玻璃研究课件.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 玻璃材料,1,玻璃瓶,玻璃工艺烛台,建筑玻璃,艺术玻璃,2,第一节 概述,1.玻璃的历史,玻璃是历史最悠久的人造材料之一。它的发展史始于人类开始知道火对于物质的作用，它的出现是在史前时代，可能与人类发明冶金方法和制陶方法同时。因此玻璃已有数千年的历史。,根据罗马史学家Pliny记载，关于发现玻璃的传说，可远溯至西元前3500年，腓尼基航海商人运送碳酸钠，在地中海沿岸煮食，以碳酸钠当砖垫锅，在高温熔融下混合海砂。意外发现晶亮的物质-玻璃。然而最早期的玻璃的制造，则是西元前2500年发现的玻璃珠，以及1000年后在美索不达米亚平原与埃及，以胚心成形制成的玻璃容器，从此展开人类璀璨的玻璃艺术史。,3,西元元年左右罗马帝国时期吹制技术的发明，是玻璃史上重要的转折点之一，使得玻璃不再只是奢侈品。在东西文化交流的影响下，以模吹加金箔银箔与彩绘装饰为主。工业革命的材质改良与技术革新，促成,18,世纪以美国为主的机械量产，至此玻璃从王公贵族的豪奢之物，因大量生产而变成人们所需的日常用品，如门窗、杯碗瓢盘与生活周遭的各样科技应用。,1962,年美国,Harvey Littleton,和,Dominique,Labino,成功研制小坩锅，使得玻璃跳脱机械量产体制，得以成为艺术创作的材质，进而带动全球风行的工作室玻璃艺术风潮，兴起许多世界知名的玻璃艺术家。,4,玻璃熔体冷却后呈坚硬,无定形状态,的无机物,2.玻璃的结构,5,普通玻璃的化学结构,6,鳞石英,SiO,2,-Na,2,O相图,方石英,Na,2,O加入SiO,2,中，因形成低共熔混合物而使其熔融温度显著降低,9,玻璃是由矽砂、碳酸钠、石灰石等以高温(1300C1600C左右)烧熔而成，冷却后成为一种硬而脆之透明或半透明物体。主原料如下：,矽砂,约占70%，为火成岩经崩坏作用而瓷土化所生，内含石英粒，系砂中含有二氧化矽，可使玻璃化。,碳酸钠,约占15%，碳酸钠可降低矽砂熔解温度，其他的助剂如碳酸钾也可降低熔点。,3.制造,玻璃的主要原料,10,石灰石,约占,10%,，在化学上称之为碳酸钙，可降低玻璃的熔融温度，如果玻璃中仅有矽砂、碳酸钠或碳酸钾而无石灰石，则玻璃会在沸水中熔解，这种缺钙的玻璃称为,水玻璃,，具有硬化、快干、防漏等功能，为大地工程中地质改良的材料。,其他材料,约占,5%,，有时玻璃中会添加一些物质使其具有特殊的功用。如添加一些化学药品可除去如铁质等杂物，以避免玻璃有色，但有时加入化学品可使玻璃变为有色玻璃。,11,第二节 玻璃的种类及特性,1.平板玻璃,(1)透明平板玻璃-以机器由熔解窑引出的透明而表面平滑的玻璃(2)磨砂平板玻璃-以透明平板玻璃使用磨砂.喷砂或腐蚀等适当的方法使其一面丧失原有的光滑度.透光而不透视的玻璃,一、建筑用玻璃的分类,12,建筑平板玻璃的成分为钠石灰玻璃.玻璃膏经控制闸门进入钖槽,由于地心引力及本身表面张力作用浮于熔融钖表面上后,再进入徐冷槽,使玻璃两面平滑均匀,波纹消失而制成,13,2.色板玻璃,在玻璃的基本原料中,添加微量的,铁、镍或金属元素,作为着色剂,高温生成不同的色泽而得,可视光透过率由13-83%不等,取决于玻璃的颜色和它的厚度,由于,生产经济规模,的因素,通常它有,蓝色、绿色、茶色,等的变化.特性-比透明板玻璃吸收较多的日射热,适当减少总能源透过率,可以减低冷气空调的负荷;减低强烈的外观,呈现活泼和个性化的诉求;吸收较多的紫外线,防止家具、商品的变色或褪色.,14,3,.,反射玻璃,在真空室内用离子溅镀法,将金属化合物喷镀在玻璃表面,使其产生一层均匀的金属氧化膜,因金属氧化膜的厚薄不同,即可呈显出不同的色彩及高性能的隔热效能,.,特性-隔热性高,可节省能源;因反射性高,可防阳光直射,给室内居住者舒适感.,15,是由两片以上的玻璃黏合在一起,目前世界的胶合玻璃,多是指玻璃与PVB中间膜经高温高压胶合而成的产品.,特性-,由于胶合中间膜与玻璃牢固的黏结,当受外力意外撞击致使玻璃破裂,还是可以整块黏在一起,不会产生尖锐玻璃碎片而伤到人.