玻璃工艺学讲课用
《玻璃工艺学》教学大纲
《玻璃工艺学》课程教学大纲英文名称: Glasses Technology课程编码:E014404课内教学时数：80学时,其中课堂授课64学时，实验16学时。
学分：5学分；适用专业：无机非金属材料工程本科开课单位：应用化学与环境工程系撰写人：王秋芹审核人：制定（或修订）时间：2014年8月一、课程的性质和任务玻璃工艺学是无机非金属材料专业的主要专业选修课程之一。
本课程旨在使学生掌握玻璃工艺的同时，培养学生实践能力，培养自学、讲解、协作和分析的综合能力。
要求学习本课程前应修完普通物理、材料物理、普通化学、材料科学基础、材料制备技术、无机材料化学、玻璃与非晶态材料等课程。
开设这门课的目的是让学生了解玻璃的种类、结构特点、基本性能、原料组成和制备工艺,了解玻璃在各个领域的应用现状和发展趋势.通过这门课的学习使学生对玻璃的性能和生产工艺过程有一个初步的掌握。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点第一单元玻璃的定义与结构㈠基本要求了解玻璃的发展历史，玻璃的发展前景，玻璃的通性，玻璃的结构理论，掌握玻璃组成、结构与性能之间的关系。
了解玻璃结构的研究方法.㈡教学重点玻璃的结构理论㈢教学难点玻璃组成、结构与性能之间的关系㈣教学内容1、玻璃的定义2、玻璃的通性3、玻璃的结构（1）玻璃的结构理论（2）传统玻璃结构（3）重金属玻璃结构（4）非氧化物玻璃的结构（5)金属玻璃的结构（6）有机玻璃的结构。
4、玻璃组成、结构与性能之间的关系（1）玻璃的阳离子分类(2)玻璃组成对结构的影响（3）结构对性质的影响。
5、玻璃结构的研究方法第二单元玻璃的形成与规律㈠基本要求通过本章的教学使学生了解玻璃形成方法，初步了解各种氧化物在玻璃熔体中的作用，理解玻璃的类型及结构学说，掌握玻璃的生成规律及玻璃成分、结构和性能之间的关系，领会玻璃的生成规律。
㈡教学重点玻璃的类型及结构学说。
㈢教学难点玻璃形成的动力学，热力学。
㈣教学内容1、玻璃形成物资（1）结晶化学理论（2)氧化物在玻璃中的作用2、玻璃形成方法（1)熔体冷却法(2)气相制备技术（3）液相制备技术（4）固相制备技术。
玻璃工艺学讲课用
如防弹玻璃、防火玻璃等，用于提供安全防护功能。
汽车玻璃
1 2
风挡玻璃
提供驾驶员前方视野，同时承受风阻和冲击。
车窗玻璃
车窗玻璃需具备高透光性、抗冲击性和隔热性 能。
3
灯光玻璃
用于车头灯和尾灯，要求具有高透射性和耐候 性。
光学玻璃
镜头玻璃
用于制造相机、望远镜等仪器的镜头，要求具有高透光性、折射率等特性。
玻璃在各时期的应用
古代玻璃的应用
中世纪玻璃的应用
在古代，玻璃主要用于制作装饰品、 器皿等。例如，古埃及人用玻璃制作 了各种珠子、镜子等装饰品，而罗马 人则用玻璃制作了窗户、水壶等器皿 。
中世纪时期，玻璃的应用范围进一步 扩大，被广泛用于建筑、眼镜等领域 。例如，威尼斯的眼镜制造工艺在当 时非常发达，很多学者和医生都使用 这种眼镜。
玻璃的成型与退火
成型工艺
通过吹制、压延、拉制等 成型工艺，将玻璃液态转 化为各种形状和尺寸的制 品。
退火
为了消除玻璃制品内部的 热应力，将制品缓慢冷却 至室温，以避免裂纹和变 形。
加工与修饰
对成型后的玻璃制品进行 切割、磨削、钻孔等加工 操作，以满足不同应用需 求。
特殊玻璃的制造工艺
特种玻璃
如光导纤维、激光晶体等具有 特殊光学、机械和化学性能的
以上内容是关于玻璃工艺学中的基本性 质，希望能帮助您更好地理解这门学科 。
夹层玻璃由两层或多层玻璃板组成，具 有较好的抗冲击性能和隔热性能。
普通玻璃具有较高的透光性和良好的隔 热性能，但强度较低。
钢化玻璃经过高温处理，强度较高，但 易碎。
03
玻璃的制造工艺
玻璃的原料及配料
硅酸盐矿物
玻璃工艺学课件
玻璃工艺学课件玻璃工艺学课件玻璃工艺学是一门研究玻璃制造和加工技术的学科，它涵盖了从原材料选择到成品制作的各个环节。
在这门课程中，学生将学习到关于玻璃的物理性质、化学组成以及各种加工技术等知识。
本文将介绍一些关于玻璃工艺学的重要内容。
1. 玻璃的基本知识玻璃是一种非晶态的无机物质，由硅酸盐和其他氧化物组成。
它的主要成分是二氧化硅（SiO2），但也可以添加其他元素来改变其性质。
玻璃的制造过程通常包括原料的配比、熔化、成型和退火等步骤。
了解玻璃的基本知识对于理解其加工技术至关重要。
2. 玻璃的成型技术玻璃的成型技术是玻璃工艺学中的重要内容之一。
常见的成型技术包括吹制、拉伸、压制和注塑等。
吹制是一种常用的玻璃成型技术，通过将玻璃坯料加热至可塑状态后，利用吹气的方式将其吹制成所需的形状。
拉伸是一种将玻璃坯料拉伸成细丝或薄片的技术，常用于光纤制造。
压制是一种利用模具将玻璃坯料压制成所需形状的技术，常用于制作玻璃容器。
