到有时添加成分的正反面影响，在大量 玻璃的应用和加工方面得到了很大发展。

　　• 为了描述玻璃，比较不同的玻璃，在粘度－温度曲线上定义了一些重 要的点，这些点为： ： • 应力点 应力点：在数小时内应力能被消除的粘度点 • 退火点 退火点：在几分钟内应力能被消除的粘度点 • 美国软化点 美国软化点：玻璃在表面张力或重力作用下自身发生变形的粘度点 • 工作点 工作点：玻璃能被加工的粘度点 • Philips软化点 软化点：玻璃在外力作用下能发生变形及内在的应力能在数秒 软化点 钟内消除的粘度点 • 熔化点 熔化点：虽然玻璃没有熔化点但玻璃有一个熔化范围，把粘度为102 poise定义为熔化点

　　• 现有一块热玻璃（ P.S.P.）当我们从一端开始冷却，由于热导率很 差，就会产生一个温差。但这不会立即产生不同区域不同的膨胀。 • 因玻璃在较高的温度依然具有流动性，高温度区的玻璃会屈服于低温 度区的玻璃，想象两个区以相同的速度冷却，然后低温度区达到 Philips软化点，这里的玻璃开始有点固化，一般会产生应力。然而高 温度区的玻璃仍具有流动性可以屈服于低温度区，所以会消除所有收 缩的差异。 • 继续直到高温度区的玻璃也开始固化，但因为两个区的冷却速度相同， 因此收缩也相同，能相安无事（在过度阶段忽略两个区的膨胀差 异！）。当继续以相同的速度冷却，低温度区的玻璃达到了室温，高 温度区的玻璃还是较热，因为冷却速度相同，所以收缩了相同的长度。 当低温度区的玻璃达到室温不再收缩，就阻止了高温度区的玻璃要继 续冷却到室温时引起的进一步收缩。两个区之间的应力就产生了。

　　• 大体上，玻璃较硬，在理想情况下能承受较大的外力（压力和张力）； • 然而只要表面出现不规则，抗张强度就会大大降低，这是称之为“刻 痕效果”的结果； • 即使很小的一个力，在开裂的地方就超过了能承受的最大拉力，玻璃 就开裂； • 例：环形弯架 用锉刀在排杆上划一道伤痕后，用手很容易就可以掰断 排杆。

　　• 冷却速度越快，温差∆T越高，应力就越大。这也意味着将玻璃加热到 软化后（ P.S.P.）再以小的温差∆T冷却就可以消除这个应力（这称 为“退火”）。 • 有时通过快速冷却建立应力（称为淬火），利用玻璃在压应力下很坚 固的特性。例如制作汽车玻璃，灯泡制作中做喇叭时，喇叭的硬化。

　　• 因为由于低的热导率，加热或冷却固态玻璃时（＜屈服点），在玻璃 上产生温度不同的区域。 • 这会产生不同程度的膨胀或收缩趋势，但玻璃各部分不能自由流动， 导致产生应力。只要没有温差∆T，应力就会消失，称之为“暂时应 力”。 • 以上只适用于在材料的固态阶段。

　　• 很显然，通过机械作用也会产生应力，例如弯曲一根玻管或推压一块 玻璃； • 只要外力存在，应力就存在。由于产品的结构，这种应力也可以是永 久性的。

　　• 首先要求它们的热膨胀系数相同或相近，如果膨胀系数不匹配，就会 -7 在封接处因内应力的作用产生炸裂。膨胀系数差别在6×10 ／K以内 的玻璃，可以相接，但要经过退火。 • 下面介绍判断两种不知膨胀系数的玻璃能否相接的方法：在两种玻璃 中各选一段，分别在火焰上烧成一小方块，然后将小块玻璃相互粘合， 并拉成直径约0.1mm的细丝，截取140mm长一段。待冷却后，弯曲 的程度h反应膨胀系数差别大小，当h＞6mm时，此两种玻璃不能相接； 当h＜6mm时，可以相接。 • 当两种不同膨胀系数的材料封接在一起，冷却后由于一种材料需收缩 得更大，但封接后阻止了进一步的收缩而产生应力。较低膨胀系数的 材料受到的是压应力，较高膨胀系数的材料受到的是张应力。膨胀系 数是材料的特性不能改变，这个应力不能消除。

