玻璃基础理论介绍.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,基础理论课程,玻璃,介绍,1,主要内容,1.,玻璃是什么及玻璃结构.,2.玻璃三个主要特性.,3.玻璃种类.,4.玻璃粘度.,5.玻璃主要成分.,6.热导率.,7.电导率.,8.热膨胀和应力.,9.玻璃机械强度.,10.玻璃表面张力.,11.有关玻璃其它方面的一些理论知识.,2,1.玻璃是什么及玻璃结构,1.玻璃是什么?,玻璃在几千年前就在自然界中被发现物质,有着广泛的应用.在一些情况下,如果液体的冷却速度非常快,液体或变的很粘,不同的粒子流动性很低,这样就失去规则结构,象这样的材料称之为玻璃.,玻璃是不规则的结构、非晶体并且是不均匀的.玻璃在加热后化学键在不同的时间内断开.,不同的材料有不同的结构,如食盐或金属其基础结构是立方体,是规则的结构、结晶体并且是均匀的.金属在加热后化学键在相同的时间内断开.,玻璃结构:,3,1.玻璃是什么及玻璃结构,1.什么是理想的晶体结构?(也称规则结构).,当结晶速度大于冷却速度时就可以形成理想的晶体结构,也称规则结构,反之就形成不理想的非晶体结构,也称不规则结构.,规则结构:不规则结构:,4,1.玻璃结构,温度,熔化点,固体,液体,玻璃,金属,5,2.玻 璃 三个主要特性,1.玻璃有哪三个主要特性?,玻璃没有固定的熔点,只有一个熔解范围.,玻璃在低温下是热的不良导体.玻璃在高温下是热的良导体.,玻璃有很高的表面张力.,6,3.玻璃种类,1.玻璃的种类有哪些?,玻璃的种类有三大类:软料玻璃、硬料玻璃和,石英玻璃或二氧化,硅玻璃.,软料玻璃包括:石灰料玻璃和铅玻璃.,软料玻璃膨胀系数:,=90-100X10,-7,/,度,硬料玻璃包括:硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃.,硬料玻璃膨胀系数:,=35-40 X10,-7,/,度,石英玻璃或二氧化硅玻璃膨胀系数:,=6.5X10,-7,/,度,7,3-1.石灰料玻璃,1.石灰料玻璃的主要成分是那些?,71%的二氧化硅,玻璃生成体.17%的氧化钠,软化剂.5%的氧化钙,增加化学耐用性.,2.主要运用:室内光源的玻壳.(例如:,GLS,及,TL),3.,主要规格:(1)290苏打石灰料玻璃.,(2)291铅玻璃.,(3)203玻璃.,(4)241玻璃.,(5)320玻璃防风化玻璃.,(由于天气因素造成腐蚀,如高的湿度弱化玻璃,使玻璃表,面模糊).,8,3-2.铅玻璃,1.铅玻璃的主要成分是那些?,62%的二氧化硅,玻璃生成体.21%的氧化铅,增加防电解能力.7%,的氧化钠和,7%的氧化钾.,2.主要运用:室内光源的灯芯和汽车灯.,3.,主要规格:(1)01玻璃30%氧化铅),(2)78玻璃(36%氧化铅),(3)291玻璃(21%氧化铅)灯泡应用中的标准玻璃.,备注:由于环境因素,现在许多工厂换用360玻璃,是一种无铅玻璃,里面铅的功能用钡来代替,有时指的是钡玻璃.,9,3-3.硼硅酸盐玻璃,1.硼硅酸盐玻璃的主要成分是那些?,72%的二氧化硅,玻璃生成体.17%的三氧化二钡,玻璃硬化剂.5%,的氧化钠.,2.主要运用:室外光源,HID,灯中使用,较低的膨胀系数可防热爆.,3.,主要规格:(1)8486玻璃,生产玻壳.,(2)8487玻璃,生产玻管.,10,3-4.铝硅酸盐玻璃,1.铝硅酸盐玻璃的主要成分是那些?,60%的二氧化硅,玻璃生成体.5的三氧化二钡.17%的三氧化二,铝,玻璃硬化剂.,2.主要运用:室外光源特种,HID,灯中使用,金卤灯和汽车灯,因为其防,热爆性比硼硅酸盐玻璃更高.,3.,主要规格:(1)180玻璃.,(2)1724玻璃.,(3)1725玻璃.,11,3-5.石英玻璃或二氧化硅玻璃,1.石英玻璃或二氧化硅玻璃的主要成分是那些?,石英玻璃或二氧化硅玻璃是100%的二氧化硅.,2.