玻璃工艺学复习练习题

玻璃工艺学复习练习题

一、解释以下概念

1. 硼反常：碱金属氧化物加入到B2O3玻璃中，使玻璃的结构得到加强，物理

化学性能得到改善。这与碱金属氧化物加入到石英玻璃中的情形恰好相反。这是一种硼反常。 在钠硅玻璃中加入B2O3，玻璃的结构随B2O3增加而逐渐加强，玻璃的性质得到改善。但B2O3的含量超过某数值时，将出现逆转：随着B2O3的增加，玻璃结构逐渐弱化，玻璃的性质逐渐劣化，在玻璃的性质变化曲线上出现极值。这是另一种硼反常。

2. 逆性玻璃: 结构和性质的变化趋势（变化方向）与一般玻璃相反的玻璃。 3. 玻璃的转变温度区间：玻璃从流动性的熔体转变为具有刚性的固体，要经过

一个过渡温度区。这个过渡温度区称为玻璃的转变温度区。 4. 玻璃的热历史：玻璃在转变温度区和退火温度区的经历。

5. 双减效应: 在简单的硅酸盐玻璃系统（R2O-SiO2）中，一种碱金属氧化物被

另一种碱金属氧化物替代时，随着替换量的增加，在性质-成分曲线上，第一类性质会出现极大值或极小值。这种现象称为混合碱效应（或中和效应）。 6. 临界冷却温度: 能生成玻璃的最小冷却速度。 7. 结晶容积分率：晶体体积与熔体体积之比 8. 稳定分相：在液相线以上就存在的分相。

9. 亚稳分相：在液相线以下才开始发生的分相。 10. 不混溶区：玻璃发生分相的组成-温度范围。

11. 均匀成核：在宏观均匀的熔体或玻璃中，没有外来物参与，与相界、缺陷无

关的成核过程。又称本征成核、自发成核。

12. 非均匀成核：依靠相界或基质的缺陷而发生的成核过程。 13. 晶核：具有一定大小能够稳定生长的结晶区域称为晶核。

14. 微晶玻璃：微晶玻璃是通过往玻璃中加入成核剂，再经过热处理、光照射或

化学处理等手段使玻璃均匀析出大量微小晶体所形成的致密的微晶相与玻璃相共存的无机非金属材料。

15. 技术微晶玻璃:：原料为一般的玻璃原料。

16. 矿渣微晶玻璃:：原料是冶金炉渣、固体燃料灰渣和矿渣。

17. 粘度：单位面积流层在单位速度梯度下作相对移动所需克服的内摩擦力。 18. 粘度温度系数：玻璃的粘度温度系数 = 粘度变化/温度变化

=Δη/ΔT 19. 长性玻璃：粘度温度系数小的玻璃称为长性玻璃。 20. 短性玻璃：粘度温度系数大的玻璃称为短性玻璃

21. 表面张力：液体反抗表面胀大的一种收缩力。表面张力在数值上等于恒温恒

容条件下增加一个单位表面积所做的功。

22. 色散：折射率随入射光波长的不同而不同的现象称为色散。 23. 转变温度：粘度为1012.4帕秒的温度

24. 软化温度：粘度为106.5-107.2帕秒的温度范围。 25. 平均色散：? = nF–nc

26. 阿贝数：ν=(nD–1)/(nF–nc)