同时因PVB中间膜优良抗拉强度,而能将外力均匀吸收,减少冲击伤害,并可防止玻璃贯穿;中间膜有减轻太阳光中的红、紫外线机能,可节省冷气设备及用电量,增进舒适的生活环境.,4.胶合玻璃,16,5.弯曲玻璃,将玻璃置于模具上加热后,依玻璃自己本身之重量而弯曲,再经冷却后而制成.用途利用弯曲玻璃,使建物外观室内隔间等更具多采多姿的变化.,17,6.强化玻璃,将平板玻璃加热接近软化点时,在玻璃表面急速冷却,使压缩应力分布在玻璃表面,而引张应力则在中心层.因有强大均等的压缩应力,使外压所产生的引张应力,被玻璃的强大压缩应力所抵销,增加使用的安全度.,特性-,强化玻璃的强度约为普通玻璃的3-5倍;当玻璃被外力破坏时,成为豆粒大的颗粒,减少对人体的伤害;可耐温度的急速变化.,18,7、彩绘玻璃,使用AB胶或单胶挤拉出图案在玻璃表面,等AB胶或单胶干硬之后,再倒进各种色彩的彩绘原料.彩绘原料包含了金油,溶剂及色母.,19,8、晶雕(钻雕),晶雕玻璃完全由电脑机械来操作制造.把所需图片输入电脑绘图,再输出经由电脑程式控制之机械制造完成.,20,9、彩釉玻璃,彩釉玻璃是将无机色料印刷在平板玻璃上,干燥后再经由强化炉将色料热融入玻璃表面,而制成稳定不褪色,各式图案的彩釉玻璃.,21,二、,玻璃用途分类,容器类-食品.化妆品.药用玻璃瓶等理化学类-温度计.医疗用玻璃等平板类-强化玻璃.胶合玻璃等建材类-玻璃砖.水晶灯饰等照明类-玻璃灯泡.灯管等电子类-电子用玻璃.半导体元件等光学类-眼镜.照相机等,22,1、容器类,23,特点,具有气密性好、耐腐蚀、卫生及透明等特点，被广泛用于盛装食品、药品等。对玻璃瓶罐的技术要求有：耐内压强度、抗冲击强度、垂直荷重强度、抗热冲击性（热稳定性）、耐蚀性（化学稳定性）、光泽、颜色、密度等。,24,b、生产,瓶罐玻璃的熔化大多数采用连续作业的池窑，少数采用间歇式作业的池窑。,成型（吹制法）：按供料方式分为真空吸料式和滴料供料式,。,25,2、理化学类,26,在科学研究、化学实验、生产检测中广泛应用，主要包括实验室仪器玻璃、医用玻璃、温度计玻璃及玻璃电极。,例如高硅玻璃 SiO,2,含量96%以上。,高硼硅玻璃SiO,2,含量78%以上，B,2,O,3,大于10%。这类玻璃热膨胀吸收低、热稳定性好、对水和酸的耐侵蚀性强、耐热性能好、机械强度高，广泛用于制造各种耐热仪器玻璃、医用瓶、注射器等。但耐碱性差。,27,从玻璃的本质结构和性质来看：,1各向同性,玻璃的原子排列无规则，但很均匀，决定了它的物理和化学性质在任何方向下都是相同的。,2无固定熔点,玻璃由固体转变为液体是在一定的固定温度区域进行，无某一个固定的熔点。玻璃的熔融是一个过程，特吸收热量的特点使得它是在温度不断升高的过程中逐渐改变其黏性，像糖饴一样逐渐流动，不会沸腾、蒸发或突然流动。,3化学稳定性,玻璃具有耐水性，耐酸性，耐碱性，耐大气腐蚀性。要提高玻璃的化学稳定性有两种表面化学处理方法：,使用酸性的气体或溶液时玻璃表面形成高硅氧膜,在玻璃表面涂上一层对玻璃有良好吸附力，对侵蚀介质有低亲和力的物质。通常是指硅有机化合物、氟化物等。,三.玻璃的特性,28,4亚稳定性,玻璃的亚稳定性是相对于稳定而言的，表现为不太稳定的状态，是由熔融体的冷却得到。玻璃在冷却过程中黏度急剧增大，导致原子来不及排列，不能释放出结晶的潜能，产生亚稳定性。也就是说玻璃在退火过程中如果退火点温度不正确或过程时间过快，会导致玻璃的这种亚稳定性释放，玻璃会有裂痕产生，并且裂痕会随着排列不紧密的原子结构延伸，直至玻璃完全断裂，有时这种现象会发生在玻璃成形后的很长一段时间之后。