玻璃加工之玻璃特性.ppt

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1、玻璃加工之玻璃特性品技部：劉哲2014-3-20課題大綱1、什么是玻璃2、玻璃的熔解范圍3、玻璃的表面張力4、玻璃的熱傳導(dǎo)5、玻璃的機(jī)械強(qiáng)度6、玻璃的電解7、玻璃的膨脹8、玻璃的化學(xué)特性一、什么是玻璃凡是通過“過冷”溶液的方法而制得的一切無定形體物體，不管其化學(xué)性質(zhì)及凝固溫度范圍如何，統(tǒng)稱玻璃;玻璃是一種幾千年前就被發(fā)現(xiàn)的天然材料，當(dāng)玻璃能被合成后，這種材料就得到了廣泛的應(yīng)用；主要成分的分子結(jié)構(gòu)是四面體的二氧化硅（SiO2）如下圖：二、玻璃的熔解范圍1、金屬與玻璃的結(jié)構(gòu)2、金屬與玻璃的熔解3、玻璃的熔化曲線鉛玻璃鋇玻璃粘度點(diǎn)溫度溫度應(yīng)力點(diǎn)41045

2、5退火點(diǎn)445490Philips軟化點(diǎn)460505美國軟化點(diǎn)635675工作點(diǎn)10001020熔化點(diǎn)15051490-屈服點(diǎn)：應(yīng)力能在數(shù)小時內(nèi)消除的粘度點(diǎn)-退火點(diǎn)：應(yīng)力能在數(shù)分鐘內(nèi)消除的粘度點(diǎn)-美國軟化點(diǎn)：玻璃自己就會變形的粘度點(diǎn)（表面張力，重力）玻璃開始可以粘住。-工作點(diǎn)：玻璃可以在商業(yè)設(shè)備上加工的粘度點(diǎn)為了加工玻璃的目的，飛利浦感覺需要定義另外一個點(diǎn)：-飛利浦軟化點(diǎn)：在施加外力情況下玻璃會變形，應(yīng)力能在數(shù)秒內(nèi)消除有時會用到另外一些點(diǎn)：熔化點(diǎn)：雖然玻璃沒有熔點(diǎn)只有一個熔化過程，但還是專門定義102粘度為其熔點(diǎn)三、表面張力由于內(nèi)聚力，液體內(nèi)的分子

3、會互相吸引，如一個分子周圍完全被其他分子圍繞，它在各個方向上受到的力相同，合力為零。但在表面的分子受力不平衡，結(jié)果產(chǎn)生一個向內(nèi)的拉力，這個拉力的結(jié)果是表面/體積比必須是最小的，這個情況經(jīng)常是球形。玻璃表面收縮成球體的趨勢總是存在，只要玻璃的粘度允許，表面張力就起作用，這個特性在玻璃加工中得到廣泛的應(yīng)用，如：光口、做燈芯時水線升高、落料式封口等。這就是為什么表面張力被認(rèn)為在玻璃加工中3個主要特性之一。四、熱傳導(dǎo)率材料的熱導(dǎo)率是表示在兩個相差1度的單位表面上熱量流過的速率，熱傳導(dǎo)有三種基本方式：1）傳導(dǎo)：一個原子比它周圍原子的振動速率大（即溫度高），會

4、撞擊周圍的原子，使周圍原子的振動速率加快（即增加其溫度）2）輻射：每個原子發(fā)射和接收一部分能量，當(dāng)一個原子比其周圍的原子溫度高時，它發(fā)出的能量比接收到的多，所以它會損失能量（＝冷卻），周圍的原子就獲得能量（增加溫度），直到達(dá)到平衡。3）對流：當(dāng)一個振動較快的原子能夠在結(jié)構(gòu)中移動時，它會將能量帶到另外一個地方，原子到達(dá)的那一點(diǎn)就可以看到比原來的原子振動要快（即溫度高）。因?yàn)椴ＡЭ傇谳^低的溫度（例軟料玻璃＜300℃，只有傳導(dǎo)發(fā)生，在較高的溫度300℃-800℃輻射和傳導(dǎo)一起開始增加其速率，在更高的溫度＞800℃輻射和對流就占主要地位，這不難理解：玻璃流

5、動性越高，對流就越容易發(fā)生。導(dǎo)熱率溫度很明顯玻璃的這個特性對玻璃加工特別重要，在較低的溫度下，熱量能夠很好的限制在需要加熱的區(qū)域而不使其他區(qū)域變形，這是其優(yōu)點(diǎn)！因?yàn)殡S著溫度升高，熱傳導(dǎo)速度迅速增加，這樣可以將加工區(qū)域能在較短的時間內(nèi)加熱到工作溫度，但在另一方面，由于低的熱導(dǎo)率，玻璃上不同區(qū)域的溫差會產(chǎn)生應(yīng)力，這是其不好的方面！五、玻璃的機(jī)械強(qiáng)度大體上，玻璃較硬，在理想情況下能承受較大的外力（壓力和張力）；然而只要表面出現(xiàn)不規(guī)則，抗張強(qiáng)度就會大大降低，這是稱之為“刻痕效果”的結(jié)果；即使很小的一個力，在開裂的地方就超過了能承受的最大拉力，玻璃就開裂；例

6、：環(huán)形彎架用銼刀在排桿上劃一道傷痕后，用手很容易就可以掰斷排桿。六、玻璃的電解應(yīng)力?開裂?漏氣燈，這種現(xiàn)象稱為“電解”；圖（1）在直流情況下，相對小的Na+離子逐步從正極向負(fù)極遷移。也就是在正極周圍的Na離子減少，在負(fù)極Na離子增加，這就改變了兩邊玻璃的成分，改變了玻璃的膨脹系數(shù)，應(yīng)力也就會產(chǎn)生。圖（2）在交流情況下Na+不能從一個極向另外一個極遷移但仍會發(fā)生電解。在抽真空的燈中，電子從熱鎢燈絲上發(fā)射到相對冷的打扁處。打扁表面就充負(fù)電，Na+離子從電極向表面遷移。同樣因?yàn)椴ＡС煞趾团蛎浵禂?shù)的改變，引起開裂。溫度越高，電解速度就越快。因?yàn)殡S著玻璃中鈉

7、含量的增加電導(dǎo)率也會增加，直接的解決辦法是減少鈉含量。然而，這樣會提高熔化點(diǎn)，對加工帶來不利的影響。加入其它的成分，如鉛（Pb）和鋇（Ba）有比較大的原子，可以阻止Na離子的遷移，也就可以阻止電解，盡管在高溫下不能降到零。這就是采用鉛玻璃做燈芯的原因。在無鉛的燈芯玻璃（360玻璃）用鋇（Ba）代替了鉛（Pb），達(dá)到同樣的效果。七、玻璃的熱膨脹在許多應(yīng)用中玻璃的熱膨脹是一個很重要的特性。兩個主要的相關(guān)領(lǐng)域：1)封接（即哪種材料能同玻璃有效封接）2)抗熱爆性（即不熱爆的能力）膨脹系數(shù)首先要求它們的熱膨脹系數(shù)相同或相近，如果膨脹系數(shù)不匹配，就會在封接處因

8、內(nèi)應(yīng)力的作用產(chǎn)生炸裂。膨脹系數(shù)差別在6×10-7／K以內(nèi)的玻璃，可以相接，但要經(jīng)過退火。如何測膨脹系數(shù)下面介紹判斷兩種不知