正常色散：折射率随波长减小而增大，色散随随波长减小而加剧的现象称为

正常色散。

27. 反常色散：光波波长接近玻璃的吸收带时，玻璃的折射率发生急剧变化，吸

收带长波侧的折射率高于短波侧的折射率。这种现象称为反常色散。 28. 原生气泡（一次气泡）：由于澄清不良，残留在玻璃中的气泡，称为原生气

泡或一次气泡，实质上是由过量的气体形成的气相包裹物。 29. 再生气泡（二次气泡）：澄清好的玻璃在冷却过程中，由于温度波动(如重新

加热)，或窑内压力、气氛等条件的改变，破坏了当时已经建立起来的气-液平衡，这样，原来溶于玻璃液中的气体则有可能重新析出形成气泡，这种气泡称为再生气泡或二次气泡。

30. 结石：玻璃中的结晶质夹杂物称为玻璃结石

31. 条纹：条纹呈线条状或纤维状，形状和粗细都不规则，与它周围的玻璃有时

没有明显的界限，故亦称之为玻璃态夹杂物。 32. 疖瘤：疖瘤大多是在高温时形成的液态球滴或球团。由于这部分玻璃的粘度、

表面张力比基体玻璃大，因而易收缩呈圆形或椭圆形。疖瘤也可看成是条纹的前身，由于扩散不充分而造成。

二. 简答题

1. 在Na2O-SiO2玻璃中加入二价金属氧化物，玻璃的化学稳定性将怎样变化？ 既有断网作用，也有积聚作用。

在二元（RO-SiO2）玻璃中，主要起断网作用，使性能劣化。 对碱性氧化物有压制作用。在碱硅玻璃中加入二价金属氧化物能使性能改善。

玻璃的密度、折射率等性质随二价金属离子半径大小而变化。 2. 在Na2O-SiO2玻璃中加入B2O3，玻璃的结构将如何变化？

在钠硅玻璃中加入B2O3，玻璃的结构随B2O3增加而逐渐加强，玻璃的性质得到改善。但B2O3的含量超过某数值时，将出现逆转：随着B2O3的增加，玻璃结构逐渐弱化，玻璃的性质逐渐劣化，在玻璃的性质变化曲线上出现极值。 3. 判断玻璃生成能力的三个动力学指标是什么？

1.在熔点Tm附近熔体的粘度大小 粘度大，容易生成玻璃

2. Tg/Tm比值的大小

Tg/Tm比值大，容易生成玻璃

3. 临界冷却速度

临界冷却速度越小，越容易生成玻璃

4. 将氧化物划分为玻璃生成体、网络外体和中间体化合物的依据是什么？ 用单键强度来衡量不同氧化物生成玻璃的能力。 5. 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。 6. 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。 7. 为什么玻璃在成型过程中一般不容易析晶，在后期的热处理过程中却容易析

晶？

8. 设计玻璃的成分时，为何要在共结线（点）附近选择成分点？ 从降低熔制温度和防止析晶的角度考虑，应在共结点或共结线上或其附近选择玻璃的组成点。

9. 用非惰性气体型阳离子取代惰性气体型阳离子，硅酸盐玻璃的粘度将如何变

化？

用非惰性气体型阳离子取代惰性气体型阳离子可以降低玻璃的粘度。 因为非惰性气体型阳离子的极化力大于惰性气体型阳离子。

10. B-O的单键强度高于Si-O，为什么B-O玻璃的粘度却低于Si-O玻璃？ 这是由于[SiO4]四面体的对称性高于[BO3]三角体和[PO4]四面体的缘故。 11. 哪些组分能提高玻璃液的表面张力？

Al2O3、La2O3、CaO、 MgO能提高表面张力。

12. 什么组分用量很少就能显著降低玻璃液的表面张力？

Cr2O3、V2O5、MoO3、WO3等加入量不多也能显著降低表面张力。 13. 玻璃的实际强度为何远远低于理论强度？

玻璃的实际强度之所以比理论强度低得多，是因为玻璃的脆性和玻璃存在缺陷、微裂纹和不均匀区的缘故。

14. 玻璃抗热震性能的高低主要决定于什么？ （一）玻璃的化学组成 （二）玻璃分相

（三）玻璃中的缺陷 （四）玻璃表面微裂纹 （五）活性介质 （六）温度 （七）应力

（八）加荷时间

15. 玻璃呈色的原因是什么？

玻璃中的着色剂对可见光的选择性吸收和选择性散射是玻璃呈色的根本原因。 16. 影响离子着色的因素有哪些？

着色离子的种类 着色离子不同所着的颜色不同 着色离子的价态 离子价态不同所着的颜色不同 着色离子的配位状态 配位状态不同所着颜色不同 基础玻璃的组成 基础玻璃不同所着的颜色不同 制造工艺 玻璃的热历史也会影响离子着色。 17. 玻璃生产中为何要使用澄清剂？