因此，退火是一个十分重要的过程。,5变化的可逆性,玻璃可以从化学原料到固体，再到液体，再到固体，这个过程中玻璃的密度、折射力、黏度可重复演示。也就是说玻璃原料可重复使用，可进行多次铸造。,6可变性,玻璃在不同的变化状态时，加入其他物质，可改变玻璃的性质。,29,思考题,普通玻璃的结构及主要组成？,30,第三节,玻璃的生产工艺,31,一、玻璃配合料的制备,一、玻璃原料,1、主要原料：是指引入各种组成氧化物的原料，它们决定了玻璃的物理及化学形状。包括引入玻璃形成体、玻璃调整体和玻璃中间体成分的原料。例如：SiO,2,B,2,O,3,P,2,O,5,Al,2,O,3,Na,2,O等。,32,2、辅助原料：是指玻璃获得某些必要性质和加速熔制过程的原料。,3、澄清剂：加入玻璃配合料或玻璃熔体中，在高温分解或形成气体以促进玻璃液中气泡排除的物质。As,2,O,3,Sb,2,O,3,CaF,CeO,2,等。,4、助熔剂：能促使玻璃熔制过程加速的原料。CaF,2,H,3,BO,3,NaNO,3,BaCO,3,等。,5、着色剂：使玻璃着色的物质。,33,6、脱色剂：能减弱铁及其他杂色离子或化合物对玻璃着色影响的物质。又分为物理脱色剂（MnO,2,Co,2,O,3,稀土化合物）和化学脱色剂两类（As,2,O,3,Sb,2,O,3,Na,2,S,硝酸盐氧化物等）。,7、乳浊剂：在玻璃中的溶解度不大，随着温度下降，重新以微粒状从玻璃中析出，使玻璃产生乳浊现象的物质。有氟化物，磷酸盐等。,8、氧化剂（K,Na,Ba,硝酸盐，CeO,2,）和还原剂(C,SnO,2,Sb粉)：在熔制玻璃时能释放出或夺取氧的物质。可以形成氧化或还原的熔制条件。,34,二、组成设计,在玻璃生产中，玻璃成分设计对玻璃的物理性质、化学性质、熔化等工艺均有重要影响，改变玻璃组成即可改变玻璃结构状态，从而使玻璃性质发生变化。,35,1、原则,a.首先考虑玻璃组成、性能、结构之间关系，使设计的玻璃能满足预定的性能要求。,b.根据玻璃的形成图、相图及玻璃结构等理论依据，使设计组成析晶倾向小，易于形成玻璃。,c.根据生产条件使设计的玻璃能够满足工艺质量的实际要求，并且所设计的玻璃应当价格低廉，原料易于获得。,36,2、设计组成步骤,a.列出设计玻璃的性能要求。,b.拟定玻璃的组成。,c.实验、测试确定组成。,37,三、配合料的制备,配合料料方计算,称量,混合,输送（皮带或斗提）,窑头料仓,质量要求及检测：1、配合料称量具有准确性；2、要有适当的含水率（纯碱配合料3%5%，芒硝配合料3%7%）；3、要有适量的气体率（钠钙硅玻璃15%20%，硼酸玻璃9%15%）；4、尽量避免金属和其它杂质的混入。,质量：1、各种组分的均匀性；2、化学成分的正确性。用滴定法和电导法测定。,38,二、玻璃的熔制,定义：将称量准确混合均匀的配合料经高温加热，形成均匀的、无气泡的、符合成型要求的玻璃液的过程。,玻璃的熔制是一个非常复杂的过程，它包括一系列的物理的、化学的、物理化学的现象和反应，这些反应的结果使各种原料由机械混合物变成了复杂的熔融物，最后转变为玻璃液。,39,1)硅酸盐形成阶段,2)玻璃形成阶段,4)玻璃液的均化阶段,3)玻璃液澄清阶段,5)玻璃液冷却阶段,40,室温,8001000,o,C,12001400,o,C,14001500,o,C,41,一、熔制过程,1)硅酸盐形成阶段,温度8001000,C,在固相或液相反应中形成易熔的中间体，如：,Na,2,Ca(CO,3,),2；,(Na,2,O),0.52,(CaO),12,(SiO,2,),3,熔体中有大量气泡、条纹,CO,2,O,2,SO,2,NO,2,等,42,2)玻璃形成阶段,温度,12001400,C,低共熔混合物熔化,硅酸盐和剩余石英砂粒的互熔,由不透明的半熔化物转化成透明玻璃液,43,3)玻璃液澄清阶段,温度 