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玻璃的基础知识
作者:an888    发布于:2024-05-12 13:48    文字:【】【】【

  玻璃是由石英砂、石灰石、长石、纯碱、澄清剂、着色剂/脱色剂、助熔剂、碎玻璃等原料经过高温熔融、成型、退火、切割等过程,形成的无色(白玻)透明的非晶态无机物。玻璃具有一系列非常可贵的性质:透明玻璃的基础知识,坚硬,良好的耐蚀、耐热和电学、光学性质;能够用多种成型和加工方法制成各种形状和大小的制品;可以通过调整化学组成改变其性质,以适应不同的使用要求。特别是制造原料丰富,价格低廉,因此获得了极其广泛的应用,在国民经济中起着重要的作用。

  常见的玻璃品种有平板玻璃、玻璃容器、玻璃仪器、石英玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、微晶玻璃、玻璃纤维等,建筑上用的工程玻璃主要是平板玻璃。平板玻璃从成型方法上又可以分为浮法、有槽垂直引上法、无槽垂直引上法、对辊引上法、平拉法、压延法等,目前流行的也是最先进的是浮法,玻璃深加工用的原片也主要是浮法玻璃。

  浮法建筑玻璃常见的规格有(2440、2140)×(3660、3300)等,常见的厚度有3、4、5、6、8、10、12、15、19、25mm等,常见的建筑玻璃品种有平板玻璃、压花玻璃、彩釉玻璃、钢化玻璃(包括半钢化玻璃、弯钢化玻璃)、热弯玻璃、夹胶玻璃(包括防弹玻璃)喷砂玻璃、蒙砂玻璃、防火玻璃、镀膜玻璃(包括热反射玻璃、Low-e玻璃)中空玻璃等。

  浮法玻璃原料的主要成分:硅砂( SiO2)、长石(Al2O3)、石灰石(CaO)、白云石(MgO)、纯碱(Na2O)、芒硝(澄清剂)、着色剂、碎玻璃等。着色剂一般为铁粉、钴粉、氧化铜、氧化铬等,为各种着色玻璃的生产使用。

  浮法玻璃的生产:将配料完毕的原材料在熔窑中熔化为玻璃液后,玻璃液流入锡槽中并在自身重力和表面张力的作用下,摊开成为向前缓慢移动的双面平整的平行的连续玻璃带,待冷却后,在拉边机的作用下形成一定的板宽和厚度,该玻璃带经拉引辊进入退火窑进行退火,退火完毕之后便成了浮法玻璃。

  玻璃是一种非晶态的物质,即一般称为“玻璃态”。之所以这样称谓,主要是指玻璃从熔融状态冷却到室温后,它还保持其高温熔体时的结构状态,因此玻璃也被成为“过冷的液体”,从微观上来说,玻璃的原子排列规律就是近程有序、远程无序,其内部结构有点类似于液体,但它又能象固体一样能保持一定的外形。玻璃主要性质表现为以下几个方面:

  玻璃从熔融状态到固体状态的性质变化过程是连续的和可逆的。玻璃从玻璃液到固体玻璃的转变过程中,随着温度的降低,玻璃的粘度随温度的降低而增大。而玻璃的粘度是玻璃的一个重要性质,它与玻璃的熔化、成型、退火以及我们的钢化等热处理都有密切的关系,我们钢化过程中提到的转变点(Tg)就是指玻璃的粘度为1012.4Pa·S的温度。在一般的玻璃工艺中除了转变点外,常用到的粘度参考点还有应变点、退火点、变形点等,都是指一定的粘度对应的温度。

  玻璃在从熔体冷却转化为固态玻璃的过程中,由于冷却的过程中粘度急剧增大,质点来不及作形成晶体的有规律排列,因此系统的内能尚为处于最低值从热力学的角度上看,玻璃处于介稳定的状态,在一定条件下它有自发放热转化为内能比较低的晶体的倾向。但从动力学的角度去看在常温下这个过程是相当漫长的,也许需要亿万年。不过人类制造的玻璃以有几千年历史,还没有发现常温下这种转变的发生。因此一般可以认为玻璃是一种较稳定的物质。

