玻璃工艺学复习练习题(2)

5. 退火玻璃的化学稳定性比淬火玻璃差。

6. Na2O-B2O3-SiO2玻璃分相时，若富钠硼相呈滴状结构，则会降低玻璃的化学稳定性。

7. 玻璃中分布不均匀的残余应力，会大大降低玻璃的强度。

8. 玻璃中分布均匀且有规则的内应力会提高玻璃的强度。

9. 用原子序数较大的碱金属元素取代原子序数较小的碱金属元素，玻璃的密度一定会提高。

10. 用原子序数较大的碱金属元素取代原子序数较小的碱金属元素，玻璃的折射率一定会降低。

11. 物理脱色剂是一种着色剂。

对

12. 一般采用的退火温度比最高退火温度低20-30℃。 对

四、论述题

1. 试述引入SiO2的原料和SiO2在玻璃中的作用。 原料种类：石英砂*、石英砂岩、石英岩等。 质量要求：SiO2＞98% Fe2O3＜0.2-0.01%

Cr2O3＜0.001% TiO2< 0.1% 石英砂粒度在0.15-0.8mm之间最好 作用：构成玻璃的骨架；

降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的抗热震性； 提高玻璃的化学稳定性；

提高玻璃的软化温度、粘度和耐热性； 提高玻璃的硬度、机械强度； 提高玻璃透紫外光的能力。

但SiO2含量高则熔制温度高，并可能导致析晶。 2. 试述引入B2O3的原料和B2O3在玻璃中的作用。 硼砂*（Na2B4O7·10H2O） 硼酸（H3BO3 ）

含硼矿物：硼镁石（2MgO·B2O3·H2O） 钠硼解石（NaCaB5O9·8H2O）

硅钙硼石[Ca2B2(SiO4)2(OH)]

作用：在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体共同组成网络；

降低玻璃的热膨胀系数；

增大玻璃的折射率，改善玻璃的光泽； 提高玻璃的机械性能； 高温降粘，低温增粘；

助熔，加快玻璃液的形成；

加快玻璃液的澄清；降低玻璃的析晶能力。

但B2O3含量过高，玻璃的热膨胀系数反而增大。

3. 述引入Al2O3的原料和Al2O3在玻璃中的作用。 长石* 粘土 蜡石 氧化铝 氢氧化铝 作用：提高玻璃的粘度

降低玻璃的析晶倾向； 提高玻璃的化学稳定性； 提高玻璃的热稳定性；

提高玻璃的机械强度、硬度； 提高玻璃的折射率；

减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。

4. 试述引入Na2O的原料和Na2O在玻璃中的作用。 纯碱* 芒硝 长石 氢氧化钠 硝酸钠

一般是用纯碱引入Na2O。芒硝价格便宜，但芒硝引入Na2O的同时会引入SO3。 SO3在玻璃中的溶解度很小，多了会造成环境污染。而且，芒硝要到1400℃才能分解。这将使玻璃的熔制温度和能耗提高，也给池窑设计带来困难。此外，未分解的Na2SO4留在玻璃液表面，形成硝水（又称碱水），会加速对耐火材料的侵蚀。 作用：降低玻璃的熔制温度；

降低玻璃的粘度；

提高玻璃的热膨胀系数； 降低玻璃的抗热震性； 降低玻璃的化学稳定性； 降低玻璃的机械强度。

其用量一般不能超过18%。

5. 试述引入CaO的原料和CaO在玻璃中的作用。 石灰石* 方解石 白垩 沉淀碳酸钙 作用：提高玻璃的化学稳定性；

提高玻璃的机械强度； 降低玻璃的高温粘度； 促进玻璃的熔化和澄清；

温度降低时，粘度增加很快，给成型带来困难。 含量太高会增大玻璃的析晶倾向，并使玻璃发脆。 一般玻璃中CaO的含量不超过12.5%。

6. 试述玻璃成分设计的原则 （一）满足玻璃的使用性能要求

设计玻璃成分时，首先要考虑使用性能要求。要保证按设计的成分

生产出来的玻璃能满足使用时的所有性能要求。

例：要求玻璃的热膨胀系数≤5×10-7/℃，就只能选SiO2作为玻璃形成体。

（二）能形成玻璃，析晶倾向小

设计玻璃成分时，要参考有关的相图和玻璃形成图。 根据玻璃形成图选择成分点时，要避开析晶区，在玻璃形成区内选点。 利用相图选择成分点时，应把成分点选在相图的共结点或共结线附近。

设计的成分尽可能是多元的。 此外，还要避开玻璃分相区。 （三）满足生产工艺要求

设计玻璃成分时，要考虑玻璃在熔制、成型、加工过程中的实际情况和可行性。保证按设计的玻璃成分能安全、顺利、高效地进行生产。

比如，在实验室，可以在1800℃将石英熔制成玻璃。但在工厂生产中，燃料、窑炉等设备都跟不上。 （四）价格低廉，原料易得

在保证上述要求得到满足的前提下，尽量选用价格较低、质量稳定、容易获得的原料，以降低玻璃的生产成本，提高产品的竞争力。 （五）绿色环保

尽量使用对环境没有污染的原料。 7. 试画一个框图，说明玻璃成分设计的一般过程。

8. 试述玻璃配合料的质量要求。 一. 配比正确，成分稳定

正确计算原料配比；准确称量；保持原料的化学成分、水分和粒度稳定；若原料的成分和含水量发生变化，要及时调整配方。 二. 含水量适当

配合料的含水量一般为3-5%。

在配合料混合时要加入一定量的水。其作用有三：

一是在硅质原料的表面形成水膜，使部分纯碱和芒硝粘附其上，

以加快石英的熔化。二是减少混合时配合料的分层，使配合料容易混匀。三是减少配合料在混合、输送和往炉中加料时的分层和粉料飞扬，减少因飞扬造成的组分损失和环境污染以及因分层造成的成分不均。 三. 气体率适当

