內容簡介
《新編玻璃工藝學》基本特點:①在玻璃工藝原理方麵進行瞭係統的補充和完善,加強瞭玻璃結構理論的闡述,補充瞭微晶玻璃係統、金屬玻璃和製備方法,加強瞭玻璃結構研究方法的介紹;②加強瞭玻璃性能的闡述和測試方法的介紹,滿足技術人員對性能測量原理的理解;③增加瞭玻璃成分設計,可以解決玻璃技術人員在玻璃成分設計方麵的茫然,建立玻璃成分與性能的數學關係,更好地滿足玻璃新産品的開發需要,涉及的玻璃性能參數達10多項;④補充瞭一些玻璃新品種的成形工藝與加工方法,為玻璃技術人員開闊視野和提供新思路;⑤在玻璃缺陷與控製方麵,收集瞭更多缺陷圖片,讓讀者對缺陷類型有更直觀的認識;⑥在附錄中收集和精選瞭國內外14大類玻璃品種的800多個玻璃化學組成和性能參數,相信這些資料會使讀者在實踐中受益。
《新編玻璃工藝學》以玻璃工藝原理及玻璃工藝過程為主綫來闡述各個章節,力求理論結閤實際,成分設計與産品性能相結閤,生産技術與檢測技術相結閤,現代技術與傳統工藝相結閤;並依據科學發展觀的要求,將玻璃工業的節能減排與環境保護相結閤,將循環經濟與玻璃利廢相結閤。《新編玻璃工藝學》內容豐富,文字簡練,圖錶信息量大,實用性強,可以作為大專院校材料科學與工程專業、無機非金屬材料專業的基礎教材和教學參考書,也可供玻璃工業、建材工業、建築工業、矽酸鹽工業、化學工業、電真空工業等行業的科技人員、管理人員和技術工人使用。
內頁插圖
目錄
第1章 玻璃的定義與結構
1.1 玻璃的定義
1.2 玻璃的通性
1.3 玻璃的結構
1.3.1 玻璃的結構理論
1.3.2 傳統玻璃結構
1.3.3 重金屬氧化玻璃的結構
1.3.4 非氧化物玻璃的結構
1.3.5 金屬玻璃的結構
1.3.6 有機玻璃的結構
1.4 玻璃組成、結構、性能之間的關係
1.4.1 玻璃的陽離子分類
1.4.2 玻璃組成對結構的影響
1.4.3 結構因素對玻璃性質的影響
1.5 玻璃結構的研究方法
第2章 玻璃的形成與規律
2.1 玻璃形成物質
2.1.1 結晶化學理論
2.1.2 氧化物在玻璃中的作用
2.2 玻璃形成方法
2.2.1 熔體冷卻法
2.2.2 氣相製備技術
2.2.3 液相製備技術
2.2.4 固相製備技術
2.3 玻璃形成熱力學
2.4 玻璃形成動力學
2.5 玻璃形成範圍
2.5.1 一元係統玻璃
2.5.2 二元係統玻璃
2.5.3 三元係統玻璃
2.6 金屬玻璃
2.6.1 金屬玻璃的形成能力
2.6.2 金屬玻璃的製備技術
2.6.3 金屬玻璃的性能與應用
第3章 玻璃的分相與析晶
3.1 玻璃分相
3.1.1 兩種分相結構及機理
3.1.2 二元係統玻璃分相
3.1.3 三元係統玻璃分相
3.1.4 玻璃分相原因
3.1.5 分相對玻璃性能的影響
3.2 玻璃析晶
3.2.1 成核過程
3.2.2 晶體生長
3.2.3 影響玻璃析晶的因素
3.3 玻璃的析晶缺陷
3.3.1 玻璃析晶缺陷産生的原因
3.3.2 影響玻璃析晶缺陷産生的因素
3.4 微晶玻璃
3.4.1 低膨脹鋰鋁矽微晶玻璃
3.4.2 CaO-A1203-SiOz係統微晶玻璃
3.4.3 MgO-A1203一Si02係統微晶玻璃
3.4.4 磷矽酸鹽微晶玻璃
3.5 微晶玻璃的製備工藝方法
3.5.1 熔體析晶法
3.5.2 燒結法
3.5.3 溶膠一凝膠法
第4章 玻璃的性質
4.1 玻璃的密度
4.1.1 玻璃密度與成分的關係
4.1.2 玻璃密度與溫度及熱曆史的關係
4.1.3 玻璃密度與壓力的關係
4.1.4 玻璃密度的測量方法
4.2 玻璃的黏度
4.2.1 玻璃黏度與溫度的關係
4.2.2 玻璃黏度與玻璃組成的關係
4.2.3 玻璃黏度與生産的關係
4.2.4 玻璃黏度的計算方法
4.2.5 玻璃黏度的測量方法
4.3 玻璃的錶麵張力
4.3.1 玻璃錶麵張力的物理含義及應用
4.3.2 玻璃錶麵張力的影響因素
4.3.3 玻璃錶麵潤濕性及影響因素
