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时间:2020-04-02
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1、玻璃加工之玻璃特性品技部:刘哲2014-3-20课题大纲1、什么是玻璃2、玻璃的熔解范围3、玻璃的表面张力4、玻璃的热传导5、玻璃的机械强度6、玻璃的电解7、玻璃的膨胀8、玻璃的化学特性一、什么是玻璃凡是通过“过冷”溶液的方法而制得的一切无定形体物体,不管其化学性质及凝固温度范围如何,统称玻璃;玻璃是一种几千年前就被发现的天然材料,当玻璃能被合成后,这种材料就得到了广泛的应用;主要成分的分子结构是四面体的二氧化硅(SiO2)如下图:二、玻璃的熔解范围1、金属与玻璃的结构2、金属与玻璃的熔解3、玻璃的熔化曲线铅玻璃钡玻璃粘度点温度温度应力点41045
2、5退火点445490Philips软化点460505美国软化点635675工作点10001020熔化点15051490-屈服点:应力能在数小时内消除的粘度点-退火点:应力能在数分钟内消除的粘度点-美国软化点: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。-工作点:玻璃可以在商业设备上加工的粘度点为了加工玻璃的目的,飞利浦感觉需要定义另外一个点:-飞利浦软化点:在施加外力情况下玻璃会变形,应力能在数秒内消除有时会用到另外一些点:熔化点:虽然玻璃没有熔点只有一个熔化过程,但还是专门定义10²粘度为其熔点三、表面张力由于内聚力,液体内的分子
3、会互相吸引,如一个分子周围完全被其他分子围绕,它在各个方向上受到的力相同,合力为零。但在表面的分子受力不平衡,结果产生一个向内的拉力,这个拉力的结果是表面/体积比必须是最小的,这个情况经常是球形。玻璃表面收缩成球体的趋势总是存在,只要玻璃的粘度允许,表面张力就起作用,这个特性在玻璃加工中得到广泛的应用,如:光口、做灯芯时水线升高、落料式封口等。这就是为什么表面张力被认为在玻璃加工中3个主要特性之一。四、热传导率材料的热导率是表示在两个相差1度的单位表面上热量流过的速率,热传导有三种基本方式:1)传导:一个原子比它周围原子的振动速率大(即温度高),会
4、撞击周围的原子,使周围原子的振动速率加快(即增加其温度)2)辐射:每个原子发射和接收一部分能量,当一个原子比其周围的原子温度高时,它发出的能量比接收到的多,所以它会损失能量(=冷却),周围的原子就获得能量(增加温度),直到达到平衡。3)对流:当一个振动较快的原子能够在结构中移动时,它会将能量带到另外一个地方,原子到达的那一点就可以看到比原来的原子振动要快(即温度高)。因为玻璃总在较低的温度(例软料玻璃<300℃,只有传导发生,在较高的温度300℃-800℃辐射和传导一起开始增加其速率,在更高的温度>800℃辐射和对流就占主要地位,这不难理解:玻璃流
5、动性越高,对流就越容易发生。导热率温度很明显玻璃的这个特性对玻璃加工特别重要,在较低的温度下,热量能够很好的限制在需要加热的区域而不使其他区域变形,这是其优点!因为随着温度升高,热传导速度迅速增加,这样可以将加工区域能在较短的时间内加热到工作温度,但在另一方面,由于低的热导率,玻璃上不同区域的温差会产生应力,这是其不好的方面!五、玻璃的机械强度大体上,玻璃较硬,在理想情况下能承受较大的外力(压力和张力);然而只要表面出现不规则,抗张强度就会大大降低,这是称之为“刻痕效果”的结果;即使很小的一个力,在开裂的地方就超过了能承受的最大拉力,玻璃就开裂;例
6、:环形弯架用锉刀在排杆上划一道伤痕后,用手很容易就可以掰断排杆。六、玻璃的电解应力开裂漏气灯,这种现象称为“电解”;图(1)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。图(2)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。因为随着玻璃中钠
7、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。加入其它的成分,如铅(Pb)和钡(Ba)有比较大的原子,可以阻止Na离子的迁移,也就可以阻止电解,尽管在高温下不能降到零。这就是采用铅玻璃做灯芯的原因。在无铅的灯芯玻璃(360玻璃)用钡(Ba)代替了铅(Pb),达到同样的效果。七、玻璃的热膨胀在许多应用中玻璃的热膨胀是一个很重要的特性。两个主要的相关领域:1)封接(即哪种材料能同玻璃有效封接)2)抗热爆性(即不热爆的能力)膨胀系数首先要求它们的热膨胀系数相同或相近,如果膨胀系数不匹配,就会在封接处因
8、内应力的作用产生炸裂。膨胀系数差别在6×10-7/K以内的玻璃,可以相接,但要经过退火。如何测膨胀系数下面介绍判断两种不知
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