特种玻璃2016详解
第6章特种玻璃
第6章 特种玻璃6.1前言日用器皿玻璃和平板玻璃是以Na2O-CaO-SiO2系统为基础的传统玻璃。
近数十年，社会发展和科学技术进步对玻璃提出了更多特殊的要求，如具有更好的光学、热学、化学、力学和电学等方面的性能，以满足特别用途的需要，这些玻璃逐渐脱离了Na2O-CaO-SiO2系统玻璃范围，形成了专业应用的特种玻璃。
特种玻璃在建筑、交通、能源、化工、医药、航天、航空、舰船、电子、核工业等领域应用广泛，其突出特征是与新兴产业和国防需求联系紧密，在现代科学技术领域占据着其它材料无法替代的重要地位，因此，世界各国越来越关注各种高新性能特种玻璃材料的开发和利用，特种玻璃的研发和生产水平成为一个国家材料发展水平的重要标志之一。
1)安全玻璃安全玻璃是一类经剧烈振动或撞击不破碎，即使破碎也不易伤人的玻璃深加工产品，包括钢化玻璃、夹层玻璃和由钢化玻璃或夹层玻璃组合加工而成的玻璃制品。
钢化玻璃即淬火增强玻璃，这种玻璃破碎时形成无尖锐棱角的颗粒，对人体伤害很小，是使用最广泛的安全玻璃。
夹层玻璃即胶合玻璃，当受冲击破碎时，碎片不掉落、不飞溅，能有效地防止或减轻对人体的伤害。
由钢化玻璃或夹层玻璃组合加工而成的安全玻璃品种还有很多，如防弹玻璃、防盗玻璃、防火玻璃、夹丝玻璃、防护玻璃及贴膜玻璃等。
具有优良安全性、抗冲击性和抗穿透性的安全玻璃在建筑与装饰、汽车、飞机、火车、舰船、仪器仪表和家电等行业广泛应用。
随着社会经济的不断发展，安全玻璃的需求越来越多。
以建筑安全玻璃和汽车安全玻璃为例，发达国家建筑业的安全玻璃使用率（与普通玻璃相比）已达到70%，其中夹层玻璃使用率约占30%，同时对安全玻璃的隔热、调光、防火、防飓风等功能的需求也呈逐年上升趋势。
在汽车制造业，随着汽车使用量的高速增长以及汽车玻璃安全化程度的提高，对车用安全玻璃的刚性需求显著增加。
国内外安全玻璃产业正朝着技术创新、产品推新及多功能性的方向发展。
近几年，随着我国玻璃行业的快速发展和市场对安全玻璃产品需求的增加，安全玻璃产业出现了前所未有的繁荣现象。
特种玻璃简介
9 特种玻璃简介
9.2光导纤维
1 光导纤维的性能
1.1 光学性能 光在玻璃—空气界面的传播规律如图，圆柱形光纤传光原理如图。光纤中传播的
光束可以看作是两束射线即沿着光纤轴方向传播的射线以及垂直于该射线的驻波
的合成。 如图，光波(波长为λ)在纤芯与包层界面上的场强为零，场强的分布是周期地重复
波峰与波谷。图中λx是波峰与波谷之间的间距，根据λ/λx＝0、l、2……，得到场
2330kg/m3)以及最终的结晶相与玻璃相的比例有关，可以从2300kg/m3到
6000kg/m3的很大范围内变动。 表格列出了微晶玻璃及陶瓷的密度值(kg/m3)。
9 特种玻璃简介
9.1微晶玻璃
2 微晶玻璃的结构与性能
2.3 强度 实际强度远低于理论强度，仅为1/1000~1/10000。与成分、 热处理制度、表面
缩不一致，产生变形。对热处理用的热源也要慎重选择，如燃烧产物中含有SO2
气体，则往往会使微晶玻璃表面失去光泽。
9 特种玻璃简介
9.1微晶玻璃
2 微晶玻璃的结构与性能
2.1 微晶玻璃的显微结构与相组成 微晶玻璃由晶相和残留玻璃相构成。
晶相如图：堇青石、β-锂辉石、β-锂霞石(及其固溶体)、尖晶石、金红石、锂硅
9 特种玻璃简介
9.1微晶玻璃
3 微晶玻璃的加工
3.2 离子交换 离子交换可以在熔融盐液中进行，也可以在盐的蒸气中进行。用于离子交换的盐
类一般常用KCl、KNO3、NaNO3、Na2SO4、Li2SO4等。离子交换的温度在
550~850℃。交换时间为4~48小时。 如，低膨胀微晶玻璃放在650℃的KCl蒸汽中，经24小时，可在表面产生厚度约
光在纤维中传播时强度的损耗称为衰减。它是限制光信号远距离传播的一个重要
几种主要特种玻璃简介(连载二) 5.本体着色特种浮法玻璃
几种主要特种玻璃简介(连载二) 5.本体着色特种浮法玻璃徐美君
【期刊名称】《玻璃》