其重要作用是驱除气泡。原理是使气泡体积增大，使气泡上升速度加快。 18. 玻璃生产中为何要使用碎玻璃？

在玻璃生产中合理使用碎玻璃，不但可以利用废物，还能加速玻璃的熔制过程，降低热耗，提高产量，从而降低玻璃的生产成本。 19. 硅酸盐玻璃的熔制包括那几个阶段？

硅酸盐的形成、玻璃液的形成、玻璃液的澄清、玻璃液的均化、玻璃液的冷却 20. 消除玻璃液中可见气泡有哪两种办法？这两种办法分别在什么时候用？ 1. 使气泡漂浮出玻璃液表面而消失。 2. 使气泡中的气体溶解于玻璃中而消失。

在玻璃生产实践中，这两种方法都会采用。澄清的前期，一般采用第一种方法。因为此时玻璃液中的气体较多，气泡较大，气泡容易浮出液面。澄清后期，一般采用第二种方法。因为澄清后期玻璃液中的气体较少，气泡较小，气泡很难浮出液面。

21. 采用什么措施可以加快玻璃液中气泡的上升速度？ 使玻璃液中的气泡增大 提高玻璃液的温度

22. 采用什么措施可以提高玻璃液气泡中的气体压力？ 降低玻璃液的温度一方面可以使气泡变小； 另一方面，可以提高玻璃液的表面张力。 这两方面的作用均会使气泡中的气体压力增大。 23. 影响玻璃液均化的因素有哪些？ 一）玻璃液的粘度 η↓ ，D↑

（二）玻璃液的表面张力 σ↓ ，D↑

（三）条纹与玻璃液的接触面积 S↑ ，D↑ （四）玻璃液的温度 T↑，D↑ （五）玻璃液的流动

24. 如何提高玻璃液的均化速度？ 1. 保持较高的均化温度 2. 搅拌玻璃液

3. 合理控制玻璃液的流动

25. 产生二次气泡的可能原因有哪些？

（一）以化学结合态存在于玻璃液中的气体，由于化学分解释放出来，造成过饱和。（二）溶解在玻璃液中的气体因过饱和而析出（三）冷却阶段温度波动造成温度回升（四）某些玻璃液的表面张力具有正温度系数。冷却过程中因表面张力下降而使玻璃液中微气泡的气压降低，从而使溶解在玻璃液中的气体向气泡扩

散，使气泡长大成为可见气泡。 （五）玻璃液与耐火材料反应放出气体。（六） 电化学反应

26. 如何防止二次气泡的产生？

1. 防止温度回升。 2. 根据玻璃化学成分采用适当的冷却速度。 铅玻璃可以慢冷，重钡玻璃要快冷。 3. 延长熔化时间，使碳酸盐、硫酸

盐充分分解，使CO2、SO2、SO3尽量排除，减少以化学形式存在的气体。 4. 澄清阶段让气体尽可能充分排出，减少溶解在玻璃液中的气体。 27. 机械成型的供料方式有哪几种？ 液流供料、真空吸料、滴料供料

28. 生产瓶罐玻璃一般采用什么成型方法？

29. 目前最先进的平板玻璃成型方法是什么？ 浮法成型

30. 生产夹丝玻璃一般采用什么成型方法？ 连续辊间压延法成型。

31. 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。 32. 退火要消除的是那种应力？

玻璃退火过程中要消除的热应力是永久热应力。 33. 玻璃中的缺陷有哪些？ 气泡、条纹、疖瘤、结石

34. 玻璃中的结石按成因不同可分为哪几种？

熔化残留结晶物（粉料结石、耐火材料结石）；化学反应生成物；玻璃熔体析晶物（析晶结石）。

三、下列说法是否正确？

1. SiO2含量越高，玻璃的化学稳定性越好。

2. 碱金属氧化物含量越高，玻璃的化学稳定性越差。 错

Li+离子场强较大，主要起积聚作用。用它取代K+、Na+离子可提高玻璃的化学稳定性

3. 含两种碱金属氧化物的玻璃的化学稳定性比只含一种碱金属氧化物的玻璃低。

4. 在钠硅玻璃中加入的B2O3越多玻璃的耐水性越好。

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