玻璃工艺学复习练习题

玻璃工艺学复习练习题
分相结构对玻璃的性质有何影响？
对第一类性质的影响：由离子的迁移特性决定的性质，如电阻率、化学稳定性等对玻璃的分相结构十分敏感。

若性质较差的相以连通结构的形式存在，玻璃的性质将明显变坏。

若性质较差的相呈孤立液滴状分布于性质较好的连续基相中，则能保持较好的性质。

对玻璃析晶的影响——分相有利于析晶
1. 为成核提供界面。

2. 分相导致其中的一相比均匀母相具有较大的质点迁移率，这有利于晶核的形成和长大。

3. 分相使成核剂浓集于其中的一相，从而促进晶核的形成。

4. 分相使其中的一相或两相更加接近某种晶体的组成，这有利于结晶。

对光学性质的影响
1. 使玻璃的透光率下降
分相产生的相界面使光线发生散射，导致透光率下降，严重时，会产生乳浊现象。

2. 影响玻璃的颜色
分相过程中，过渡元素几乎全部集中在微相液滴中。

这种选择性富集可以用来发展有色玻璃，激光玻璃、光敏玻璃和光色玻璃等。

玻璃分相对析晶有何影响？
对玻璃析晶的影响——分相有利于析晶
1. 为成核提供界面。

2. 分相导致其中的一相比均匀母相具有较大的质点迁移率，这有利于晶核的形成和长大。

3. 分相使成核剂浓集于其中的一相，从而促进晶核的形成。

4. 分相使其中的一相或两相更加接近某种晶体的组成，这有利于结晶。

玻璃成型后为何还要退火
原因之一：玻璃生产过程中，因经受激烈的、不均匀的温度变化会产生热应力。

这种热应力会降低玻璃制品的强度和热稳定性。

成型后的玻璃制品和经过热加工的玻璃制品，若不经过退火处理，让其自然冷却，在以后的存放和机械加工过程中很可能会自行破裂。

原因之二：玻璃制品从高温自然冷却室温，其内部结构是不均匀的，由此会造成玻璃光学性质的不均匀。

对玻璃进行退火处理就是让玻璃的结构趋向均匀，使玻璃中的热应力消除或减小的热处理过程。

16.玻璃的料性?短性玻璃?长性玻璃?对成型和退火过程有何影响?
答:生产上常把玻璃的粘度随温度变化的快慢称为玻璃的料性,粘度随温度变化快的玻璃称为短性玻璃,反之称为长性玻璃.这一性质对成型作业有直接的关系,例如用压延法生产压花玻璃时最好选择料性较短的玻璃,这样玻璃被轧花辊压出花纹之后,随温度降低,粘度能迅速地增长,形状可以快速固定下来,从而保证压出的花纹清晰.退火是通过粘滞流动和弹性来消除玻璃中的应力,故这一性质对退火的效率也有很大影响
试述水对硅酸盐玻璃的侵蚀机理。

答：硅酸盐玻璃在水中的溶解比较复杂。

水对玻璃的侵蚀开始于水中的H+和玻璃中的Na+进行交换，而后进行水化、中和反应，其反应过程为：
| 交换|
—Si—O—Na+ +H+OH- —————Si—OH +NaOH （1）
| |
这一交换有引起下列反应：OH
| （水化）|
—Si—OH +3/2H2O ————HO—Si—OH （2）
| |
OH
Si（OH）4 + NaOH ————[Si（OH）3O]-Na+ +H2O （3）
反应式（3）的产物硅酸钠其电离度要低于NaOH的电离度。

因此，这一反应使溶液中Na+离子浓度降低，这就对反应（2）有所促进。

这三个反应互为因果，
循环进行，而总的速度取决于离子交换反应（1），因为它控制着—Si—OH和
NaOH的生成速度。

另一方面，H2O分子（区别于H+离子）也能与硅酸盐骨架直接起反应：
| | 水化|
—Si—O—Si—+ H2O ==== 2（—Si—OH）
随着这一水化反应的继续进行，Si原子周围原有的四个桥氧全部成为OH（如式（2）），这是H2O 分子对硅氧骨架的直接破坏。

