玻璃工艺学思考题答案汇总

玻璃工艺学思考题汇总1.广义或狭义的玻璃定义是什么？玻璃的通性有哪些？答：玻璃：一种较为透明的液体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。主要成份是二氧化硅。广泛应用于建筑物，用来隔风却透光。玻璃的通性有四点：1.各向同性.2.无固定熔点3.介稳性4.性质变化的连续性和可逆性。2.无规则网络学说中各种氧化物在玻璃中的作用是什么？根据元素与氧结合的单键能（即化合物的分解能与配位数之商）的大小和能否生成玻璃及各种氧化物形成玻璃结构网络所起的作用的不同，将氧化物分为玻璃网络形成体、网络外体（或称网络修饰体）和中间体氧化物。（1）网络生成体氧化物：能单独生成玻璃，如SiO2、B2O3、P2O5、GeO2、As2O5等，在玻璃中形成特有的网络体系；（2）网络外体氧化物：不单独形成玻璃，不参加网络，一般处于网络之外。起断网作用，但对玻璃的析晶有一定的作用；（3）中间体氧化物：一般不单独生成玻璃，其作用介于网络生成体和网络外体之间。当配位数大于等于6时，阳离子处于网络外，与网络外体的作用相似，当配位数为4时，能参加网络，起网络生成体的作用（又称补网作用）。3.玻璃结构的两大主要学说的论点,论据以及学说的重点是什么?玻璃结构的特点是什么?答:玻璃结构的两大主要学说为晶子学说和无规则网络学说.晶子学说论点是玻璃是由无数晶子所组成,这些晶子不同于微晶,是带有点阵变形的有序排列区域,分散在无定形介质中,且从晶子到无定型区的过的过度是逐步完成的,两者间并无明显界限.晶子学说为X-射线结构分析数据所证实,玻璃的X-射线衍射图,一般发生宽的衍射峰,与相应晶体的强烈尖锐的衍射峰有明显的不同,但二者所处的位置是基本相同的.把晶体磨成细粉,颗粒度小于0.1微米时,其X-射线衍射图也发生一种宽广的衍射峰,与玻璃类似,且颗粒度越小,射峰的峰值宽度越大.学说重点强调了玻璃结构的近程有序性,不均匀性和不连续性.无规则网络学说论点是像石英晶体一样,熔融石英玻璃的基本结构单元也是硅氧四面体,玻璃被看作是由硅氧四面体为结构单元的三度空间网络所组成的,但其排序是无序的,缺乏对称性和周期性的重复,故不同于晶态石英结构.论据:瓦伦等人的X-射线衍射结果先后皆支持了这一学说.无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续性,统计均匀性与无序性,可以解释玻璃的各向同性,内部性质的均匀性和随成分改变时玻璃性质变化的连续性等.玻璃结构的特点是短程有序和长程无序,从宏观上看玻璃主要表现为无序,均匀和连续性,而从微观上看它又是有序,不均匀和不连续性.4．石英玻璃，氧化硼玻璃，磷氧玻璃的结构单元是什么？答：石英玻璃：硅氧四面体[SiO4]氧化硼玻璃：硼氧三角体[BO3]磷氧玻璃：磷氧四面体[PO4]5．玻璃形成与析晶的热力学与和动力学特点是什么？答：热力学特点：(1).玻璃态物质较相应结晶态物质具有较大内能.玻璃化和分相过程均没有释放出全部多余的能量，因此与结晶化相比这两个状态都处于能量的介稳状态。玻璃态物质总有降低内能向晶体转变的趋势，在一定条件下通过析晶或分相放出能量使其处于低能量稳定状态。(2).晶体与玻璃的内能差别越大，越易结晶，越难形成玻璃如果玻璃与晶体内能差别大，则在不稳定过冷下，晶化倾向大，形成玻璃的倾向小。玻璃体和晶体两种状态的内能差别不大，故析晶的推动力较小，因此玻璃这种能量的亚稳态在实际上能够长时间稳定存在。动力学特点：(1)玻璃的形成与析晶都是非平衡过程，是动力学过程。析晶过程必须克服一定的势垒，如果势垒较大，尤其当熔体冷却速率很快时，粘度增加甚大，质点来不及进行有规则排列，晶核形成晶体长大均难以实现，从而有利于玻璃的形成。形成玻璃的关键是熔体的冷却速率。晶核生长速率与晶体生长速率的极大值所处的温度相差越小，熔体越易析晶而不易形成玻璃，反之熔体越不易析晶而形成玻璃。因此，熔体是析晶还是形成玻璃与过冷度、粘度、成核速率、晶体生长速率均有关。(2).热力学方面玻璃是介稳的，动力学方面，玻璃是稳定的。