注塑是一种将熔融的玻璃注入模具中成型的技术，常用于制作复杂形状的玻璃制品。
3. 玻璃的装饰技术玻璃装饰技术是玻璃工艺学中的另一个重要内容。
玻璃装饰可以通过各种方式实现，如烧花、烤彩、贴花、雕刻等。
烧花是一种将花纹或图案烧制在玻璃表面的技术，常用于制作玻璃器皿。
烤彩是一种将彩色颜料烤制在玻璃表面的技术，常用于制作彩色玻璃窗。
贴花是一种将花纹或图案贴在玻璃表面的技术，常用于制作玻璃饰品。
雕刻是一种利用工具将玻璃表面进行雕刻的技术，常用于制作玻璃雕塑。
4. 玻璃的热处理技术热处理是玻璃工艺学中的重要分支之一。
热处理可以改变玻璃的物理性质，如增加其强度和耐热性。
常见的热处理技术包括钢化、淬火和退火等。
钢化是一种将玻璃加热至高温后迅速冷却的技术，使其表面形成压应力，提高其强度和耐冲击性。
淬火是一种将玻璃加热至高温后迅速冷却的技术，使其整体形成压应力，提高其耐热性。
退火是一种将玻璃加热至适当温度后缓慢冷却的技术，以消除内部应力和改善玻璃的物理性质。
玻璃工艺学PPT课件
图2～1 玻璃体系内能随温度变化图
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三、无固定熔点
• 由于玻璃形成过程中由熔体向固体转变是在一定的温度范围内进行的，所以 其熔化过程也是在一定的温度范围内而不是某一温度点。
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四、性质变化的连续性和可逆性
• 决定于其形成过程。 第10页/共168页
• 适 用 范 围 ： SiO2=1mol, Na2O=0.15～ 0.2 mol, CaO=0.12～0.2 mol, MgO=0～
0.0511mol, Al O第=24页0/共.01608页15～0.073 mol,
第四节 玻璃的表面张力
第25页Байду номын сангаас共168页
一、定义
• 表面张力时指玻璃与另一相接触的相分界面上（空气、锡液等）在恒温、恒 容条件下增加一个单位表面时所作的功。单位：N/m或J/m2。
910.8 6
815.8 9
762.5 0
720.8 0
683.8 0
632.9
0
603.4
0
第23页/共168页651.5
以1% MgO代替 CaO引起温度升
高
9.0 6.0 5.0 3.5 2.6 1.4 1.0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
• 2．富切尔法：
• T=T0+B/(lgη+A) • 其中A、B、T0可根据玻璃中各氧化物含
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• 3．碱对玻璃的侵蚀：Si-（OH）4+ NaOH==[Si（OH）30]-Na+（硅酸钠） +H2O 可破坏玻璃中的Si-O键，从而腐蚀严重。
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• 4．大气对玻璃的侵蚀：薄膜。是H2O、CO2、SO2的综合侵蚀，可形成SiOH薄膜。
教学课件 玻璃工艺学
1.3 单元系统玻璃
1.3.2 氧化硼玻璃结构
• 由硼氧三角体[BO3]组成， [BO3]是平面三 角形结构单元；
• B-O键是极性共价键，其共价键占56%，键 强119cal/mol，[BO3]正负电荷重心重合，不带 极性；
• 低温时，该玻璃结构由桥氧连接的硼氧三角 体和硼氧三元环形成向空间发展的层状网络， 而较高温度形成链状结构。图1－8
1.3 单元系统玻璃
层状
链状
图1-8 B2O3玻璃在不同温度下的结构模型
硼
氧
1.3 单元系统玻璃
层状结构特点：分子间引力（范德华力） 单组分硼氧玻璃性能表现：
软化点低（约450℃），化学稳定性差， 热膨胀系数大，没实用价值。
1.3 单元系统玻璃
1.3.3 五氧化二磷玻璃结构
• 基本结构单元是磷氧四面体 [PO4]，有一个键能较高的双键；
♥ 围绕一个阳离子A的氧离子数为3－4个
♥ 网络中这些氧多面体以顶角相连
♥ 每个多面体中至少有3个氧离子与相邻的
多面体形成三维空间发展的无规则连续 网络
1.2 玻璃结构
B2O3 SiO2 GeO2 P2O5 V2O5 Ta2O5 As2O5 Sb2O5
能形成玻璃，所组成的多面体为网络的结构单元。 未能满足上述条件的氧化物（R2O和RO)只能作 为网络外体，处于网络之外，填充在网络的空隙 中。
玻璃结构：玻璃内部微观质点聚积和连接方式。
石英玻璃结构
•仅由SiO2组成，基本结构单元硅氧四面体[SiO4]; •硅原子位于四面体的中心，氧原子位于四面体的
顶角；
•O-Si-O键角120-180°，Si-O键是极性共价健，键 强大，离子与共价各占50%；