14001500,C,除气泡,加入澄清剂，如Na,2,SO,4,，放出SO,3,并带出气泡,其它澄清剂：,NaNO,3,/KNO,3,+As,2,O,5,适于高温熔体14001500C,NaNO,3,/KNO,3,+Sb,2,O,3,适于低温熔体13001400C,熔体中还有条纹，温度不均匀,44,4)玻璃液的均化阶段,保持较高温度,通过扩散、对流、搅拌作用，消除条纹、成分不均匀和热不均匀性,5)玻璃液冷却阶段,冷却降温200300,C，,达到成型所要求粘度,45,玻璃的熔制,46,大量连续生产,各熔制阶段在窑的不同部位进行,各部位温度恒定,各熔制阶段均在,同一坩埚内随时间,推移依次进行，,炉膛温度随时间变化，,适用于产量小或经常,更换料种的玻璃，,如特种玻璃,小型，间歇式生产,生产周期24小时,小型，连续生产,熔窑,池窑,坩埚窑,间歇式池窑,单元式熔窑,47,梭式窑,48,在玻璃的生产过程中，影响熔制的主要因素有哪些？,49,影响熔制过程的主要因素,1、配合料的化学组成 对玻璃的熔制速度有着决定性影响，熔融速度关键取决于组成中SiO,2,及其它难熔化合物（如Al,2,O,3,ZrO,2,等）的组成量与碱金属和碱土金属总量之比值。,2、原料的性质 原料的性质及其种类的选择，对熔制的影响很大。,50,3、配合料的调制 配合料的均匀性与玻璃液质量和熔制速度有极大关系，配合料在输送和储存过程中易于飞料、分层、影响成分稳定，将配合料预处理（粒化、压块、烧结）可以避免以上现象。,4、助熔剂的应用 在一定的玻璃成分和温度下，在配合料中引入的加速剂，能提高熔化速率。氟化物、氧化砷、硼酸盐、铵盐：降低玻璃液的粘度。,5、熔制温度、气氛 熔制温度决定了玻璃的熔融速度、硅酸盐生成反应完全与否以及澄清时间的长短等。,51,思考题,玻璃熔制过程分为几个阶段？简单讲述每个阶段的主要特点？,52,三 玻璃的成型与退火,一、玻璃的成型,1、成型与定型 玻璃的成型是指熔融的玻璃转变为具有固定几何形状制品的过程。玻璃必须在一定的温度范围内才能成型。在成型时，玻璃液除作机械运动外，还与周围介质进行连续热传递。,成型过程：成型（赋予制品一定的几何形状）；定型（把制品的形状固定下来）,53,2、玻璃的主要成型性质,a.粘度,是玻璃重要的物理剂工艺性质之一。它不仅对玻璃成型有重要影响，也影响着玻璃的熔制和退火过程。玻璃的粘度随温度下降而增大的特性是玻璃制品成型和定型的基础。一般玻璃成型范围10,2,10,6,Pa.s，通过温度的控制，使玻璃液粘度改变，从而调节玻璃的流变性，以达到玻璃的成型与定型。,粘度：是表征流体内摩擦力或者表示阻碍液体流动性质的物理量。,54,b.,表面张力,熔融玻璃的表面张力在玻璃的澄清、均化、成型以及玻璃液与耐火材料相互作用等过程中起着重要作用。如在成型时表面张力可使玻璃的料滴自动形成球形，不用模型即可吹制成圆形料泡。,c.弹性 玻璃在高温下是粘滞性液体，而在低温下则是弹性固体。,d.比热、导热率、热膨胀、表面辐射强度和透热性,55,3、成型制度的制定 玻璃的成型制度是指成型各阶段的粘度-时间或温度-时间制度。在每一个具体成型情况下需要确定的工艺参数是：,a.成型粘度范围 玻璃液在成型粘度范围内易于成型，有一定的冷硬化速度，又不产生析晶等缺陷。工业玻璃的成型粘度范围为10,2,Pa,.s,10,6,Pa.s。,b.成型各温度段的持续时间 从理论上说可以根据粘度-时间曲线来确定，但实际情况要复杂得多，需要经过反复测试确定。,c.模型的温度制度 在成型之前模型应加热到适当的操作温度。模型吸取积蓄能量玻璃辐射、对流模型外的冷却介质成型过程中，二者相等就稳定。