6.引入R2O和RO氧化物时，对玻璃密度各有什么影响？答：在硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐玻璃中引入R2O和RO氧化物时，随着离子半径的增大，玻璃的密度增大。半径小的阳离子如Li+、Mg2+等可填充于网络空隙中，因此虽然使硅氧四面体的连接断裂，但并不引起网络结构的扩大。阳离婚子如K+、Ba2+、La2+等，其离子半径比网络空隙大，因而使结构网络扩张。因此玻璃中加入前者使结构紧密度增加，加入后者则使结构紧密度下降。7.玻璃的着色分为几类？其着色机理是什么？颜色玻璃大致可分为离子着色，金属胶体作色，硫硒化物着色三大类。物质呈色的总原因在于光吸收和光散射，当白光投射在不透明物体表面上时，一部分波长的光被物体吸收，另一部分波长的光则从物体表面反射回来，因而呈现颜色；当白光投射到透明物体上时，如全部通过，则呈现无色，如果物体吸收某些波长的光，而透过另一部分波长的光，则呈现与透过部分相应的颜色。根据原子结构的观点，物质之所以能吸收光，是由于原子中电子(主要是价电子)受到光能的激发，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，亦即从基态越发直激发态所致。因此，只要基态和激发态之间的能量差处于可见光的能量范围时，相应波长的光就被吸收，从而呈现颜色。8.玻璃的主要原料有哪些类型？辅助原料有哪些类型？答:主要颜料是指往玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸、铅化合物、钡化合物等。俺所引入的氧化物性质，又分为酸性氧化物原料，碱性氧化物原料，碱土金属和二价金属氧化物原料，多价氧化物原料。按所引入的氧化物在玻璃结构中的作用，又分为玻璃形成氧化物原料中间体氧化物原料，网络外体氧化物原料。辅助原料，是使玻璃获得某些必要的性质和加速熔制过程的原料。根据作用的不同，分为澄清剂（常用的澄清剂有白砒、硫酸钠、硝酸钠、铵盐、二氧化锰等）、着色剂（如氧化铁使玻璃呈现黄色或绿色，氧化锰能呈现紫色，氧化钴能呈现蓝色，氧化镍能呈现棕色，氧化铜和氧化铬能呈现绿色等。）、脱色剂（常用纯碱、碳酸钠、氧化钴、氧化镍等作脱色剂，它们在玻璃中呈现与原来颜色的补色，使玻璃变成无色。碳酸钠能与氧化铁氧化成二氧化二铁，使玻璃由绿色变黄色。）、乳浊剂（常用乳浊剂有冰晶石、氟硅酸钠、磷化锡等。它们能形成0.1——1.0μm的颗粒，悬浮于玻璃中，使玻璃乳浊化。）、氧化剂、助熔剂等。9.引入SiO2的原料主要有哪些品种？答：引入SiO2的原料主要有石英砂和砂岩。10.引入Na2O,CaO,Al2O3,B2O3常用的原料都是哪些？(魏琼)解：引入Na2O的原料主要是纯碱和芒硝，有时也采用一部分氢氧化钠和硝酸钠；引入氧化钙的原料主要是石灰石、方解石等；引入氧化铝的原料主要是长石、高岭土等；引入氧化硼的原料主要是硼酸，硼砂和含硼矿物。11.玻璃辅助原料类型？答：辅助原料包括澄清剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、脱色剂、氧化剂和还原剂等。12.玻璃配合料制备步骤？答：1.计算玻璃配合料的料方。2.依料方称出各原料重量。3.使原料在混合机中混合。4.送配合料至窑头料仓。13.简述玻璃熔制的五个阶段硅酸盐的形成:硅酸盐生成反应在很大程度上是在固体状态下进行的,配合料各组分在加热过程中经过一系列的物理化学变化,主要的固相反应结束了,大部分气态物从配合料中逸出.玻璃形成:烧结物连续加热时即开始熔融，易熔的低共熔混合物首先开始溶化，在熔化的同时发生硅酸盐和剩余二氧化硅的互溶。玻璃液的澄清：玻璃液继续加热，其粘度降低，并从中放出气态混合物，即进行去除可见气泡的过程，熔制普通玻璃时澄清在1400-1500结束。玻璃液的均化：均化是使玻璃液长时间处于高温下，其化学组成逐渐趋于均一，即由于扩散的作用，使玻璃中条纹，结石消除到允许的限度，变成均一体。玻璃液的冷却：在玻璃液的冷却过程中，不同位置的冷却强度不一样，因而相应的玻璃液的温度也不一样。