玻璃工艺学讲义
假想温度：
在转变温度区间内，某一温度下，玻璃熔体 有对应于该温度的平衡结构。
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2、玻璃转变的影响因素 （1）玻璃的热历史（热处理过程）
指玻璃从高温液态冷却，通过转变温度 区域和退火温度区域的经历。
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热历史对玻璃热谱的影响
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热历史对玻璃达到平衡结构的速度的影响
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2、阳离子配位状态的影响
① 一价碱金属离子R+ ② 二价碱土金属氧化物RO ③ 场强大的阳离子
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双碱效应（混合碱效应、中和效应）： 在硅酸盐熔体或玻璃中，R2O总量不变，
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光学玻璃：用于生产显微镜、望远镜、照相 机等各种复杂的光学仪器。
试验用具：化学仪器、温度计等。 玻璃纤维：以及与各种树脂制成的玻璃钢。
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五、玻璃的基础研究
玻璃的结构 玻璃的形成、分相与析晶 功能玻璃的能量转换与失效机理 有机无机材料（有机改性硅酸盐）
集中于穆兰诺岛 ； 1615年——英国汤姆以煤炭为燃料的坩埚熔制技术 ； 1675年——英国人拉文斯克罗夫制成含氧化铅的火石玻璃
（中国战国时期出现铅钡玻璃） ； 1688年——法国人路易发明浇铸法 ；
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1790年——瑞士人发明搅拌法； 1881年——德国人阿贝和肖特合作研究光学玻璃，奠定了
什么是玻璃？ 1、无定形固体 2、无机熔融物 3、物理化学观点：凝固的过冷液体 4、无机非晶态固体中最重要的一族，其 结构特点是近程有序、远程无序
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玻璃的定义：
玻璃是熔融、冷却、固化的非结晶（在特 定条件下也可能成为晶态）无机物。
玻璃生产工艺讲课讲稿
铜红盘
金红玻璃
3．化合物着色剂
硒与硫化镉：常用原料有金属硒粉、硫化镉、硒化镉。 单体硒使玻璃着成肉红色；CdSe着成红色；CdS使玻 璃着成黄色；Se与CdS的不同比例可使玻璃着成由黄 到红的系列颜色。
镉红-镉黄玻璃棒
硒镉黄
3、选用设备： 砂岩——颚式破碎机、对辊、自磨机等； 石灰石、白云石——颚式破碎机、锤式破碎
机、反击式破碎机等； 长石——颚式破碎机、反击式破碎机等； 纯碱、芒硝——笼形碾等。 （二）选择流程： 1、间歇破碎 2、开路破碎 3、闭路破碎
三、原料的筛分
（一）筛分作用：控制物料粒度 （二）筛分设备
1、六角筛
失重微机配料控制系统
PCS型电子自动配料秤
自动化程度高， 称量速度快，价 格较高
（2）台秤
自动化程度低， 称量速度慢， 价格相对便宜
（三）混合
1、混合机理
对流混合 扩散混合 剪切混合 2、混合设备
目前浮法玻璃生产企业更多用艾立 赫式混合机，不仅机内桨叶转动，混 合机下底盘也转动，使物料运动轨迹 更加复杂，混合效果更好。
3、颗粒组成：通常颗粒度越细，其铝铁含量也越大，玻璃生 产要求的粒径应在0.15～O.8mm之间。
4、矿物组成：与其伴生的无害矿物有长石、高岭石、白云石、 方解石等；与其伴生的有害矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、 钛铁矿等。
（二）砂岩
是由石英颗粒和粘性物质在地质高压下胶结而成的坚实致密 的岩石。根据粘性物质的性质可分为粘土质砂岩、长石质 砂岩和钙质砂岩。所以砂岩成分不仅取决于石英颗粒，而 且与粘性物质的种类和含量有关。砂岩中的有害杂质是氧 化铁。
玻璃工艺学第三章PPT课件
用于微晶玻璃的成核剂：
贵金属盐类 Au、Ag、Cu、Pt、Rh 氧化物 TiO2、P2O5、ZrO2、Cr2O3 氟化物 氟化钙（CaF2）、冰晶石（Na3AlF6）、 氟硅
化钠（Na2SiF6）、 氟化镁（MgF2）
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3.2.2 晶体生长 晶体生长速度取决于物质扩散到晶核表面的速度和