,56,玻璃成型工艺：（a）压制，（b）压吹，（c）拉纤,(a)pressing,(b)press and blow process,(c)drawing of fibers.,57,连续平板玻璃生产设备,58,a、吹制法,手工半机械机械化计算机弯曲自动化控制,人工成型：制作少量高级器皿、艺术玻璃及特殊形状的制品。,59,压-吹法：特点是先用压制的方法制成制品口部和雏形，然后再移入成型模中吹制成制品。生产大口瓶。,压成雏形脱模成型模吹气,吹-吹法：特点是先再带有口模的雏形模中制成口部和吹成雏形，再将雏形移入成型模中吹成制品。生产小口瓶。,倒立料滴进入雏形模吹气制成雏形正立成型模中吹气,转-吹法：转-吹法是吹-吹法的一种，但在吹制过程时料泡不停地旋转。,带式吹制法：是以液流供料的方式，使玻璃液从料碗中不断地向下流泻，经过水冷却的辊筒压成带状。薄壁器皿、电灯泡、热水瓶胆等。,60,b.,压制法,机械化压制法（不宜内腔形状复杂、薄壁器皿等）与人工压制的成型部件是相同的，包括模型、冲头和模环。一般采用滴料供料机供料和自动压机成型。,特点是制品的形状比较精确，能压出外面带花纹的制品，工艺简便，生产能力高。玻璃砖、绝缘子、电视机显象管面板，水杯。,61,c.拉制法 此法用于成型各种平板玻璃及玻璃管。其作用原理是对粘流状态的玻璃液施加拉力，使其变薄，并在不断变形中得到冷却而定形。,有垂直引上法，无槽垂直引上法，对辊法。平整度、光泽度较浮法差。上引冷却边部重力加拉引力作用下不断变薄、定型,62,d.平拉法,也称水平拉引法。玻璃原板从自由玻璃液面引上后，绕经一个转向辊，再沿水平方向拉引进入退火窑。这种成型方法是美国人发明，后经柯尔本及利 比欧文斯公司改造，故称为柯尔本利比欧文斯法，简称柯尔本法。,平拉法的特点为：产品品种规格多，平拉法可以一窑设条生产线，可以生产不同品种的玻璃。,63,e.压延玻璃,压延法有三种形式：平面压延（不平整），辊间压延，连续压延。,生产过程为，玻璃液从熔窑尾端溢流日溢出，经溢流格和托砖流到压延机的上下压辊间，压延辊中间通冷却水，使流经上下压辊间的玻璃液迅速冷却，有液态变成塑性状 态，当玻璃从正在转动的上下压辊的间隙出来时，形成所要求厚度的玻璃板。压延辊与玻璃带之间的摩擦力使玻璃带运动，出压辊的玻璃带经过托板水箱的冷却和托辊的拖动，然后经过活动辊道进入连续退火窑中退火。上述过程连续进行，使馆用玻璃液形成连续玻璃带。压延玻璃是具有单面或两面有花纹图案的平板玻璃。,64,f.浇铸法 在制造某些光学玻璃、建筑用装饰品和零件、艺术雕刻等玻璃时常常采用浇铸法。,65,g.浮法玻璃生产,浮法玻璃生产工艺是指玻璃液在熔融金属液面上漂浮成型的平板玻璃生产的工艺方法。该方法可以生产厚度为1.730mm的平板玻璃，是世界上目前最先进的平板玻璃生产工艺方法。,特点：,玻璃表面质量高，拉引速度快，产量大，厚度可控1.730mm，宽度达5.6mm，便于大规模自动化生产,66,67,二、玻璃的退火,1、定义与目的,消除玻璃制品在成型或热加工后残留在制品内的永久应力的过程称为退火。其目的是防止炸裂和提高玻璃机械强度。,68,2、玻璃的热应力,a.暂时应力 在温度低于应变点时，玻璃处于弹性变形温度范围，当经受不均匀的温度变化时，会产生热应力。当温度梯度消失时，应力也消失。,b.永久应力 玻璃从可塑状态向脆性状态冷却时，即从高于应变点温度开始降温，由于玻璃内外层或局部产生温差，导致热膨胀不一致而引起的应力。,69,3.玻璃中的应力消除,玻璃在应变点附近属弹性体，既具有弹性也具有粘性，因此，应力可以得到消除（松弛）。,70,4.玻璃的退火工艺制度,玻璃退火温度范围,为了消除玻璃中的永久应力，必须将玻璃加热到低于玻璃转变温度附近的某温度，使应力松弛，这个选定的保温温度成为退火温度。