　　• 在许多应用中玻璃的热膨胀是一个很重要的特性。两个主要的相关领 域： • 1)封接（即哪种材料能同玻璃有效封接） • 2) 抗热爆性（即不热爆的能力）

　　• 应力→ 开裂 → 漏气灯，这种现象称为“电解” ； 应力→ 漏气灯，这种现象称为“电解”

　　• 材料的热导率是表示在两个相差1度的单位表面上热量流过的速率 • 玻璃在较低的温度下，热量能够很好地限制在需要加热的区域而不使 其它区域变形，随着温度升高，热传导速度迅速增加，这样可以将加 工区域能在较短的时间内加热到工作温度。但由于低的热导率，玻璃 上不同区域的温差会产生应力 应力。 应力 • 概括: 冷玻璃 不良导体 热玻璃 良导体 在高温下同铸铁相当

　　• 在Philips根据玻璃的膨胀系数α进行了分类，主要类别有 ： • 软料玻璃

　　什么是玻璃 玻璃的分类 粘度 成分 热导率 电导率 机械强度 热膨胀和应力 表面张力

　　• 图（1）在直流情况下，相对小的Na 离子逐步从正极向负极迁移。也 就是在正极周围的Na离子减少，在负极Na离子增加，这就改变了两 边玻璃的成分，改变了玻璃的膨胀系数，应力也就会产生。 • 图（2）在交流情况下Na不能从一个极向另外一个极迁移但仍会发生 电解。在抽真空的灯中，电子从热钨灯丝上发射到相对冷的打扁处。 打扁表面就充负电，Na 离子从电极向表面迁移。同样因为玻璃成分 和膨胀系数的改变，引起开裂。 • 温度越高，电解速度就越快。因为随着玻璃中钠含量的增加电导率也 会增加，直接的解决办法是减少钠含量。然而，这样会提高熔化点， 对加工带来不利的影响。 • 加入其它的成分，如铅（Pb）和钡（Ba）有比较大的原子，可以阻 止Na离子的迁移，也就可以阻止电解，尽管在高温下不能降到零。这 就是采用铅玻璃做灯芯的原因。在无铅的灯芯玻璃（360玻璃）用钡 （Ba）代替了铅（Pb），达到同样的效果。

　　• 玻璃中电传导是基于离子的迁移，尤其是Na离子。在低温下，由于粘 度，离子不容易移动，但温度越高，其移动就越容易。因此在低温下 （室温）玻璃可看作绝缘体，在百度文 库温下为导体。 • 电导率本身对于灯内灯芯是一个重要因素。下面举两个普泡灯芯的离 子(图1、2)：

　　• 粘度是流动阻力，可用dPa.s表示（十分之一帕·秒，或泊）。感觉这 个阻力的一个简单例子是：在糖水中和在水中搅动汤匙，比较受到的 阻力。从上述可知，粘度同流动性成相反关系，温度越高，粘度越低， 反之亦然。下面是一些粘度的例子： • • • • • • 水 糖浆 蜡 软料玻璃 (20 C): o (20 C): o (20 C): o (20 C): o (600 C): o (1200 C):

　　• 凡是通过“过冷”溶液的方法而制得的一切无定形体物体，不管其化 学性质及凝固温度范围如何，统称玻璃; • 玻璃是一种几千年前就被发现的天然材料，当玻璃能被合成后，这种 材料就得到了广泛的应用 ； 主要成分的分子结构是四面体的二氧化硅（SiO20）如下图：

　　• 由于内聚力，液体内的分子会互相吸引。如一个分子周围完全被其它 分子围绕，它在各个方向上受到的力相同，合力为零。但在表面的分 子受力不平衡，结果产生一个向内的拉力。这个拉力的结果是表面/体 积比必须是最小的，这个情况经常是球形。 • 玻璃表面收缩成球体的趋势总是存在。只要玻璃的粘度允许，表面张 力就起作用。这个特性在玻璃加工中得到了广泛的应用，如：割管烧 口、做灯芯时水线升高、落料式封口等。