【年(卷),期】2010(37)11
【摘要】5本体着色特种浮法玻璃 5．1国内外研制生产本体着色特种浮法玻璃概当今走俏于国内外汽车和建筑装饰玻璃市场的本体着色特种浮法玻璃及其性能与应用领域倍受人们关注；美国PPG、英国皮尔金顿公司、法国圣戈班和中国各自研制生产的着色浮法玻璃，在国际玻璃市场占据重要地位。
尤其美国PPG公司着色浮法玻璃专利生产的高品质汽车与建筑用着色浮法玻璃，对我国浮法玻璃工业的发展和研制生产着色浮法玻璃产品具有一定参考价值。
【总页数】15页(P29-43)
【关键词】特种玻璃;浮法玻璃工业;美国PPG公司;连载;皮尔金顿公司;玻璃市场;建筑装饰;参考价值
【作者】徐美君
【作者单位】蚌埠玻璃工业设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ171
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2.几种主要特种玻璃简介(连载一) [J], 徐美君
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4.几种主要特种玻璃简介(连载三) [J], 徐美君
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特种玻璃的分类
特种玻璃的分类特种玻璃是一种通过对标准玻璃进行改良、修饰技术制造而成的、具有特殊性质的高科技产品。
特种玻璃的分类方式很多，我在本文中将根据不同标准尽可能详细地阐述一下特种玻璃的分类方式及其应用。
一、按成分分类1、硅酸盐玻璃：硅酸盐玻璃具有较高的热稳定性能和较好的化学稳定性，因此被广泛应用于冶金、化工和建筑行业，如建筑墙体和天花板，化工和冶金用耐酸玻璃容器等。
2、氟硅酸盐玻璃：由于其成分中含有氟化物，因此具有较好的抗侵蚀性能，可用于制造钢铁、冶金和石化等行业的耐蚀设备，如反应釜、炉窑管道等。
3、氧化物玻璃：该种玻璃以氧化物为主要成分，具有较高的熔点和卓越的光学性能，常被用于制造光学透镜、精密仪器、信号器件等。
4、硼硅酸盐玻璃：硼硅酸盐玻璃具有低热膨胀系数和抗热震性能等特点，广泛应用于制造电子器件、太阳能板等高新技术产业。
5、碳化硅玻璃：具有良好的导热性能和高耐蚀性，可以用于炉渣脱碳、真空气相传热、太阳能电池制造等领域。
二、按性能分类1、强化玻璃：通过特殊处理，使玻璃具有更高的强度和抗击碎性能，常用于建筑、车辆、船舶等领域。
2、耐热玻璃：高熔点和低热膨胀系数的碳化硅玻璃和氮化硅玻璃，能够承受极高温度，广泛应用于钢铁冶金、制药化工、航空航天等领域。
3、防火玻璃：通过添加多种化学元素制作出耐高温的透明、耐火防火玻璃，用于建筑、装饰、消防等领域。
4、光学玻璃：具有高透明度、高耐用性、无色、低虹色和耐高温等特点，广泛用于精密仪器、望远镜、摄影器材等领域。
5、电子玻璃：包括导电玻璃、荧光玻璃等，广泛应用于电子信息、平板显示器等领域。
6、环保玻璃：主要包括陶瓷玻璃和磁性玻璃等，具有较低的污染、较好的环保性能和生物相容性，可用于制造医疗器械、环保设备等。
三、按应用分类1、建筑玻璃：主要是指中央空调隔音玻璃、中空隔热玻璃、隔音玻璃、防风玻璃等。
建筑玻璃一般要求透明度高、承重能力强、卓越的安全性能等。
2、汽车玻璃：主要包括挡风玻璃、侧窗玻璃、后视镜玻璃、车灯玻璃等。
几类特种玻璃简介
国内外市场前景
• 国内防火玻璃（以单片防火玻璃为例）其 市场价约在300-900元/m2，国际市场上， 防火能力在60min的单片防火玻璃每平方米 上千元人民币，防火能力达120min的优质 防火玻璃其价位超过1万元人民币，这是一 个巨大而又诱人的潜在的国际大市场。
基板玻璃 激光及微光电子学玻璃
“特种” 和 “普通” 玻璃之间的
区别
• “特种” 和 “普通” 之间没有明显的界限 ,但在玻 璃系统、 应用范围和生产规模上是有区别的。