玻璃的最高退火温度是指在此温度下经过,3min,能消除应力,95%,，也叫退火上限温度；最低退火温度是指在此温度下经过,3min,能消除应力,5%,，也叫退火下限温度；一般生产中退火温度比最高退火温度低,2030,o,C,，最低退火温度比最高温度低,50150,o,C,）,71,b.退火工艺过程,加热（玻璃制品进入退火窑中，必须把制品加热到退火温度），保温（消除快速加热时制品存在的温度梯度，并消除制品中所固有的内应力），慢冷阶段（在玻璃中原有热应力消除后，必须防止在降温过程中由于温度梯度而产生新的应力），快冷阶段。,72,四、玻璃体中的缺陷,1、气泡,73,气泡（英文bubble）是指玻璃中的可见气体夹杂物，它不仅影响玻璃的外观质量，更重要的是影响玻璃的透明性和机械强度，是一种极易引起人们注意的玻璃缺陷。气泡产生的原因很多，情况复杂。与熔化有关的一次气泡、再生气泡（重沸气泡）、外界空气气泡、耐火材料气泡及金属铁引起的气泡等等。,74,2、,雾点,雾点（hot end dust）是浮法玻璃下表面的开口微气泡，直径只有几微米，数量多时每平方厘米可达几十万个。肉眼观察隐约可见在玻璃表面上有一层薄雾。程度轻者仅在强光黑背景中可看出，严重时可使玻璃表面粗糙，玻璃本身好像磨砂毛玻璃而不透明。结石、条纹和节瘤（玻璃态夹杂物）。,75,3、钢化彩虹,钢化彩虹（国外称为“起霜”，英文tempering bloom），是指浮法玻璃在进行钢化或热弯等热加工时，玻璃下表面（成形时与锡液接触的表面）呈现蓝色的荧光，在显微镜下观察是玻璃表面有微皱纹。它是由玻璃下表面的锡造成的，是一种薄膜干涉现象。,76,4、划伤与辊印,划伤(scratch)是指玻璃表面的机械擦伤，在玻璃的上下表面都可能发生。,上表面划伤多为过渡。,由辊子（包括过渡辊和退火窑辊）带来的缺陷即辊印（英文roller imprints），主要是玻璃与辊子接触受压产生。如果辊子表面有凹凸不平，自然会将玻璃板压出刻痕。,5、其它缺陷,结石、和节瘤（玻璃态夹杂物）,77,第四节 特种玻璃,78,钢化玻璃,淬火产生内应力，导致表面增强,无色光学玻璃,可见光波长范围内吸光性极低高纯度,高折射率增加氧化钡、氧化铅含量,导电玻璃,ITO（Indium Tin Oxide）玻璃导电,79,LCD专用平板玻璃,TFT-LCD使用无碱玻璃，避免钠离子迁移对半导体的破坏,光纤玻璃,高纯度石英,避免出现羟基结构，因硅羟基吸收近红外光信号,彩色玻璃,通过添加着色剂实现彩色,着色剂能对投射到玻璃上的白光进行选择性的吸收,80,不同玻璃颜色所使用着色剂,着色剂,玻璃颜色,氧化铁,绿、棕,氧化锰,深琥珀色、紫水晶、脱色剂,氧化钴,深蓝,氯化金,宝石红,硒化合物,红,碳氧化物,琥珀色,锰、钴、铁混合物,黑色,氧化锑,白色,氧化铀,黄绿,表面化合物,琥珀/棕色,铜化合物,浅蓝、红,锡化合物,白色,铅-锑化合物,黄,81,无色光学玻璃,ITO导电玻璃,彩色玻璃,钢化玻璃,光纤玻璃,82,几种玻璃的特性和用途,种 类,特 性,用 途,普通玻璃,再高温下易软化,窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等,石英玻璃,膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光,化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等,光学玻璃,透光性能好，有折光和色散性,眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器,玻璃纤维,耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫,太空飞行员的衣服，玻璃钢等,钢化玻璃,耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂,运动器材，微波通讯器材，汽车，火车窗玻璃等,83,一、光导纤维,光导纤维,由光导纤维构成的光缆,光导纤维手术头灯,84,1、概述,光导纤维（简称光纤）是能够以光信号的形式传送信息（光束或图象）的、具有特殊光学性能的玻璃纤维。