《无机非金属材料实验》玻璃制备与加工方法

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1、《无机非金属材料实验》玻璃制备与加工方法赵修建提纲引言玻璃的一般制备方法－熔融冷却法特种制备方法高速冷却法气相合成法溶胶凝胶法气氛保护法特种加工处理方法结语一、引言玻璃的定义：一般定义：经熔融冷却基本上不结晶的无机固体物质科学定义：具有玻璃转变现象的非晶态物质原子排列具有无规则的网络结构，在x射线衍射中表现为非晶态介稳状态具有玻璃转变现象无固定熔点玻璃与非晶态材料的种类种类材料（例）化学组成（例）A.无机玻璃（氧化物、氟化物）B．凝胶C.非晶态半导体a.硫系玻璃b.非晶态元素半导体D.无定形碳E.金属玻璃F.高分子玻璃石英玻璃，平板玻璃，光学玻璃，氟化物玻璃等硅胶，硅

2、矾土（吸附剂，催化剂载体）静电复印用的Se膜，电视摄象机用的光电导膜等太阳能电池用无定形半导体玻璃碳、碳黑、碳膜等软磁合金，高强度无定形合金有机玻璃，树脂SiO2,16Na2O.12CaO.72SiO2,NaF-BeF2,53La2O3.37B2O3.5ZrO2.5Ta2O5,SiO2,SiO2-Al2O3等Se,As40Se30Te30等Si,Ge等C等Fe80P13C7等PMMA等玻璃与特种玻璃：普通玻璃：平板玻璃、夹层玻璃、热反射玻璃、热吸收玻璃、建材微晶玻璃、中空玻璃、汽车玻璃、钢化玻璃、眼镜玻璃、瓶罐玻璃、热水瓶玻璃、餐具玻璃、微晶玻璃餐具、耐热玻璃餐具、光

3、学玻璃、玻璃纤维、增强用玻璃纤维、电子玻璃（电真空玻璃）、显象管玻璃、封接玻璃、光掩模玻璃、理化玻璃、医用玻璃、温度计玻璃、颜色玻璃、发泡玻璃、装饰玻璃和工艺玻璃等。特种玻璃：通讯用玻璃光纤、激光玻璃、激光核聚变玻璃、电子器件用玻璃、法拉第旋转玻璃、石英玻璃、放射性核废料固化玻璃、云母微晶玻璃、多孔玻璃、生物玻璃、生化玻璃、氧氮玻璃、凝胶玻璃、水合玻璃、偏振玻璃、镀膜玻璃、天然玻璃（黑曜石）等。玻璃的发现二、玻璃的一般制备方法——熔化冷却法“熔化”也称“熔炼”，是钢、铁、铝等金属材料；玻璃、铸石、熔铸耐火材料、人工晶体等无机非金属材料材料的主要工艺过程。在实验室条件下

4、，玻璃熔化实验的过程（玻璃的主要制备工艺）是：玻璃熔制的五个阶段①硅酸盐形成：主要的固相反应结束，配合料变成由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物。800～900℃。②玻璃的形成：硅酸盐烧结物和二氧化硅熔融、溶解、扩散，使不透明的半熔融烧结物变为透明的玻璃液，不再含有未反应的配合料颗粒。1200～1400℃。③澄清：排除可见气泡。1200～1400℃。玻璃液粘度10Pa·S。④玻璃液的均化：消除条纹和其他不均体，使玻璃各部分在化学组成上达到预期的均匀一致。⑤玻璃液的冷却：让玻璃液的粘度增高至成形所需的范围。通常温度降低200～300℃。室温800～900oC1200~1

5、400oC1200~1400oC300~500oC重油燃烧气氛保护锡槽熔窑熔融玻璃熔融锡牵引辊玻璃带浮法玻璃的制造过程示意图三、特种制备方法1、高速冷却法——难以形成玻璃的物质的玻璃化与传统的玻璃制造方法一样，该方法首先必须将固体原料熔化，再将熔体高速冷却，防止析晶，使玻璃形成范围扩大，获得一些传统方法难以获得的具有特殊性能的新组成玻璃。利用红外线加热的高速冷却装置82AgI·13.5Ag2O·4.5B2O3熔体高速冷却产物的扫描电镜照片2、气相法以气体作原料，或将固体原料气化成气体，再加热（或其它外场）发生化学反应而制备玻璃或非晶态物质的方法。主要有化学气相沉积法和

6、物理气相沉积法过饱和度对生成产物结晶状态的影响化学气相沉积法（CVD）的原理MCVDVADOVD光纤用石英玻璃的制备方法（真空）蒸发沉积法离子镀溅射法物理气相沉积法（PVD）用于工业生产镀膜玻璃的磁控溅射方法的原理3、溶胶凝胶法该方法是由溶液出发，经过化学处理，使溶液中析出微细的颗粒，即所谓溶胶化；再将其浓缩，或经过调节pH值使溶胶缩聚形成凝胶；最后加热凝胶，使凝胶中的有机物和水分挥发，烧结后获得玻璃。该方法被广泛用于特种玻璃、功能涂层或薄膜等的制备。溶胶纺丝的石英玻璃纤维各种溶胶凝胶镀膜方法浸渍提拉法旋涂法喷涂法泻流涂覆法层流涂覆法应用于TiO2薄膜自洁净玻璃生产的

7、溶胶凝胶镀膜生产线4、气氛调节熔融法在卤化物玻璃的制备中，为了保证卤化物玻璃所特有的光学或其它性能，要制备无氧离子和OH根离子的玻璃，必须在氩气、氮气或氨气等气氛中熔制玻璃。在硫系物玻璃的制造中，通常采用将原料放在石英玻璃管内、真空封管后、再加热熔融制备成玻璃的方法，也可采用从原料处理到熔融精炼全部在氮气气氛中进行的所谓连续熔制法。硫系（硫卤）玻璃的制备方法四、通过加工处理制备新的玻璃通过对玻璃进行掺杂、离子交换、分相与晶化、表面镀膜、极化处理、结构调控、机械拉伸、离子注入以及复合化等。离子交换法电场熔盐－离子交换电场熔盐－离子交换工艺原理图电场熔盐