• 当时所指 “普通” 玻璃主要为以硅酸盐玻璃为基 础的以瓶罐为代表的器皿玻璃、 以窗玻璃为代表 的平板玻璃、 以电灯泡为代表的电真空玻璃和玻 璃钢中的玻璃纤维。
生产工艺概述
• 建筑微晶玻璃生产工艺有两种： • 压延示 • 烧结法
用途及分类简介
• 近年来，微晶玻璃在品种及用途方面仍然 不断地发展，值得注意的有下列三个方面：
• 1.锂辉石微晶玻璃与碳化硅纤维复合材料， 具有很强的增韧效果，在高达1000℃时， 其抗弯强度达到800MPa，将成为航天方面 的新材料。
微晶玻璃概述
• 传统的微晶玻璃中以Li2O-Al2O3-SiO2及 MgO-Al2O3-SiO2系统使用最普遍，前者在 玻璃中形成β锂辉石及β石英固熔体，具有 低膨胀系数 ，可作望远镜及炊具，而结晶 成Li2O-SiO2及Li2O-2SiO2的微晶玻璃可作 光刻玻璃和电子工业基板及掩膜板。镁铝 硅系统析出堇青石为主晶相，这种玻璃具 有良好的高频微波透过和耐高温急变性能， 可作为导弹雷达的天线罩。
溶胶-凝胶及有机-无机材料
• 1.溶胶-凝胶及有机-无机材料概述…… • 2.生产工艺概述………………………
特种玻璃
防辐射玻璃摘要：随着科学技术的发展，防辐射材料的应用领域越来越广，对性能的要求也越来越高。
防辐射玻璃就应运而生。
按防辐射玻璃性质可分为两种：1、普通防辐射玻璃一般才用镍合金丝网技术，屏蔽效果好，但是透光率一般在60%—80%，对视觉感觉还是稍有影响，可分辨颜色为白、红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等，反光率一般小于8%，经过特殊表面强化处理，抗冲击性较强，表面应力大于400MPa。
2、氧化铅玻璃，主要成分为sio2，掺杂PbO，一般含量为20%左右，部分含有三氧化二硼，透光率一般为98%以上，较脆，比重较大。
按玻璃的成分可分为有机防辐射玻璃和无机防辐射玻璃。
防辐射玻璃是将特殊处理的屏蔽丝网夹于两层玻璃或透明树脂之间，主要解决计算机系统与电子设备的电磁信号泄漏及抗电磁干扰；防止军事、政治和经济情报的泄漏。
用于显示器、打印机、绘图仪、指挥仪、雷达显示窗口，还成功地用于办公室，会议室、机房、计算机中心等重要场所的可视窗、屏风。
技术水平国内领先，屏蔽性能在30MHz〜1GHz频率范围内达到80dB以上。
产品功能： 1. 防信息泄漏：有效屏蔽抑制通过窗口的电磁信号，防止信息泄漏及窃密。
2. 防红外线成像：防止远红外成像 , 防止无线远程窃视，防止载波图像还原，有效防止需要保密的工作情景及家居生活情景被窃视、偷拍成像。
3. 抗强电磁辐射干扰：有效抑制来自工作环境周边的电磁波信号干扰 4. 降低噪音产品用途：在民用领域，可以有效解决政府、企业、银行系统、股票证券系统的的信息安全，广泛应用于计算机中心、机房、会议室、机要室、特殊建筑以及各类防电磁泄露工程。
在国防领域，可以有效地防止涉密场所、涉密计算机、涉密房间和车辆的观察窗口的信息泄漏。
广泛应用于国防领域的雷达、方舱通讯车、飞机、军用计算机、仪器仪表、航天工程、自动化系统等方面。
在信息安全技术领域，防信息泄漏屏蔽玻璃是解决可视窗口、显示屏幕、采光屏蔽窗等安全防护关键部位的首选材料。
特种玻璃
1.喷砂玻璃是以水混合金刚砂，高压喷射在玻璃表面，以此对其打磨的一种工艺。
多应用室内隔断、装饰、屏风、浴室、家具、门窗等处，让生活更美妙有情调。
2.压花玻璃又称花纹玻璃或滚花玻璃，一般分为压花玻璃、真空镀膜压花玻璃和彩色膜压花玻璃几类。
单面压花玻璃具有透光而不透视的特点，具有私密性，作为浴室、卫生间门窗玻璃时应注意将其压花面朝外3.防弹玻璃是由玻璃（或有机玻璃）和优质工程塑料经特殊加工得到的一种复合型材料，它通常是透明的材料，通常包括聚碳酸酯纤维层夹在普通玻璃层之中。
4.热弯玻璃[1]是为了满足现代建筑的高品质需求，由优质玻璃加热弯软化，在模具中成型，再经退火制成的曲面玻璃。
样式美观，线条流畅。
它突破了平板玻璃的单一性，使用上更加灵活多样。