由于光纤通讯技术可以远距离传输巨量信息，且具有传光效率高、聚光能力强、分辨率高、抗干扰、耐腐蚀、可弯曲、保密性好、原料资源丰富等一系列优点，因此成为当今最活跃和最有应用前景的新兴科学技术之一。已有可见光、红外、紫外等导光、传像制品。已经用于计算机、交通、电力、广播、电视等领域。主要产品：通讯光纤、非通讯光纤、光学纤维面板。,85,2、传导光的原理,通讯光纤是利用光波导原理，由高折射率玻璃芯料和低折射率玻璃皮料组成的复合纤维。波导结构：多模阶跃型，多模梯度型、单模光纤,86,全反射现象,n,2,n,1,87,光导纤维工作原理图,88,89,掺锗的石英玻璃,纯石英或掺硼、氟的石英玻璃,90,芯材,包皮,传输距离,多模阶跃型,石英或多组分铝硅酸盐玻璃,硼硅酸盐或有机树脂,小容量、短距离,多模梯度型,掺锗、磷的石英玻璃,掺硼的石英玻璃,中、大容量、中距离,单模光纤,掺锗的石英玻璃,纯石英或掺硼、氟的石英玻璃,大容量、长距离,91,3、影响光纤的主要因素,a.杂质含量 欲制得接近本征衰减水平的光纤，纤芯含有得杂质浓度应当极低。,b.光纤的尺寸与形状 纤芯直径的波动会产生大的波导损耗。,c.化学组成,92,（附）石英光纤制备CVD法,93,MCVD,A.光纤预制棒制造,MCVD改进的化学汽相沉积,94,MCVD系内部汽相沉积的一种。,一支超纯石英管装载于一台装有氢氧喷灯玻璃车床上。氯化物和氧气从石英管的一端馈入管中，在喷灯提供的高温下反应，在喷灯的下游所生成的烟灰状SiO,2,和GeO,2,亚微米颗粒沉积于石英管的内壁上。当喷灯经过沉积物时，它们就被凝固为固态的玻璃。借助改变硅、锗氯化物的比例，从外部包层到芯层，一层跟着一层形成了所要求的折射率剖面（更多的锗，更高的折射率）。,优点：沉积和溶缩一步完成，避免了可能的污染,缺点：生产效率不高。有的制造商采用高频等离子喷灯来提高生产效率，同时减少氢氧燃烧生成物水的影响。为提高效率，在拉丝之前，预制棒还要装在一支石英套管内，以满足纤芯和包层的规范。,95,拉丝,B.拉丝,96,其一端加工成圆锥形并接上一小段石英棒的预制棒固定于预制棒馈入器上，当锥形端馈入至温度约2200C的拉丝炉中一定时间后，一个溶化的垂体形成并下落，随着下落，一根细的光纤就形成了。,加热元件由氩气保护以防止元件在空气中烧毁。,采用了氦气流以保护预制棒免受污染，,97,筛选,C.筛选,张力筛选,98,光纤着色,光纤着色,99,二、生物玻璃,1、定义：生物玻璃是指植入人体后能够达到某些特定生理或生物功能或用于修复人体的特种玻璃材料。,2、种类 从化学组成上来看，生物玻璃是以Na,2,O-CaO-SiO,2,系统为基础外加P,2,O,5,少量其它氧化物的玻璃。,100,3、性能及应用,a.性能：生物活性 生物玻璃,人骨组织,反应,碳酸羟基磷灰石,生物玻璃最重要的特性是生物活性，所谓生物活性是指生物玻璃植入骨组织后，在人体液中可通过一系列的反应，在材料表面形成一层与人体骨骼的无机矿物非常类似的碳酸羟基磷灰石（HCA）。,b.应用：修复人骨、齿,缺点：化学稳定性差，容易降解，,微晶生物玻璃,101,第五节 未来玻璃,目前国际玻璃新技术均向能源、材料、环保、信息、生物等五大领域发展。在材料方面，主要指玻璃原片的生产向大片、薄片、厚片、白片四个方向发展。在研发新技术方面，通过对玻璃产品进行表面和内在改性处理，使其更具备强度、节能、隔热、耐火、安全、阳光控制、隔声、自洁、环保等优异功能。,102,二、未来玻璃,平板玻璃在品种、规格、内在和表面功能等方面都有了很大发展，应用范围也越来越广泛。