  玻璃内部的物质从玻璃态向晶体转化是一个漫长的过程,但在类似的情况下玻璃中含有的α-NiS到β-NiS的转变却是相当迅速的,在这个转变过程中还伴随着体积的变化,我们钢化玻璃的自爆有很大一部分原因都是由于NiS的晶型转变引起的,这点我们后面还会详细讨论。

  1) 各向同性:反映在力、热、光、电四个方面,就是在力学性能、传热性能、透光性能、导电性能等方面各个方向具有相同的性质,也就是说玻璃的性质与方向无关。

  2) 没有固定的熔沸点:由于玻璃是混合物,各个组分的熔沸点各不相同,在从低温加热时,玻璃没有固定的熔沸点,只会慢慢变软,粘度变小,并逐渐由固体转变为液体。

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  3) 玻璃的力学性质:A、玻璃的弹性行为:在远低于其软化温度并处于低应变时(其实直到断裂也没有明显发现塑性变形),玻璃遵循虎克定律,即应力/应变=常数。即便弹性模量有变化,但除去外力后,玻璃会恢复到原来的形状与大小。玻璃的弹性可用扬氏模量E与泊松比μ来表示。玻璃的E在50~90MPa之间,泊松比在弹性变形下,玻璃体积的变化,平板玻璃的μ约为0.22,E值大的玻璃,在相同的力的作用下,产生的内应力也大。B、玻璃的滞后弹性效应:此性质如图所示:

  4) 玻璃的强度:玻璃是一种脆性材料,其特点是抗压强度大,抗张强度小,抗压强度是抗张强度的10倍,玻璃之所以易碎,就是因为玻璃受撞击时,玻璃发生的塑性变形很小,在冲量一定的情况下,受力时间很小,所受的力也就很大,因此玻璃易撞碎。

  5) 玻璃的热学性能:A、玻璃的热膨胀性:建筑玻璃玻璃的热膨胀系数α一般为90~98×10-7/℃,它与温度有关,表示α时必须注明温度,如α(20~30)。B、玻璃的导热性:普通平板玻璃的导热系数λ大致为0.0096J/cm·s·℃,玻璃的λ与温度有关,当温度超过300 ℃时,由于辐射热的作用,λ急剧增加。玻璃的λ与温度和热容有关,当温度升高,玻璃的密度降低,热容增加。

  6) 玻璃的光学性质:玻璃最明显的光学性质就是光的高透过性,玻璃的光学性质取决于玻璃组分的原子或离子的性质和局部排列。玻璃的折射与电子密度和原子序数有关,密度越大、原子序数越高,折射率越大。如气体的折射率随密度的增加而增加,NaCl与NaF有相近的质量密度,但氯的原子序数比氟大,因此单位体积的NaCl有较多的电子,所以有较高的折射率。我们所看到玻璃的颜色主要为玻璃的反射色,形成带色玻璃的方法有两种:一是在玻璃中形成一种细微颗粒的分散相;二是将带有颜色的离子均匀的溶解在玻璃中。

  7) 玻璃的化学稳定性:一般来说,玻璃的化学稳定性是很高的,除几种特定的物质(如氢氟酸、氢氧化钾、水玻璃等)会对其造成腐蚀外,其他物质,即使是强酸、强碱也不会对其造成影响。但在玻璃的储存、搬运的过程中,如果两片玻璃之间有水分进入,就会出现一种叫做发霉的现象,主要是因为水分吸收空气中的二氧化碳,与玻璃表面中断裂的硅氧键发生反应,侵蚀玻璃表面,形成无色的污记,甚至造成玻璃表面的凸凹不平,严重影响玻璃的性能与后续加工质量。对于玻璃的发霉,后面将作详细的讲解。

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