反应产物Si（OH）4是极性分子，它能使周围的水分子极化，而定向地吸附在自己的周围，成为Si（OH）4. H2O或简写为:SiO2.XH2O,通常成为硅酸凝胶,除一部分溶于水溶液外,大部分吸附在玻璃表面,形成一层薄膜,它具有较强的抗水和抗酸性能,因此,被称为保护膜层.一些人认为，保护层的存在使Na+离子和H+离子的扩散受到阻挡，离子交换反应速度越来越慢，以致停止。

但是，许多实验证明，Na+和H2O分子在凝胶层中的扩散速度比在未被侵蚀的玻璃中要快得多，其原因是：（1）由于Na+被H+代替，使结构变得疏松；（2）由于水分子破坏了网络，造成了断裂，也有利于扩散。

因此硅酸盐薄膜不会使扩散变慢。

而进一步的侵蚀之所以变慢以至停顿，一方面是由于在薄膜内的一定厚度中，Na+离子含量已很缺乏，而且随着Na+含量的降低，其它组分如R2+（碱土金属或其它二价金属离子）的含量相对上升，这些二价阳离子对Na+离子的“抑制效应”加强，因而使H+—Na+离子交换缓慢，在玻璃表面层中，反应式（1）几乎不能进行，从而反应式（2）、（3）相继停止，结果玻璃在水中的溶解量几乎不再增加，水对玻璃的侵蚀也就停止了。

如果玻璃仅含Na2O和SiO2两种组分，则在水中长期继续下去，直到Na+几乎被沥滤为止。

但在含有RO、R2O3、RO2的三组分和多组分系统中，情况就大为不同。

这些组分的存在，对于Na+扩散有巨大的影响，它们通常能阻挡Na+的扩散，并且Na+的相对浓度（相对于R2+、R3+、R4+的含量来说）越低，则所受阻挡越大，扩散越来越慢，以至于几乎停止。

34.简述玻璃的澄清原理（物、化的）
答：澄清的过程就是:首先使气泡中的气体、窑内气体与玻璃液中物理溶解和化学结合的气体之间建立平衡,再使可见气泡漂浮于玻璃液表面而加以消除。

在高温澄清过程中，溶解在玻璃液内的气体、气泡中的气体及炉气这三者间会相互转移与平衡，它决定于某类气体在上述三相中的分压大小，气体总是由分压高的一相转入分压低的另一相中（如图所示）。

图中P（炉A）为炉气中的A气体的分压，其余类推。

p炉A > p液A
炉气中的气体玻璃液中溶解的气体
漂浮排除
气泡中的气体
澄清过程中发生的气体交换：
a.气体从过饱和的玻璃液中分离出来，进入气泡或炉气；
b.气泡中气体分离出来进入炉气或溶于玻璃液；
c.气体从炉气中扩散到玻璃液。

澄清过程中，气泡的消除有两种方式：
（1）使气泡体积增大，加速上升，漂浮于玻璃液表面后破裂消除（大于临界泡径的气泡升到液面后排除）；
（2）、使小气泡中的气体组分溶解于玻璃液中，气泡被吸收而消失（小于临界泡径的气泡，在玻璃液的表面张力作用下气泡中的气体溶解于玻璃液而消失）。

35.在熔制过程中炉内气体，气泡中气体，及溶解在玻璃中气体如何平衡？
答：炉内气体，气泡中气体，及溶解在玻璃中气体之间的相互转移与平衡，决定于某类气体在上述三相中分压的大小，气体总是由分压高的一相转入分压低的另一相中。

澄清过程中发生的气体交换：
（1）气体从过饱和的玻璃液中分离出来，进入气泡或炉气；
当气体A在玻璃液中分压P(液)>A在气泡中分压P（泡），气泡从周围的玻璃液中吸取气体，气泡慢慢变大而上升，进入炉内。

（2）气泡中的气体分离出来进入炉气或溶于玻璃液；
当P(泡)>P（液），气泡内的气体将被溶解而气泡变小，甚至消失。

（3）气体从炉气中扩散到玻璃液；
当气体A在窑内分压P（炉）>P（液），气体将溶解于玻璃液至分压相等。

气体间的转化与平衡决定于澄清温度，炉气压力与成分，气泡中气体的种类有密切的关系。