材料学导论-玻璃水泥.ppt

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1、6、玻璃6.1玻璃的概念玻璃是指熔体经过冷却，因粘度增加所得到的具有固体性质和一定结构特征的非晶态固体物质。钠钙玻璃铅玻璃硼硅酸盐玻璃石英玻璃钢化玻璃微晶玻璃彩色玻璃变色玻璃玻璃的种类磨砂玻璃6.2玻璃的特性（1）各向同性（2）介稳性（3）物理化学性质变化的可逆性（4）性质随成分变化的连续性和渐变性熔体晶体玻璃慢快温度（T）内能(Q)6.3玻璃的结构三维连续网络形式网络中一个氧原子最多同两个形成网络的阳离子M（如Si、Al、B等）相连接。成网阳离子在多元体（如硅氧四面体、铝氧三面体）的中央。这些多面体通过顶角上的公共氧以“氧桥”相连而形成三维连续网架。但这

2、种网架不象晶体那样有序，而是完全无序的。其它变网阳离子分布在网络之间现在，从有关玻璃性质及其结构的研究来看，可以认为短程有序和长程无序是玻璃态结构的特点。在宏观上玻璃主要表现在无序、均匀和连续性方面，而在微观上它又是有序、微不均匀和不连续性的。无规则网络结构学说示意图（a）石英晶体结构模型（b）石英玻璃结构模型(c)钠钙玻璃结构示意图6.4玻璃的性质力学性质理论强度高，实际强度低。抗压强度高，抗拉强度低。硬度高，脆性大。物理性质高度透明，具有很重要的光学性质。能透可见光和红外线。热膨胀性随成分变化较大。化学性质化学性质稳定。抗酸腐蚀，但不抗碱。6.5普通玻

3、璃生产工艺6.5.1玻璃的原料玻璃的混合料是由多种原料混合而成，根据各种原料的用量和作用的不同，可分为主要原料和次要原料，其中为了引入玻璃主要成分的原料，称为主要原料，而为了满足某种需要或使玻璃具有某些必要性能而引入的原料，称为辅助原料，如澄清剂、助熔剂等。最广泛用的玻璃成分以SiO2、CaO和NaO为主，用来制造平板玻璃、瓶罐玻璃、灯泡玻璃等。迄今为止，超过95%的玻璃制品仍然属钠钙硅酸盐系统的范畴。钠钙硅酸盐玻璃（平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃）SiO269%－75%Al2O30－2.5%CaO5%－10%MgO1%－4.5%Na2O13%－15%K2O

4、0－2%（1）硅质原料：硅质原料是指引入SiO2成分的原料。主要包括石英砂、砂岩、石英岩、粉石英等。（2）引入Al2O3原料：在玻璃中引入Al2O3的原料有长石、粘土、Al(OH)3等。（3）引入CaO的原料：CaO是通过方解石、石灰石、沉淀CaCO3等原料来引入的。在一般玻璃中，CaO含量不超过12.5%。（4）引入MgO的原料：引入MgO的原料有白云石（MgCO3、CaCO3）、菱镁矿（MgCO3）。（5）引入Na2O的原料：主要有纯碱（Na2CO3）和芒硝（Na2SO4）。6.5.2玻璃的熔制将配合料经过高温加热形成均匀的、无气泡的、符合成型要求的玻

5、璃液过程，称为玻璃的熔制。玻璃的熔制过程是一个包括一系列物理、化学反应的复杂过程，如配合料加热、吸附水分蒸发排除、组分熔融、多晶转变等物理过程，固相反应、各种盐类的分解、化学结合水排除、组分间相互反应及硅酸盐生成等化学反应。玻璃的熔制过程大致可分为五个阶段：硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化和冷却。6.5.3玻璃的成型玻璃的成型通常指热塑成型。是指将玻璃液冷凝成具有一定几何形状的固体玻璃的过程。（1）浮法拉制成形（2）垂直引上法（3）平拉法吹制成形压制成形加工纤维6.6特种玻璃6.6.1特种玻璃的发展日用器皿玻璃和平板玻璃是以Na2O—CaO—SiO2系统为

6、基础的传统玻璃。随着社会发展和科学技术的进步，对玻璃提出了某些特殊性能的要求，这些玻璃逐渐脱离原来玻璃成分范围，形成了专业应用的新型玻璃，即特种玻璃。如光学玻璃、微晶玻璃、光纤玻璃、激光玻璃、变色玻璃等。6.6.2光学玻璃光学玻璃是一种能改变光的传播方向，并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。光学玻璃主要用来制成各种曲率的球面或非球面透镜和反射镜，以及各种复杂的棱镜，如眼镜、显微镜、照相机、电影机、电视机、光谱仪等。6.6.3光导纤维(1)定义及传光原理光导纤维（简称光纤）是利用光在玻璃中全反射原理而达成高质量光传导的玻璃纤维。光纤由纤维芯和纤维

7、包皮组成，一般呈圆柱状，直径从几微米到几百微米，光被约束在纤维内曲折向前传播。为了使光具有足够强度，把许多纤维（加上光学绝缘层）结合起来，制成光缆。光纤是利用全反射原理来传导光能的，如图所示。当进入光纤的光线射入纤芯和包层界面的入射角θ时，则在入射点的光线可能分为两束，一束为折射光，另一束为反射光，它们服从光线的折射和反射定律：入射角等于反射角即θ=θ″n1·sinθ=n2·sinθ′θθ′θ″n2n2n1全内反射：当折射角时θ′=90，临界角θc的正弦可以表示为sinθc=n2/n1为了使之能在光纤中远距离传输，一定要具备光在光纤中反复发生反射的条件。实

8、现全反射的条件：n1>n2θ>θc（2）光损耗影响光纤导光的主要障