为了使玻璃容易澄清和均化，配合料中必须含有一定数量能在高温时放出气体的原料，如碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、硼酸、氢氧化铝等。 气体率 = (逸出的气体量/配合料的重量)×100%

Na-Ca-Si玻璃的气体率为15～20％，过高会引起玻璃起泡；过低则不易澄清。

硼硅酸盐玻璃的气体率一般为9～15％。 四. 混合要均匀

配合料混合不均匀会造成熔化的不均匀。难熔物较多的地方熔化较慢，容易产生结石、条纹、气泡等缺陷。易熔物较多的地方熔化较快 ，耐火材料容易被侵蚀，侵蚀下来的耐火材料使玻璃液的成分更加不均匀。 9. 试述玻璃配合料的制备过程。

原料的加工处理:一. 原料的干燥；二. 原料的破碎；三. 原料过筛；四. 原料除铁

配合料的混合：配合料的加料量：一般是混合设备容积的30～50％，加水量与加水方式： 配合料的含水量为3～5％。用定量喷水器将水喷到石英砂表面使之润湿。加料顺序1. 石英砂→水→纯碱→长石→石灰石（白云石） →芒硝，2. 石英砂→水→长石→石灰石（白云石） →纯碱→芒硝 混合终了将近卸料时再加入碎玻璃 配合料的粒化

10. 试述影响玻璃液中气泡上升速度的因素。

1. 气泡的大小 2. 玻璃液的粘度 3. 玻璃液与气泡的密度差

11. 试述影响玻璃液气泡中的气体压力的因素。

1. 玻璃液面的大气压力 P0↑，P↑

2. 玻璃液的密度 ρ↑，P↑ 3. 气泡与液面的距离 h ↑，P↑ 4. 玻璃液的表面张力 σ↑，P↑

5. 气泡的半径 r↓ ，P↑

12. 试述玻璃纤维的拉制方法。 工具：吹管（或挑料管）、粘顶盘

方法1：挑料→滚料→吹料泡→粘顶→拉管 方法2：挑料→滚料→粘顶→拉棒 13. 试述平板玻璃的浮法成型工艺。 浮法成型过程在锡槽中完成。锡槽被加热到一定温度，其中的金属锡呈熔融状态，温度保持在800-1000℃。槽内通入保护气体（N2或H2）以防止锡液氧化。 澄清均化后的玻璃液经流槽流入锡槽。因玻璃液的密度比锡液小，故能浮在锡液表面。玻璃液在重力的作用下在锡液表面漫延开来形成玻璃带，并向锡槽的尾部移动，经抛光、拉薄、冷却硬化后被引上过渡辊台。辊台的辊子把

玻璃拉出锡槽，并送入退火窑内退火。 14. 试述硅酸盐玻璃的熔制过程。 一. 硅酸盐的形成阶段:本阶段，配合料中的各种组分在加热过程中发生一系列物理化学变化。如水分的蒸发、多晶转变、固相反应、固液反应，最后形成由硅酸盐和SiO2组成的不透明烧结物。

二. 玻璃液的形成阶段:温度进一步升高，烧结物开始熔化。首先是易熔的低共熔物熔化。接着是硅酸盐与残余石英的熔化。到本阶段结束时，烧结物变成透明的熔体，再也没有未起反应的配合料颗粒了。但此时的玻璃液中还有大量的气泡和条纹。玻璃液的成分还不均匀。 对普通钠钙硅玻璃而言，本阶段大致在1200-1300℃左右结束。

三. 玻璃液的澄清阶段:温度继续升高，玻璃液的粘度和表面张力降低，气体混合物从玻璃液中排出，可见气泡被排除。 对普通钠钙硅玻璃而言，本阶段的最高温度为1400-1500 ℃。

四. 玻璃液的均化阶段:玻璃液长期处于高温下，其中的条纹由于扩散作用逐渐消除，玻璃液的成分趋于一致。

五. 玻璃液的冷却阶段:将澄清、均化后的玻璃液的温度降低200-300，使玻璃液的粘度符合成型的要求。

15. 试述硅酸盐玻璃生产的一般过程。

16. 试述测定玻璃最高退火温度的方法。

利用热膨胀仪测出玻璃的热膨胀曲线。在Tg前后玻璃的热膨胀曲线的斜率明显不同。将Tg前后的热膨胀曲线延长使之相交，所得到交点就是Tg，Tg所对应的温度大致相当于最高退火温度。

17. 试述玻璃退火的工艺过程及各阶段要注意的问题。

玻璃制品的退火过程包括加热、保温、慢冷、快冷四个阶段。 加热阶段要注意控制加热速度，加热过程中由于温度梯度所产生的暂时热应力和成型时留下的永久热应力之和不得超过玻璃的抗张强度极限，否则玻璃将发生破裂。

保温阶段要注意控制好退火温度和保温时间。 慢冷阶段要注意控制好降温速度。

快冷阶段要保证制品不会由于冷却过快产生的暂时热应力超过玻璃的抗张强度而破裂。

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