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第1篇 玻璃基础理论3

绪论3

0.1 玻璃在国民经济中的作用3

0.2 玻璃的发展历程3

0.3 玻璃工艺研究发展展望4

第1章 玻璃的结构与组成7

1.1 玻璃的定义与通性7

1.1.1 玻璃的定义7

1.1.2 玻璃的通性7

1.2.1 晶子学说9

1.2 玻璃结构9

1.2.2 无规则网络学说10

1.2.3 玻璃结构理论的进展11

1.3 玻璃结构和熔体结构的关系11

1.3.1 硅酸盐熔体的结构11

1.3.2 玻璃结构与熔体结构的关系12

1.4 单元系统玻璃12

1.4.1 石英玻璃结构12

1.4.2 氧化硼玻璃结构14

1.4.3 五氧化二磷玻璃结构15

1.5.2 钠钙硅玻璃结构16

1.5.1 碱硅酸盐玻璃结构16

1.5 硅酸盐玻璃结构16

1.6 硼酸盐玻璃结构17

1.6.1 碱硼酸盐玻璃结构17

1.6.2 钠硼硅玻璃结构18

1.7 磷酸盐玻璃结构20

1.8 其他氧化物玻璃结构20

1.8.1 铝酸盐玻璃20

1.8.2 铝硼酸盐玻璃21

1.8.3 铍酸盐、钒酸盐等类型玻璃21

1.9 逆性玻璃21

1.10 硫属化合物玻璃23

1.11 卤化物玻璃24

1.12 玻璃结构中阳离子的分类24

1.12.1 网络生成体氧化物24

1.12.2 网络外体氧化物24

1.12.3 中间体氧化物25

1.13 各种氧化物在玻璃中的作用25

1.13.1 碱金属氧化物的作用25

1.13.2 二价金属氧化物的作用26

1.13.3 氧化铝29

1.13.7 氧化锆30

1.13.6 氧化铋30

1.13.8 氧化钛30

1.13.5 氧化镧30

1.13.4 氧化硼30

1.14 玻璃的热历史31

1.14.1 玻璃在转变温度区的结构、性能的变化规律31

1.14.2 热历史对性能的影响32

1.14.3 理论分析33

1.15 玻璃成分、结构、性能之间的关系34

思考题36

第2章 玻璃的形成规律37

2.1 玻璃的形成方法37

2.3 玻璃形成的动力学条件38

2.2 玻璃形成的热力学条件38

2.4 玻璃形成的结晶化学理论42

2.4.1 熔体结构42

2.4.2 键强42

2.4.3 键性43

2.4.4 温特的原子构造理论44

2.5 氧化物玻璃形成区45

2.5.1 一元系统玻璃45

2.5.2 二元系统玻璃形成区45

2.5.3 三元系统玻璃形成区47

思考题55

第3章 熔体和玻璃体的相变56

3.1 玻璃分相56

3.1.1 两种不同分相结构及机理57

3.1.2 二元系统玻璃的分相59

3.1.3 三元系统玻璃的分相60

3.1.4 玻璃分相的原因61

3.1.5 分相对玻璃性能的影响62

3.2 玻璃的析晶64

3.2.1 成核过程65

3.2.2 晶体生长68

3.2.3 影响玻璃析晶的因素68

3.3 微晶玻璃的核化和晶化69

3.3.1 低膨胀锂铝硅微晶玻璃的晶相70

3.3.3 低膨胀锂铝硅微晶玻璃的热处理过程71

3.3.2 低膨胀锂铝硅微晶玻璃的成核剂71

3.4 玻璃的析晶缺陷72

3.4.1 玻璃析晶缺陷产生的原因72

3.4.2 影响玻璃析晶缺陷产生的因素72

思考题74

第4章 玻璃的黏度及表面性质75

4.1 玻璃的黏度75

4.1.1 黏度与温度的关系75

4.1.2 黏度与熔体结构的关系78

4.1.3 黏度与玻璃组成的关系78

4.1.4 黏度参考点81

4.1.5 黏度在生产中的应用81

4.1.6 黏度的计算和测定83

4.2.1 玻璃表面张力的物理与工艺意义86

4.2 玻璃的表面张力86

4.2.2 玻璃表面张力与组成、温度的关系87

4.2.3 玻璃的润湿性及影响因素90

4.3 玻璃的表面性质91