适用于鱼缸.餐台.阳台.手机柜台.化妆品柜台.热弯电视柜,门、窗、顶棚、幕墙等不同形状的特殊要求。
可生产中空、夹层等各种复合型热弯玻璃产品，可按客户的要求量身定做。
5.玻璃钢别名玻璃纤维增强塑料，俗称FRP（Fiber Reinforced Plastics），即纤维增强复合塑料。
根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料（GFRP），碳纤维增强复合塑料（CFRP），硼纤维增强复合塑料等。
它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。
纤维增强复合材料是由增强纤维和基体组成。
纤维（或晶须）的直径很小，一般在10μm以下，缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内，是脆性材料，易损伤、断裂和受到腐蚀。
基体相对于纤维来说，强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。
6.有机玻璃（Polymethyl methacrylate）是一种通俗的名称，缩写为PMMA。
此高分子透明材料的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物。
是一种开发较早的重要热塑性塑料。
有机玻璃分为无色透明，有色透明，珠光，压花有机玻璃四种。
特种玻璃-5
（6）石英玻璃：优越的力学、光学和热学性能，化
学稳定性好，能透过紫外线，制造耐高温仪器和杀菌灯 设备。
光学玻璃
石英玻璃
化 学 玻 璃 仪 器
种 类 普通玻璃
特 性 再高温下易软化
用 途 窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等
石英玻璃
光学玻璃 玻璃纤维
膨胀系数小，耐酸碱，强
度大，滤光 透光性能好，有折光和色 散性 不吸水，隔热，吸声，防 蛀虫
两片或两片以上的 玻璃组合，玻璃与 玻璃之间保持一定 的间隔，间隔中是 干燥的空气，周边 用密封材料包裹， 由此加工成中空玻 璃，具有隔热、隔 音、防霜、防结露 等优良性能。
室外侧选用吸热玻璃，室 内侧选用低辐射玻璃。这 种组合为中空节能玻璃的 最佳组合，被工程界美誉 为“绝热玻璃”。在夏季， 低辐射玻璃可以降低空调 负荷；在冬季，可以减少 从温度高的室内向室外的 热辐射，降低暖气的负荷 从而达到最佳的节能效果， 是未来高档建筑玻璃的主 要选择之一。
（2）化学钢化玻璃 利用离子交换法，将玻璃浸入熔融状态的 锂盐中，玻璃表面的钠、钾离子与锂离子发生 交换。由于锂离子的膨胀系数较小，在冷却过 程中，形成内层受拉外层受压的状态。效果类 似于物理钢化。 物理法的玻璃碎片呈圆角，化学法的玻璃 碎片呈尖角；物理法的应力层大于化学法的应 力层，且应力不易松弛。
10. 节能玻璃
(1) 吸热玻璃
吸热玻璃能吸收阳光中大量的辐射热（红外线、 近红外线），同时又能保持良好的透视性。 制作：在普通玻璃中加入一定量的具有吸热性 的着色剂（如氧化亚铁、氧化镍等）；另一种方法 是在玻璃的表面喷涂具有吸热和着色能力的氧化物 薄膜（如氧化锡、氧化锑等）。 应用：用于炎热地区的建筑门窗、玻璃幕墙、 车辆的挡风玻璃、博物馆等。
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成分不均匀性或应力差异引起局部折射率不一样，材质表征称为应力 双折射， 换算成单位间距光程差δ(nm/cm)。
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3.2 颜色滤光玻璃（滤色玻璃）
3.2.1 定义及用途
对光谱具有选择吸收（或能透射）各种 颜色的光学玻璃称为颜色滤光玻璃。由于吸收
某波长，透过光则呈现所吸收波长的补色，又
参与材料复合：金属玻璃、夹层玻璃、玻
璃钢、玻纤增强水泥、微晶玻璃等。