4.4 玻璃的錶麵性質
4.4.1 玻璃錶麵結構和錶麵成分
4.4.2 玻璃錶麵的離子交換
4.4.3 玻璃的錶麵吸附
4.5 玻璃的力學性質
4.5.1 玻璃的力學基本概念
4.5.2 玻璃的機械強度
4.6 玻璃的熱學性質
4.6.1 玻璃的熱膨脹係數
4.6.2 玻璃的比熱容
4.6.3 玻璃的導熱係數
4.6.4 玻璃的熱穩定性
4.7 玻璃的電學性質
4.7.1 玻璃的導電性
4.7.2 玻璃的介電性
4.7.3 玻璃電性能的測量方法
4.8 玻璃的光學性能
4.8.1 玻璃的摺射率
4.8.2 玻璃的光學常數
4.8.3 玻璃的反射、吸收和透過
4.9 玻璃的化學穩定性
4.9.1 玻璃的侵蝕機理
4.9.2 影響玻璃化學穩定性的因素
4.9.3 玻璃化學穩定性的測量
第5章 玻璃著色與脫色
5.1 玻璃顔色概述
5.2 玻璃顔色的錶徵方法
5.2.1 顔色三要素
5.2.2 色度圖與色坐標
5.2.3 孟塞爾色係
5.2.4 CIELab顔色空間與色差
5.3 玻璃著色機理
5.3.1 離子著色
5.3.2 金屬膠體著色
5.3.3 硫、硒及化閤物著色
5.3.4 玻璃其它著色方法
5.4 玻璃脫色
5.4.1 玻璃的脫色原理
5.4.2 硒鈷脫色中的問題
第6章 玻璃成分設計
6.1 玻璃成分概述
6.1.1 玻璃成分的錶示方法
6.1.2 玻璃的牌號與命名
6.2 玻璃成分設計
6.2.1 玻璃成分設計原則
6.2.2 玻璃成分設計方法
6.3 玻璃性能計算
6.3.1 玻璃密度的計算
6.3.2 玻璃熱膨脹係數的計算
6.3.3 玻璃比熱容的計算
6.3.4 玻璃熱導率的計算
6.3.5 玻璃光學性質的計算
6.3.6 玻璃吸收X射綫和y射綫性質的計算
6.3.7 玻璃機械性質的計算
6.3.8 玻璃電學性質的計算
6.3.9 玻璃化學穩定性的計算
6.3.1 0玻璃黏度的計算
6.3.1 1玻璃錶麵張力的計算
6.3.1 2玻璃熔化溫度的計算
6.3.1 3玻璃析晶性能的計算
第7章 玻璃用原料與配料
7.1 主要原料
7.1.1 SiO2原料
7.1.2 B2O3原料
7.1.3 Al2O3原料
7.1.4 P2O5原料
7.1.5 Na2O原料
7.1.6 K2O原料
7.1.7 Li2P原料
7.1.8 CaO原料
7.1.9 MgO原料
7.1.1 0BaO原料
7.1.1 1ZnO原料
7.1.1 2PbO原料
7.1.1 3BeO原料
7.1.1 4SrO原料
7.1.1 5CAO原料
7.1.1 6GeO2原料
7.1.1 7TiO2原料
7.1.1 8ZrO2原料
7.2 輔助原料
7.2.1 澄清劑
7.2.2 著色劑
7.3 脫色劑
7.3.1 化學脫色劑
7.3.2 物理脫色劑
7.4 乳濁劑
7.4.1 氟化閤物
7.4.2 磷酸鹽
……
第8章 玻璃的熔製與窯爐
第9章 玻璃的成形
第10章 玻璃的加工
第11章 玻璃的熱處理
第12章 玻璃的缺陷與控製
第13章 玻璃工藝的節能與環保
參考文獻
附錄一 國內外平闆玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄二 國內外瓶罐玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄三 國內外器皿玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄四 國內外儀器玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄五 國內外光學玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄六 國內外眼鏡玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄七 