4.3.1 玻璃的表面组成与表面结构91

4.3.2 玻璃表面的离子交换93

4.3.3 玻璃的表面吸附93

思考题93

第5章 玻璃的力学性能及热学性能95

5.1 玻璃的力学性能95

5.1.1 玻璃的机械强度95

5.1.2 玻璃的弹性100

5.1.3 玻璃的硬度与脆性102

5.1.4 玻璃的密度104

5.2 玻璃的热学性能107

5.2.1 玻璃的热膨胀系数107

5.2.2 玻璃的比热容112

5.2.3 玻璃的导热性112

5.2.4 玻璃的热稳定性114

思考题116

第6章 玻璃的化学稳定性117

6.1 玻璃的侵蚀机理117

6.1.1 水对玻璃的侵蚀117

6.1.2 酸对玻璃的侵蚀118

6.1.3 碱对玻璃的侵蚀119

6.1.4 大气对玻璃的侵蚀119

6.2 影响玻璃化学稳定性的因素120

6.2.1 化学组成的影响120

6.2.2 热处理的影响121

6.2.3 表面状态的影响122

6.2.4 温度和压力的影响122

6.3 特殊的侵蚀情况123

6.3.1 玻璃的脱片现象123

6.4.1 粉末法124

6.4 玻璃化学稳定性的测定方法124

6.3.3 金属蒸气对玻璃的侵蚀124

6.3.2 玻璃的生物发霉124

6.4.2 表面法125

思考题125

第7章 玻璃的电学及磁学性质126

7.1 玻璃的导电性126

7.1.1 玻璃的导电机理126

7.1.2 玻璃的电导率126

7.1.3 玻璃的表面电导率130

7.2 玻璃的介电性130

7.2.1 玻璃的介电常数130

7.2.2 玻璃的介电损耗132

7.3 玻璃的半导体性133

7.2.3 玻璃的介电强度133

7.4 玻璃的磁学性质135

7.4.1 玻璃的磁化率135

7.4.2 玻璃的反磁性135

7.4.3 玻璃的顺磁性135

思考题136

第8章 玻璃的光学性质137

8.1 玻璃的折射率137

8.1.1 玻璃折射率与组成的关系138

8.1.2 玻璃的色散140

8.1.3 玻璃折射率与温度、热历史的关系141

8.2 玻璃的光学常数142

8.3 玻璃的反射、散射、吸收和透过143

8.3.1 反射143

8.3.2 散射143

8.3.3 吸收和透过144

8.4 玻璃的红外和紫外吸收145

8.4.1 红外吸收145

8.4.2 紫外吸收146

思考题147

第9章 玻璃的着色和脱色148

9.1 概述148

9.2.1 离子的电子层结构与光吸收的关系149

9.2.2 第4周期过渡金属离子的着色149

9.2 离子着色149

9.2.3 稀土金属离子的着色150

9.2.4 离子着色理论152

9.2.5 常见离子的着色158

9.2.6 离子的混合着色163

9.3 硫、硒及其化合物的着色166

9.3.1 硫-硒着色玻璃167

9.3.2 硫-碳着色玻璃168

9.3.3 硫化镉和硒化镉着色玻璃170

9.4 金属胶体着色171

9.4.2 金属离子的还原172

9.4.3 金属原子的成核和长大172

9.4.1 金属离子的溶解172

9.5 玻璃的其他着色方法173

9.5.1 玻璃的辐射着色173

9.5.2 热喷涂着色174

9.5.3 感光着色174

9.5.4 光致变色玻璃175

9.5.5 扩散着色175

9.6 颜色的表示方法175

9.6.1 CIE系统176

9.6.2 x-y颜色图176

9.6.3 有色玻璃的色度计算177

9.7.3 硒-钴脱色中的问题178

9.7.2 硒-钴脱色178

9.7.1 玻璃脱色原理178

9.7 玻璃的脱色178

思考题179

第2篇 玻璃工艺基础183

第10章 原料及原料选择183

10.1 原料概述及分类183

10.2 原料的选择183

10.3 主要原料184

10.3.1 引入酸性氧化物的原料184