人们对平板玻璃的要求已由过去单纯的采光和挡风雨发展到控光、调温、节能、隔声、安全、舒适等功能。从长远来看，根据可持续发展的要求，建筑材料必须是具有与生态环境的适应性、资源能源消耗少、对生态环境污染少、可再生资源利用率高、在生命周期中与生态环境相协调的生态环境建筑材料。,103,1、利用太阳能发电的平板玻璃与平板玻璃有关的太阳能发电系统有两类。第一类，是在单体建筑物的屋顶和幕墙上安装的光伏发电系统。它是利用硅光电池、硒光电池、碲光电池等在阳光照射下能产生一个定向电动势(即光伏效应)的半导体元件，拼接粘合在超透明平板玻璃上成为光电板，将光能转换成电能并经整流、升压后供建筑物内部直接使用。第二类是大面积集热式太阳能发电系统。由以色列索来尔公司开发成功的以太阳能作为热源带动传统的大型蒸汽涡轮发电机发电的新型太阳能技术，就是以数座通体透明的大型玻璃建筑物作为集热装置的。,104,(2)电致变色玻璃近10年来，美国、英国、意大利、德国及其它国家就最新的玻璃产品电致变色玻璃窗进行了深入广泛的研究并获得了令人满意的结果。起初，此种玻璃窗主要是为汽车工业而开发的。最近，人们又开始探讨此种玻璃窗的大规格化及其在建筑上的应用。尽管此种玻璃窗还没有完全实现工业化生产，但具有很好的市场前景。目前，已推出了新型的用户控制型电致变色玻璃窗。,105,(3)光致变色玻璃是含卤化银等胶体光敏剂的玻璃，受到光照射就会变暗或着色，停止光照射又能恢复到原来的透明状态。目前国内已经开发出有机光致变色材料以及用其做成的光致变色太阳镜和光致变色夹层玻璃，但在色调的搭配等方面还有待进一步提高。,106,(4)SUNERGY世界首创的硬镀膜多功能玻璃比利时格拉威伯尔集团生产的全球唯一的新型镀膜产品SUNERGY，集热反射和Low-E玻璃功能于一体。由于其优越的通透性和低反光性能，满足了现代建筑潮流所需。其优点是：没有特殊的运输需求，玻璃表面不容易划伤，没有堆放和储存的问题，可以进行钢化、热弯、夹胶等，可以单片使用也可制作中空玻璃，可以在其非膜面上釉和丝网印刷处理。,107,(5)自洁净玻璃在玻璃表面镀一层TiO,2,纳米膜，在紫外线照射下就可把污物分解，不用擦洗玻璃也能长期洁净。这种玻璃的制作方式主要有以下几种：一是在常温常压下涂镀一层有机钛膜；二是采用工艺较成熟的凝胶-溶胶镀膜工艺；三是浮法在线化学气相沉积法(CVD)。目前国内前两种工艺已基本成熟，并有部分产品面世，但都有耐久性和成本等方面的不足。从国外发展趋势来看，采用在线CVD法生产自洁净玻璃，很有发展前景。,108,应用于TiO,2,薄膜自洁净玻璃生产的溶胶凝胶镀膜生产线,109,(6)信息产业玻璃CD玻璃(玻璃光盘)、HDMD(PC用玻璃磁盘)、STN(超扭曲向列型)液晶显示器玻璃、TFT薄膜液晶显示器玻璃、PDP等离子显示板、ELD场致发光显示板、VFD真空荧光显示板、TCD热致变色调光玻璃、DPS微粒子分极配向玻璃、BM彩色滤光玻璃。,110,(,7)计算机硬盘用玻璃基板目前，世界范围内计算机硬盘的75%以上用铝材制造。以表面镀磷化镍铝盘(简写为NiP/Al)为代表的硬盘有存储器密度高、旋转速度快、磁头浮动高度低、便于数据的记忆和检索的特点，所以占有相当大的市场。随着信息产业的发展，市场要求高性能、大容量、快速存取的袖珍便携式数据存储机型，相应要求薄而结实的磁盘。玻璃材料具有这种特点，它能比NiP/Al盘具有更高的存储密度，能经得起频繁的取上取下，能保证长期使用性能不减。因此玻璃基板作为计算机硬盘基板的一种新型材料，以其信息记录密度大幅度增加、信息存取速度快、符合硬盘技术发展的趋势，将成为取代铝基板的新产品。,111,光纤照明灯,液晶指示板,信息显示板,智能办公桌,智能玻璃分隔墙,框架玻璃 的建筑物,玻璃光电屋面,智能玻璃构成的办公室,112,