國內外耐熱器皿玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄八 國內外顔色玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄九 國內外電光源玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄十 國內外封接玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄十一 國內外低熔點玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄十二 國內外醫藥玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄十三 國內外顯示玻璃化學組成及性能一覽錶
附錄十四 國內外玻璃縴維化學組成及性能一覽錶
精彩書摘
第1章 玻璃的定義與結構
玻璃是具有悠久曆史和優良特性的無機非金屬材料,其用途十分廣泛,幾乎涉及國民經濟建設的各個部門。玻璃的物理、化學性質不僅決定於其化學組成,而且還與玻璃的結構具有密切相關。隻有充分認識和理解玻璃結構,掌握玻璃組成、結構、性能三者之間內在規律,纔能通過改變其化學組成、製備工藝和熱處理條件,製備齣符閤使用性能要求的玻璃材料。
1.1 玻璃的定義
玻璃分為狹義玻璃和廣義玻璃。狹義玻璃是指熔融物在冷卻過程中不發生結晶的無機物質,僅指無機玻璃,它包括氧化物玻璃、非氧化物玻璃、非晶半導體。
隨著科學技術的進步,現代可以通過真空蒸鍍、火焰噴射、溶膠凝膠、氣相沉積、衝擊波、中子輻照等方法來製備非晶態物質,顯然,這些方法都不同於傳統的熔融法。同時,除瞭無機玻璃外,也可用有機物或金屬在特定條件下製備齣玻璃。
廣義玻璃是具有轉變溫度(Tg)的非晶態材料,非晶態材料是指其原子排列在近程有序而遠程無序,原子排列不具有平移周期性關係;當溫度連續升高(或降低)時,在某個溫度範圍內發生明顯結構變化,導緻熱膨脹係數、比熱容等性質發生突變,這個溫度範圍所對應的性質轉摺點就是轉變溫度Tg,如圖1—1所示。非晶態材料包括無機玻璃、金屬玻璃、有機玻璃等,其種類見錶1-1。
前言/序言
玻璃的發現及生産製造已有5000年的悠久曆史,它幾乎伴隨著人類文明發展的整個曆程。至今,玻璃品種不斷豐富,大規模工業生産也有100多年曆史。玻璃具有廣泛的用途,如窗玻璃、器皿玻璃、瓶罐玻璃、眼鏡玻璃、光學鏡頭、激光器、針劑瓶、光伏電池基闆、熱水器集熱管、液晶顯示器基闆玻璃、幕牆玻璃、汽車風擋等,不勝枚舉。
近20年來,玻璃在信息、通訊、能源、航天、電子和生物醫藥等新領域也發揮著重要的作用。自20世紀90年代,中國已經是名副其實的玻璃生産大國,玻璃品種最多,産量最大,但是在生産質量、高端産品、研發技術與水平等方麵與玻璃強國還有較大差距。
隨著科學技術的迅速發展,人類對玻璃材料的認知在不斷地完善,誕生瞭一係列研究成果,加深瞭人們對玻璃的組成、結構、性能三者之間關係的認識,隨著玻璃學科與相關學科的交融,科研人員不斷地探索玻璃新品種和新工藝,如金屬玻璃和鍍膜玻璃等,促進瞭玻璃科學及玻璃材料的發展。
為瞭更好地適應玻璃科學技術發展的需要,本編寫組在編寫本書時集閤瞭國內的玻璃專傢及學者,在原輕工版《玻璃工藝學》(1982)的基礎上,廣泛地參考瞭國內外有關資料,對玻璃的基本理論、基本知識、新工藝、玻璃品種等作瞭大量補充和完善。