10.3.2 引入碱土金属氧化物及其他二价金属氧化物的原料189

10.3.3 引入碱金属氧化物的原料192

10.3.5 天然含碱原料与矿渣原料196

10.3.4 引入四价金属氧化物的原料196

10.4 辅助原料197

10.4.1 澄清剂197

10.4.2 着色剂200

10.4.3 脱色剂202

10.4.4 乳浊剂204

10.4.5 助熔剂205

10.4.6 氧化剂与还原剂205

10.5 碎玻璃206

10.6 稀土元素氧化物在玻璃工业中的应用207

10.7 原料的标准化、专业化生产和均化技术207

10.7.1 原料的标准化、专业化生产207

10.7.2 原料的均化技术208

思考题214

第11章 配合料制备215

11.1 玻璃组成的设计和确定215

11.1.1 设计与确定玻璃组成的步骤216

11.1.2 玻璃组成的设计与确定方法举例217

11.2 配合料的计算221

11.3 配合料的制备225

11.3.1 配合料的质量要求225

11.3.2 原料的运输和贮存227

11.3.3 原料的加工处理228

11.3.5 配合料的混合232

11.3.4 配合料的称量232

11.3.6 配合料的输送与贮存233

11.3.7 配合料的质量检验233

11.3.8 配合料的粒化234

思考题235

第12章 玻璃的熔制236

12.1 玻璃的熔制过程236

12.2 硅酸盐形成和玻璃的形成237

12.2.1 配合料的加热反应237

12.2.2 硅酸盐形成过程的动力学239

12.2.3 玻璃形成过程的动力学241

12.3.2 玻璃中气泡的形成243

12.3.1 配合料熔化过程气体的析出243

12.3 玻璃的澄清243

12.3.3 气体在玻璃熔体中的溶解及扩散245

12.3.4 从熔体中排出气泡及气体246

12.4 玻璃液的均化253

12.5 玻璃液的冷却253

12.6 影响玻璃熔制过程的工艺因素254

12.6.1 玻璃组成254

12.6.2 原料的性质及其种类的选择254

12.6.3 配合料的影响254

12.6.4 投料方式的影响255

12.6.5 加速剂的影响255

12.6.6 熔制制度的影响256

12.6.7 玻璃液流的影响257

12.6.8 窑炉、耐火材料的影响257

12.6.9 熔制工艺改进的影响257

12.7 玻璃熔制的温度制度257

12.7.1 坩埚窑中玻璃熔制的温度制度257

12.7.2 池窑中玻璃熔制的温度制度259

12.8 玻璃池窑用耐火材料的选用和蚀变262

12.8.1 玻璃池窑用耐火材料的种类与选用262

12.8.2 耐火材料在池窑中的蚀变264

思考题271

13.2 气泡272

13.1 概述272

第13章 玻璃体的缺陷272

13.2.1 一次气泡273

13.2.2 二次气泡273

13.2.3 耐火材料气泡275

13.2.4 污染泡275

13.2.5 金属铁引起的气泡276

13.2.6 气泡的检验276

13.3 结石276

13.3.1 配合料结石277

13.3.2 耐火材料结石277

13.3.3 析晶结石280

13.3.6 结石的检验282

13.3.4 硫酸盐夹杂物282

13.3.5 黑色夹杂物“黑斑子”与污染物282

13.4 条纹和节瘤284

13.4.1 熔制不均匀引起的条纹和节瘤285

13.4.2 耐火材料被侵蚀引起的条纹和节瘤286

13.4.3 窑碹玻璃滴引起的条纹和节瘤286

13.4.4 结石熔化引起的条纹和节瘤286

13.4.5 表面张力对消除条纹的作用287

13.4.6 条纹和节瘤的检验287

思考题290

14.2.1 黏度对成形的作用291

14.2 玻璃的性能对成形的作用291

第14章 玻璃的成形291

14.1 概述291