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问答环节
Q|A 您的问题是？ ——善于提问,勤于思考 35
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成核分相： ➢由于核的形成局部地区由平均浓度C0降至Ca，同时出 现一个浓度为Ca´的“核胚”。 ➢是一种由高浓度C0向低浓度Ca的正扩散。 ➢起始浓度变化程度大，而涉及的空间范围小。 ➢第二相成分不随时间而变化，分相析出的第二相始终 有显著的界面。
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两种不同分相结构
旋节分解分相 连通结构
体积自由能的减小； 界面自由能的增加。
G3 4r3GV4r2
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ΔG与r的关系
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3.2.12 非均匀成核 非均匀成核理论是在微晶玻璃的研制过程中发展和
充实起来的，又反过来指导微晶玻璃的发展。 有控制的析晶或诱导析晶是制造微晶玻璃的基础。 适当选择玻璃成分、成核剂、热处理制度，就可能
有意识地控制玻璃成核和晶体长大，获得一系列性 能优异的微晶玻璃。
有关。
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3.1.5.2对玻璃析晶的影响 为成核提供界面 分相增加了相之间的界面，成核总是优先产生于 相的界面上。 分散相具有高的原子迁移率 分相导致两液相之一具有较母相明显大的原子迁 移率，高的迁移率能够促进成核。 使成核剂组分富集于一相
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3.1.5.3对玻璃着色的影响 含有过渡元素（如Fe、Co、Ni、Cu）的玻璃， 在分相过程中，过渡元素几乎全部富集在微相 （高碱相或碱硼相）液滴中，而不是在基体玻璃 中。
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镀膜玻璃的生产方法很多，主要有真空磁控溅射法、 真空蒸发法、化学气相沉积法以及溶胶—凝胶法等。 磁控溅射镀膜玻璃利用磁控溅射技术可以设计制造多 层复杂膜系，可在白色的玻璃基片上镀出多种颜色， 膜层的耐腐蚀和耐磨性能较好，是目前生产和使用最 多的产品之一。化学气相沉积法是在浮法玻璃生产线 上通入反应气体在灼热的玻璃表面分解，均匀地沉积 在玻璃表面形成镀膜玻璃。该方法的特点是设备投入 少、易调控，产品成本低、化学稳定性好，可进行热 加工，是目前最有发展前途的生产方法之一。
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玻璃工艺学
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浮法玻璃
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•微晶玻璃
微晶玻璃Leabharlann 普通玻璃微晶和玻璃相
成核剂 玻璃相
特点：膨胀系数变化范围大;机械强度 高;良好的电绝缘性;化学及热稳定性 高;使用温度高;耐磨性高;增强光泽度 的持久性。 晶体尺寸:10nm-103nm 数量:50％～90％
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成绩考核方式和考察及格标准
笔试考核：90分 平时成绩：10分
对学习本课程的要求
(1) 认真听课，记好笔记 (2) 及时复习 (3) 独立完成作业
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主要讲述内容
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
玻璃结构和性质 玻璃原料及配合料制备 玻璃熔制 玻璃成型 玻璃的退火与淬火 玻璃的深加工
*其它品种
玻璃化方法 (glassification method)
1.固体（晶体）直接玻璃化——无定形固体 2.经液相玻璃化——玻璃 3.由气相制玻璃——无定形薄膜
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品种
浮法玻璃 1)具有特殊的光彩和亮度,超过普通抛光平板
玻璃。 2)两面非常平,反射和透射时不变形。 3)平稳而连续不断的制造出来。 应用:建筑,镜面等板材.