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（4）功能变化： 从单纯的透光、包装材料发展成具有光、 电、磁和声等特性材料;玻璃本身也从单纯 材料发展为元器件;生物玻璃甚至可以修补 替代有机体。
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（5）制备工艺变化：
高温熔融法传统玻璃采用坩埚窑、池窑
（1）具有特定光学常数，一致性好；
（2）高度透明性，高度物化均匀性；
（3）一定化学稳定性、耐热性和机械强度；
（4）原料要求高，特别控制含铁量Fe2O3≤0.005％；
（5）采用单坩埚间歇法和小池炉连续法，精炼用白
金坩埚；
（6）采用精密退火，退火速率最低0.2-1℃／h。
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3.1.4 评价指标
制备,特种玻璃发展为电、高频感应、高压真
空、等离子火焰、激光等手段熔炼。还产生
了气相合成、真空蒸发、溅射、CVD、MOCVD
等气相沉积、双辊急冷、低温合成、高能射
线辐照合成，溶液-凝胶等制备方法。
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2.2 特种玻璃的主要类型
光功能（光学）玻璃
生物功能玻璃 化学功能玻璃 热功能玻璃
Te；化合物CdS、FeS、Sb2S2等 ）
一般先以离子态溶解于玻璃中，经热处理转变成原子态并聚集、长大成
胶体粒子，均匀分散在玻璃中的微小粒子对光的吸收和色散引起对可见光的
吸收而着色，如金红、铜红、银黄等。
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半导体着色（CdS和CdSe混合着色）
其颜色随CdS/CdSe的比例可制取黄、橙、红、深红一系列颜色的玻璃。
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（2）形状变化：
从传统的板、块
状发展至薄膜、纤维， 即从三维发展到二维、 一维。还有纳米空心
和实心玻璃微球等零
维制品。
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3M公司玻璃空心微珠
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（3）玻璃态变化： 从单一均质玻璃结构发展到分相玻璃、乳
浊玻璃、微晶玻璃、泡沫玻璃、空气薄膜玻璃。
红外光学玻璃
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3.1 无色光学玻璃
3.1.1基本概况
钠钙硅酸盐玻璃 轻冕玻璃 （ 钡、锌、硼、磷玻璃） 重冕玻璃 、火石玻璃（铅、铜、 铋、镧）
冕牌玻璃(K)一般作凸透镜，火石玻璃(F)
作凹透镜。
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3.1.2 几种常用的无色光学玻璃
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3.1.3 基本要求
压制法：玻璃毛坯、小型园盒、园片; 吹制法：瓶、罐、酒具;
拉制法：玻璃丝、管、棒、小薄片;
压延法：压花平板玻璃、摊薄玻璃; 浇注法：不规则玻璃毛坯、艺术玻璃; 烧结法：玻璃粉压坯烧结、微晶玻璃; 浮法：平板玻璃生产。
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玻璃的生产
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2. 特种玻璃
2.1 主要特点：
（1）成分变化：a.从纯硅酸盐系统发展到硼酸盐、磷