主要运用:,HID,电弧管,卤钨灯和汽车灯.它有特殊的防热爆性和非,常高的软化点.,3.,主要规格:(1)300玻璃.,(2)214玻璃.,12,3-6.,掺杂石英玻璃,1.掺杂石英玻璃,在石英玻璃中加入少量其它材料可改变纯石英的特性a.,飞利浦,521,成分,:,同,300,类似.但掺杂了,Al,Ce,Ti,和,K,以降低粘度,可以增加生产速度。,主要应用,:,汽车灯,(,H 4),最高温度,850,o,C,b.,飞利浦,361,成分,:,类似于,300,，,但掺杂了铈,钛,和铝以改变,UV,输出。,主要应用,:,卤钨灯,和,H.I.D.,灯,最高温度,850,o,C,13,3-7.,维克玻璃,C.,维克玻璃,成分:一种经过化学处理，去除添加物再熔合的硼硅酸盐玻璃。这种玻璃较便宜，而且比用天然晶体生产的石英光学性能更好。,96%,SiO,2,4%B,2,O,3,主要应用,:,过去在,Philips,内制造汽车灯。,最高温度,850,o,C,14,4.玻璃粘度,1.,什么是粘度？,粘度是流动的阻力,可用,dPa.s,表示(十分之一帕.秒,或泊来表示).,例如:在糖水中和在水中搅动汤勺,比较受到的阻力,粘度同流动性,成反比关系,温度越高,粘度越低.,下面是一些粘度的例子:,-,water,水,(20,o,C):visc.0.01 poise,-syrup,糖浆,(20,o,C):visc.300 poise,-wax,蜡,(20,o,C):visc.10,10,poise,-soft glass,软料玻璃,(20,o,C):visc.10,20,poise,(600,o,C):visc.10,10,poise1200,o,C):visc.10,3,poise,15,Visc.,(Pois,粘 度,10,14.5,10,1,3,10,1,2.4,10,7.4,10,4,10,2,Strain point,屈服点,:,The viscosity point where stresses are relieved in hours,应力能在几小时内消失的粘度点,Annealing point,退火点,:,The viscosity point where stresses are relieved in minutes.,应力能在数分钟内消除的粘度点,Philips Softening point:菲利浦软化点：,G,lass can be deformed by an applied force and internal,s,tresses are relieved in seconds.,在施加外力情况下玻璃会,变形，应力能在数秒内消除,American Softening point:,美国软化点：,The viscosity point where the glass deforms by its own,(surface tension,gravity)and the glass starts to stick.,玻璃自己就会变形的粘度点（表面张力，重力），玻璃开始,可以粘住Working,point:,工作点：,The viscosity point where glass can be processed on,commercial machines.,玻璃可以在商业设备上加工的,粘度点,。,Melting,point,熔化点：,Temp.,liquid,viscous,brittle,4.玻璃粘度,16,4.玻璃粘度,注意:,这些点的粘度值对所有的玻璃都是相同的.,对于不同的玻璃,唯一不同的是这些点所对应的温度值,.,17,4.玻璃粘度,Temp.,VISC.,S.P.,A.P.,P.S.P.,A.S.P.,W.P.,A,B,Glass A is softer than B,硬料玻璃和软料玻璃,18,4.