14.2.2 表面张力对成形的作用292

14.2.3 弹性对成形的作用292

14.2.4 比热容、热导率、热膨胀、表面辐射强度和透热性对成形的作用293

14.3 玻璃的成形制度293

14.3.1 玻璃成形过程中的热传递294

14.3.2 玻璃的成形制度295

14.4 玻璃的成形方法300

14.4.1 人工成形300

14.4.2 玻璃管的成形302

14.4.3 玻璃瓶罐的成形304

14.4.4 平板玻璃的成形307

14.4.5 其他成形方法314

思考题315

第15章 玻璃的退火与钢化316

15.1 玻璃中的应力316

15.1.1 玻璃中的热应力316

15.1.2 玻璃中的结构应力318

15.1.3 玻璃的机械应力318

15.1.4 玻璃中应力的表示和测定318

15.2 玻璃的退火322

15.2.1 玻璃中应力的消除322

15.2.2 玻璃的退火温度323

15.2.3 玻璃的退火工艺325

15.2.4 制定退火制度时的有关问题326

15.2.5 玻璃的精密退火和退火设备327

15.3 玻璃的钢化329

15.3.1 玻璃的物理钢化329

15.3.2 玻璃的化学钢化334

思考题338

第16章 玻璃的加工339

16.1 玻璃的冷加工339

16.1.1 研磨与抛光339

16.1.2 切割与钻孔345

16.1.3 喷砂及砂雕347

16.1.4 刻花与雕刻349

16.2 玻璃制品的热加工352

16.2.1 玻璃制品的热加工原理352

16.2.2 玻璃制品热加工的主要方法352

16.2.3 特殊加工方法353

16.2.4 玻璃的热弯360

16.3 玻璃的封接362

16.3.1 封接原理362

16.3.2 对封接玻璃的性能要求363

16.3.3 与玻璃封接用的金属365

16.3.4 封接的形式365

16.3.5 玻璃封接的条件367

思考题368

第17章 玻璃表面处理技术369

17.1 玻璃表面的清洁处理369

17.1.1 表面清洁度的检验标准369

17.1.2 清洁处理方法370

17.2 玻璃表面的化学蚀刻、化学抛光和蒙砂372

17.2.1 玻璃表面的化学蚀刻372

17.2.2 玻璃表面的化学抛光373

17.2.3 玻璃表面的化学蒙砂374

17.3.2 化学气相沉积法376

17.3.1 化学还原法376

17.3 玻璃表面镀膜的方法376

17.3.3 溶胶-凝胶法377

17.3.4 真空蒸发镀膜法378

17.3.5 阴极溅射镀膜法379

17.3.6 离子镀膜法379

17.4 镀膜类玻璃380

17.4.1 热反射玻璃380

17.4.2 吸热玻璃381

17.4.3 低辐射玻璃381

17.4.4 表面导电膜383

17.4.5 电致变色膜385

17.4.6 玻璃表面的憎水膜和防雾膜386

17.4.7 玻璃表面着色387

17.4.8 表面光学薄膜388

思考题391

第18章 玻璃工业的环境保护392

18.1 玻璃自身有害物的污染与防治392

18.1.1 玻璃自身有害物的危害性392

18.1.2 玻璃中有害物溶出的污染及防治393

18.1.3 玻璃原料中有害物挥发的污染及防治394

18.2 玻璃工业对大气的污染395

18.2.1 废气污染及其防治395

18.2.2 粉尘污染及其防治399

18.3.1 玻璃工厂中废水的来源402

18.3 玻璃工业对水体的污染及其治理402

18.3.2 废水污染治理的措施403

18.4 噪声及其防治405

18.4.1 噪声的危害405

18.4.2 噪声允许标准405

18.4.3 噪声的分类406

18.4.4 噪声的防治406

思考题407

附录Ⅰ 常用的玻璃原料转化系数408

附录Ⅱ 英国、美国、联邦德国、前苏联筛子的规格409

参考文献411