酸盐、锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐、砷酸盐、铋酸盐、铅 硅酸盐等非硅酸盐氧化物系统；b.从纯氧化物玻璃发 展至卤化物、硫族化物、合金化合物等非氧化物玻璃；
c.不同类型玻璃混合而成的混合玻璃； d.纯无机化合
物玻璃至有机-无机复合玻璃； f.从单纯成分至以元素 周期表中大部分元素为成分的玻璃。
特种玻璃
王海风 whf2008@
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1.玻璃
1.1 什么是玻璃？
玻璃是熔融、冷却、固化后的得到的非结晶无机物。 是一种具有无规则结构的非晶态固体。 ——是来不及结晶的“液体”。
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玻璃结构
无规则网络学说
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微晶学说
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扎哈里亚森(Zachariasen)(1932年)和列别捷夫(А.А.Лебедев)(1921年)
光吸收系数α ：用白光通过玻璃中每cm路程内的透过率T的
自然对数负值表示 。
条纹度：条纹状包裹物。 折射率： n＝c／d ，c、d分别表示光在真空和玻璃中传播速
度。 n=Σniγi ni 为组分i 折射率、γi为组分摩尔数
色散：折射率随波长改变的特性。 光学均匀性和应力双折射 ：
称为颜色玻璃或有色玻璃。 用于光学仪器中作为滤色元件，形成单色
光用于某些仪器，滤去其它光ห้องสมุดไป่ตู้对仪器的干扰。
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CIE 1931 XYZ系统色品图
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3.2.2 分类
（1）按光谱性能分：
截止型颜色滤光玻璃 选择吸收性滤光玻璃 中性暗型滤光玻璃
（在400一700 nm光谱范围内有较均匀吸收的滤光玻璃）
电功能玻璃
磁功能玻机
械功能玻璃
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3. 光学玻璃
基本特性要求： （1）特定光学常数和同批一致性 （2）高度透明性 （3）高度均匀性
（4）一定的化学稳定性
（5）一定的耐热性质及机械性质
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光学玻璃分类
无色光学玻璃
颜色滤光玻璃（滤色玻璃）
原子技术玻璃（耐辐照玻璃及防护玻璃）
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（2）按着色剂分
离子着色（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co 、Ni、Ce、 Pr、Nd等）
过渡元素的化合物，以离子状态存在于玻璃中，它们电子在未填满的3d 轨道中跃迁，并在可见光谱区产生选择性吸收而引起着色。稀土着色是由于 未完全填满的f电子跃迁产生的光谱吸收所致。
胶体着色（ Cu、Ag、Au、Pt；非金属元素S、Se、
1.2 特征
各向同性； 无固定熔点； 亚稳态； 变化可逆； 可
变性（成分与性能依存性变化）。
1.3 原料
主要原料：纯碱、石灰石、石英、硼砂、硼酸、芒
硝、白云石、碳酸钡、铅丹等。
辅助原料：澄清剂、着色剂、脱色剂、乳浊剂、 加速剂等等。
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1.4 加工工艺
原料加工——熔炼——成型——退火
表面着色
在玻璃表面用电浮法或采用热喷涂法涂敷透明、半透明或不透明的颜色 涂层，还可以用印刷或喷涂玻璃色釉等，制成表面着色的颜色玻璃。