玻璃粘度,Temp.,VISC.,S.P.,A.P.,P.S.P.,A.S.P.,W.P.,A,B,Glass A is longer than B,长料玻璃和短料玻璃,19,5.玻璃成分,1.玻璃的主要成分是什么？,玻璃有三个主要成分:,(1)玻璃成形体(石英砂或二氧化硅).,(2),熔化点,降低剂,(如:苏打或氧化钠).,(3)影响玻璃性能的添加剂.,20,冷玻璃是不良导体.,优点:可以局部加热,如果需要可以手工加热.,缺点:容易产生应力.,热玻璃是良导体.,优点:有热流,可以利用,必须控制.,缺点:在其余部分不变形的情况下,很难工作,在小的区域.,6.热导率,热导率：两个相差1度的单位表面上热量流过的速率。,热传导的3种基本方式:1.传导.2.辐射.3.对流,玻璃在低温下是热的不良导体,玻璃在高温下是热的良导体,21,6.热导率,举例:,材料,热导系数,J/ms,o,C,铜,:,370,铸铁,:,72,硬橡胶,:,0.035,苏打石灰玻璃,20,o,C:,0.8,苏打石灰玻璃,20,o,C:1000,o,C:,30,苏打石灰玻璃,20,o,C:1200,o,C:,60,22,7.电导率,在金属中通过自由电子的迁移导电,在玻璃中通过离子的迁移导电,电解:,Na,+,钠离子迁移,改变玻璃成分,改变膨胀系数,引起应力,开裂!,灯泡漏气,23,7.电导率,直流电,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.应力 开裂 漏气灯!这种现象称为“电解”,相对小的,Na,+,离子具有最大的迁移率,因此能自由地向负极迁移.,24,7.电导率,交流电,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.,25,7.电导率,铅和钡离子比较大,可用以阻止钠离子的迁移,也就减缓了电解,AC,Pb,2+,26,8.热膨胀和应力,L,L,根据公式:,L=,x Lx,T,可以推导出,:,=,L/(Lx,T),膨胀系数=膨胀长度,/(,初始长度,x,温度变化),金属,L,温度,.,27,8.热膨胀和应力,玻璃中的应力有：,1.,机械应力.,2,.热致应力.,3.,永久应力.,4.,暂时应力,.,5.,一种玻璃内的应力,6.,两种玻璃形成的应力.,7.,压应力.,8.,张应力.,玻璃在压应力下强度很高.,玻璃在张应力下强度也很高,但:张应力+表面损伤,开裂!,28,8.热膨胀和应力,举例:,机械应力,这种应力存在的条件:,1.仅在固体材料中.,2.当外力存在时才有.,29,8.热膨胀和应力,热致暂时应力存在的条件:,1.只有在固体材料中才存在.,2.只有温差存在时才存在.,注意:,热的一侧是压应力,30,8.热膨胀和应力,冷却,热致永久应力,应用:喇叭制造,冷却,C,C,T,应力图案,31,9.玻璃机械强度,玻璃机械强度定义:,如果表面出现不规则,抗张强度就会大大降低.当我们在一块玻璃,上施加一个拉力,在开裂点的受力可根据开裂的长度(,L),乘上一个因子最大,a,x F.,注意:,a=,放大因子,最大到200,主要取决于:,1.刻痕长度.,2.刻痕点的清晰度.,刻痕(也称开裂点),拉力,F,拉力,F,L,32,10.表面张力,材料都有趋向于最小的表面积/体积比,球形,33,11.1玻璃其它方面知识,1.为什么要添加额外的物质到玻璃中?,答:额外的添加物加入到玻璃中是为了影响玻璃的某些特性,例如:,玻璃的膨胀性能;,玻璃的熔化温度;,玻璃的软化温度;,玻璃的软化范围(长料或短料玻璃;,防止电解(加入铅).,2.为什么玻璃没有熔化点?,答:因为玻璃逐步从固体转化为液体.,34,11.2玻璃其它方面知识,1.为什么在玻璃熔炉中要加入碎玻璃?,答:为了更好地熔化,我们在玻璃熔炉中加入同样类型40,%,的碎玻璃.,2.张应力与压应力,哪一种对玻璃更有利?,答:玻璃能承受的压应力是张应力的15倍.,3.什么原因造成玻璃中存在应力?,答:造成玻璃中应力的原因是:加在玻璃上的外力.