14.气泡形成的原因是什么？消除一次气泡所采取的措施有哪些？答：配合料在熔化过程中，由于各组分一系列的化学反应和易挥发祖分的挥发，释放出大量气体。从结构的观点来说，在玻璃熔体中气体使许多硅氧键断裂，形成新的内表面，即生成气泡。通过澄清作用，可以除去玻璃中的气泡，但实际上，玻璃澄清完结后，往往有一些气泡没有逸出，或是由于平衡破坏，使溶解了的气体又重新析出，残留在玻璃中，这种气泡叫做一次气泡。一次气泡产生的主要原因是澄清不良，解决办法主要是适当提高澄清温度和适当调整澄清剂的用量。根据澄清过程消除气泡的两种方式来说，提高温度可以促使大气泡逸出。要使小气泡溶解吸收，则应降低温度，以增加玻璃溶解气体的能力。此外，改变玻璃的组成或降低窑内气体压力，降低熔体的黏度和玻璃与气体界面上的表面张力也可以促使气体逸出。在操作上严格遵守正确的熔化制度是防止一次气泡的重要措施。15.二次气泡的成因及对策？答：产生二次气泡的主要原因有：（1）硫酸盐的分解：在澄清的玻璃液中往往残留有硫酸盐，这种硫酸盐可能来源于配合料中的芒硝以及炉气中的SO2.O2与玻璃中的Na2O反应的结果。当已冷却的玻璃由于某种原因再次被加热，或炉气中存在还原气氛，这样就使硫酸盐分解而产生二次气泡。（2）物理溶解的气体析出：在玻璃中有纯物理溶解的气体，气体的溶解温度随温度的升高而降低，因而冷却后的玻璃液若再次升温就放出二次气泡。（3）玻璃中某些组份易产生二次气泡，例如在钡玻璃中，尤其是含钡的光学玻璃中，由于部分BaO在高温下被氧化成BaO2吸热，当温度下降时，Bao2分解，放出O2，即产生小气泡.为避免二次气泡，再冷却时，需防止温度回升，否则很容易产生二次气泡。同时，应根据玻璃的化学组成的不同采取不同的冷却制度。如：铅玻璃需缓慢冷却，这有利于气泡的消除。16、影响玻璃熔制的因素有哪些?答：影响玻璃熔制的因素包括以下几方面：1.配合料的化学组成配合料的化学组成对玻璃熔制速度有决定性的影响。配合料的化学组成不同，融化温度不同。2.配合料的物理状态对熔制过程有较大影响的因素有：（1）原料的选择：当同一玻璃成分采用不同原料时，它将在不同程度上影响配合料的分层（如中碱与轻碱）、挥发量（硬硼石与硼酸）、熔化温度（铝氧粉AI2O3的熔点是2050℃，钾长石为1170℃）等。（2）原料的颗粒组成：其中影响最大的是石英的颗粒度，是由于它具有较高的熔化温度和较小的扩散速度。其次是白云石、石灰石、长石的颗粒度。3、熔窑的温度制度.熔窑的熔制温度是最重要的因素。温度越高，硅酸盐反应越强烈，石英颗粒的溶解与扩散越快，玻璃液的去泡和均化也越容易。4.采用加速剂和澄清剂.大部分加速剂是化学活性物质。它通常并不改变玻璃成分和性质，其分解产物也可组成玻璃成分，它们往往降低熔体的表面张力、粘度、增加玻璃液的透热性，所以加速剂往往也是澄清剂。澄清剂是用来加速玻璃液的澄清过程。5、采用高压和真空熔炼.在石英光学玻璃生产工艺中常采用真空和高压熔炼技术来消除玻璃液中的气泡。采用高压使可见气泡溶解于玻璃液中，采用真空法能使馆气泡迅速膨胀而排除。6、辅助电熔在用燃料加热的熔窑作业中，同时向玻璃液通入电流使之增加一部分热量，从而可以在不增加熔窑容量下增加产量，这种新的熔制方式称为辅助电熔。一般分别设在熔化部、加料口、作业部，可提高料堆下的玻璃液温度40—70℃，这就大大提高了熔窑的熔化率。7、机械搅拌与鼓泡在窑池内进行机械搅拌或鼓泡是提高玻璃液澄清速度和均化速度的有效措施。17.玻璃有那些缺陷？答：玻璃体内由于存在着各种夹杂物，引起玻璃体均匀性的破坏，称为玻璃体的缺陷。玻璃体的缺陷按状态不同可以分为三类:气泡（气体夹杂物）；结石（固体夹杂物）；条纹和节瘤（玻璃态夹杂物）。18.影响玻璃熔制过程的因素有哪些?答：影响玻璃熔制的因素包括以下几方面：1.配合料的化学组成配合料的化学组成对玻璃熔制速度有决定性的影响。配合料的化学组成不同，融化温度不同。2.配合料的物理状态对熔制过程有较大影响的因素有：（1）原料的选择：当同一玻璃成分采用不同原料时，它将在不同程度上影响配合料的分层（如中碱与轻碱