所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻 璃韧性强。
置备微晶玻璃首先要把原材料按照比例配好， 放到窑炉里烧熔，等全部融化之后，把熔液倒 在冰冷的铁板上，这叫做淬火，淬火之后，原 料已经变成了一块晶莹的玻璃，这一步是烧结 的过程。现在，我们把玻璃捣碎，装入模具， 抹平，再次放入窑炉，这次煅烧使它的原子排 列规则化，是从普通玻璃到微晶玻璃的过程。
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微晶玻璃
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微晶玻璃（CRYSTOE and NEOPARIES）
又称微晶玉石或陶瓷玻璃。是综合玻璃，是一种外国 刚刚开发的新型的建筑材料，它的学名叫做玻璃水晶 。微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同。它具 有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列 是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶 玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子 排列是有规律的。
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绪论
玻璃的历史
公元前3500年古埃及-绿色玻璃珠饰品-不透明 公元1世纪初古罗马-吹制花瓶-透明 中世纪，意大利，威尼斯（姆拉诺岛）-精品
16世纪到欧洲-18世纪捷克（厚壁，无色透明）
1790年法国化学家卢布兰-碱灰制造法，降低玻璃生产成本
1828年，法国罗宾，吹制玻璃瓶机器；20世纪初英国欧文斯 玻璃瓶自动成型机，2500个/小时啤酒瓶
钢化玻璃
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钢化玻璃
属于安全玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为 提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法，在玻璃 表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力 ，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒 暑性，冲击性等。 就是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到 接近软化点的700度左右，再进行快速均匀的冷却而得 到钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力，而内部则形 成张应力，使玻璃的抗弯和抗冲击强度得以提高，其 强度约是普通退火玻璃的四倍以上。已钢化处理好的 钢化玻璃，不能再作任何加工或受破损，否则就会“ 粉身碎骨”。
玻璃工艺学
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镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层 金属、合金或金属化合物薄膜，以改变 玻璃的光学性能，满足某种特定要求。 镀膜玻璃按产品的不同特性，可分为以 下几类：热反射玻璃、低辐射玻璃（ Low-E）、导电膜玻璃等。
热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或 多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化 合物组成的薄膜，使产品呈丰富的色彩 ，对于可见光有适当的透射率，对红外 线有较高的反射率，对紫外线有较高吸 收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主 要用于建筑和玻璃幕墙；
低辐射玻璃是在玻璃表面镀由多层银、铜或锡 等金属或其化合物组成的薄膜系，产品对可见 光有较高的透射率，对红外线有很高的反射率 ，具有良好的隔热性能，主要用于建筑和汽车 、船舶等交通工具，由于膜层强度较差，一般 都制成中空玻璃使用；
导电膜玻璃是在玻璃表面涂敷氧化铟锡等导电 薄膜，可用于玻璃的加热、除霜、除雾以及用 作液晶显示屏等；
安全性 高强度 热稳定性 不能切割和加工 在温差变化大时有自爆的可能性 表面存在凸凹不平的现象
防弹玻璃
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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。
镀膜玻璃
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热稳定性
温差760℃，安全耐温1000℃
防火玻璃
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是采用物理与化学的方法，对浮法玻璃进行处 理而得到的。在1000℃火焰冲击下能保持 (84~183)min不炸裂，从而有效地阻止火焰与烟 雾的蔓延。
复合防火玻璃（水溶性无机防火胶）
单片防火玻璃（硼硅酸盐玻璃、铯钾防火玻璃）
1873比利时弗克拉板机-平板玻璃
1903 压延法（亨利福特法）
1957英国浮法成型（匹尔金顿PB法）
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中国玻璃
历史悠久 近3000年历史,青铜冶炼技术，平板玻璃产量 23年占世界第一,约占50%。 种类:平板玻璃:器皿玻璃=4:10 1971年,浮法玻璃生产线,相继出现了激光、微晶、半导 体、光敏等玻璃. 工艺：原始吹制法,压制法,平拉法,浮法; 超速冷却法,气相凝聚,液相析出法,固相热解法,晶体能泵 入法,溶胶－凝胶法