例如:弯曲、拉伸、撞击等,或者是温度大于屈服点的不规则的冷却和加热造成.,35,11.3玻璃其它方面知识,1.指出至少五种原因,为什么灯泡制造中要使用玻璃?,答:灯泡制造中使用玻璃是因为:,它具有很好的透光性能;,它具有足够的气密性;,它具有很好的电气性能和绝缘性能;,它具有很好的化学和大气影响抵抗力;,它能在一个较宽的温度范围内被加工;,在加工前后能保持原来的属性;,另外,玻璃也是一种最便宜的材料.,36,11.6玻璃其它方面知识,1.解释为什么玻璃中有永久应力比暂时应力情况更严重?,答:玻璃中有永久应力比暂时应力情况更严重有以下原因:,永久应力将一直存在在产品中,如果永久应力太大,在产品使用期间的任何时候就会导致产品缺陷.,暂时应力是一种临时应力,在生产过程中它会出现,但在成品中不会存在.,2.何时玻璃中完全没有应力?,答:当玻璃温度大于退火点或软化点时,玻璃中完全没有应力.,37,11.7玻璃其它方面知识,1.如何发觉玻壳分化?,答:风化的特征是玻璃表面出现一些混浊(白点),使得玻璃不透明.,2.什么原因造成玻璃分化?它经常发生在哪里?,答:玻璃的分化是空气中湿气侵蚀玻璃的结果.它经常发生在玻壳的内表面上.,3.为什么我们要使用退火炉?,答:我们使用退火炉逐步均匀地冷却玻璃,减少温差,获得我们能接受,的应力.,38,11.9玻璃其它方面知识,1.玻璃粘度曲线上,SP、AP、PST、AST,和,WT,这些参考点有什么样,的特征并且说出这些点的具体名称?,答:,SP、AP、PST、AST,和,WT,这些参考点的特征是:,SP,是玻璃在此温度下4个小时后,内部应力会降至可接受的水平.,AP,是玻璃在此温度下15分钟左右,内部应力会降至可接受的水平.,PST,是玻璃在此温度下开始变形,换句话说,它是玻璃加热至不会因自重而变形之前的,最高温度.,AST,是玻璃在此温度下迅速变形并开始与其它物体粘结,换句话说,玻璃在此温度下因,为自重而迅速变形.,WT,是玻璃在此温度下已经很软,可以对它成型和工艺处理.,答:玻璃粘度曲线上的参考点从下往上是:,工作点(,WT);,美国软化点(,AST);,飞利浦软化点(,PST);,退火点(,AP);,屈服点(,SP).,39,11.12玻璃其它方面知识,1.玻璃停留在转换区域的时间越长,会有什么好处?,答:玻璃通过转换区域的时间越长(在退火点和屈服点之间),温度的分布就越均匀,因此冷却后的应力就越少.这个过程中在玻璃结构发生改变之后,玻璃将不会再发生变化.,2.关于应力方面,软料玻璃比硬料玻璃要求更严格吗?,答:软料玻璃在应力方面比硬料玻璃要求更严格(对应力更敏感).,40,11.13玻璃其它方面知识,1.从颜色的亮度和应力的分布中我们能获得什么重要信息?,答:从颜色的亮度和应力的分布中我们能获得:,黯淡的颜色:允许存在的应力;,明亮的颜色:不允许存在的应力;,窄的色带:不允许存在的明显的应力带和应力点;,宽的色带:允不允许存在取决于它的亮度.这点是指应力平均分,布在一个宽的玻璃面上.,41,11.15玻璃其它方面知识,1.热传导是什么意思?热传递的强度取决于什么?,答:当产品在一端被加热时,热传导发生;这时热量就从热的一点传递到冷的一端.热传递的强度取决于产品的热传导系数.,2.膨胀系数是什么意思?,答:膨胀率的意思是膨胀的程度.,3.液态物质的流动性与粘度之间是什么关系?,答:液态物质的流动性与粘度之间的关系是:粘度小的液体容易流动,(水);粘度高的物质不容易流动(蜜糖).,42,11.13玻璃其它方面知识,1.永久应力仅仅存在于什么点和什么点之间?,答:永久应力仅仅存在于屈服点与飞利浦软化点之间.,2.玻璃建立应力,必须具备哪些条件?,答:,(1)膨胀系数,当温度变化时,玻璃必须能足够膨胀.,(2)热传导,热量必须能流过玻璃.,(3)温差,管的内外之间必须有温差.,3.哪些应力引起玻璃自发开裂和破裂?,答:张应力引起玻璃自发开裂和破裂.,43,