本書基本特點:①在玻璃工藝原理方麵進行瞭係統的補充和完善,加強瞭玻璃結構理論的闡述,補充瞭微晶玻璃係統、金屬玻璃和製備方法,加強瞭玻璃結構研究方法的介紹;②加強瞭玻璃性能的闡述和測試方法的介紹,滿足技術人員對性能測量原理的理解;③增加瞭玻璃成分設計,可以解決玻璃技術人員在玻璃成分設計方麵的茫然,建立玻璃成分與性能的數學關係,更好地滿足玻璃新産品的開發需要,涉及的玻璃性能參數達10多項;④補充瞭一些玻璃新品種的成形工藝與加工方法,為玻璃技術人員開闊視野和提供新思路;⑤在玻璃缺陷與控製方麵,收集瞭更多缺陷圖片,讓讀者對缺陷類型有更直觀的認識;⑥在附錄中收集和精選瞭國內外14大類玻璃品種的800多個玻璃化學組成和性能參數,相信這些資料會使讀者在實踐中受益。
本書以玻璃工藝原理及玻璃工藝過程為主綫來闡述各個章節,力求理論結閤實際,成分設計與産品性能相結閤,生産技術與檢測技術相結閤,現代技術與傳統工藝相結閤;並依據科學發展觀的要求,將玻璃工業的節能減排與環境保護相結閤,將循環經濟與玻璃利廢相結閤。本書內容豐富,文字簡練,圖錶信息量大,實用性強,可以作為大專院校材料科學與工程專業、無機非金屬材料專業的基礎教材和教學參考書,也可供玻璃工業、建材工業、建築工業、矽酸鹽工業、化學工業、電真空工業等行業的科技人員、管理人員和技術工人使用。
本書編寫過程中,得到瞭廣大的玻璃界前輩及企事業單位的支持,得到瞭中國輕工業齣版社李建華編輯的幫助,瀋長治和王承遇兩位老先生對本書的組稿和編寫進行瞭係統的指導、修改和審閱,中國科學院上海光學精密機械研究所薑中宏院士對第2章進行審閱並提齣修改意見,北京玻璃集團總工程師梅德馨審閱瞭本書大部分章節。
新編玻璃工藝學:跨越時代的技術之美與産業未來 一、 玻璃:流動的藝術,堅固的基石 玻璃,這個古老而又充滿現代魅力的材料,早已滲透於我們生活的方方麵麵。從古埃及人手中吹齣的晶瑩器皿,到如今高聳入雲的摩天大樓,再到精密儀器中的光學元件,玻璃以其獨特的透明性、可塑性、化學穩定性和電氣絕緣性,成為瞭人類文明發展不可或缺的組成部分。它既是承載曆史記憶的藝術載體,也是驅動現代科技進步的創新引擎。 《新編玻璃工藝學》將帶領讀者深入探索玻璃世界的奧秘,從其最基本的組成元素、生成原理,到韆姿百態的加工技術,再到其在各個領域應用的廣闊天地。本書旨在為高等院校相關專業師生提供一套係統、深入、前沿的教學參考,同時,也為玻璃行業的從業者、研究者以及對玻璃材料充滿好奇的愛好者,打開一扇認識和理解玻璃工藝學的窗口。 二、 玻璃的起源與演變:從天然到人造的智慧結晶 玻璃的曆史,是一部人類不斷探索自然、改造自然,並最終創造齣全新材料的智慧史詩。本書將追溯玻璃的起源,從遠古時期天然玻璃——黑曜石的應用,到早期人工玻璃的初步嘗試。我們將瞭解古巴比倫、古埃及、古羅馬等文明在玻璃製造技術上的貢獻,認識到早期玻璃製造的艱辛與精湛。 隨後,本書將聚焦玻璃製造技術在不同曆史時期的演進。從手工吹製技藝的成熟,到平闆玻璃製造的突破,再到現代大規模工業化生産的形成,每一個階段都凝聚瞭無數工匠和科學傢的智慧與汗水。我們將探討技術革新如何推動玻璃的普及,使其從奢侈品走嚮大眾,深刻影響建築、日用、藝術等多個領域。 三、 玻璃的科學基礎:物質的奇妙轉變 理解玻璃,離不開對其內在科學原理的深入剖析。《新編編玻璃工藝學》將詳細闡述玻璃的化學成分、結構與性能之間的關係。我們將瞭解常見的玻璃類型,如鈉鈣玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鉛玻璃、石英玻璃等,以及它們的獨特配方和由此帶來的性能差異。 本書將深入探討玻璃的形成過程,即熔融、冷卻、凝固的物理化學機製。我們將解析玻璃的非晶態結構,理解其與晶體材料的本質區彆,以及這種結構對其光學、力學、熱學性能的影響。此外,本書還將介紹各種影響玻璃性能的因素,如氧化物、稀土元素、添加劑等,以及如何通過調整配方來優化玻璃的性能,以滿足不同應用場景的需求。 四、 玻璃的製造工藝:從熔爐到成品的多重挑戰 玻璃的製造過程是一個復雜而精密的係統工程,涉及多個關鍵環節。《新編玻璃工藝學》將係統介紹現代玻璃的主要製造工藝,並深入剖析其技術要領和發展趨勢。 熔製工藝: 我們將詳細介紹玻璃熔窯的類型、結構及其工作原理,包括蓄熱式平爐、蓄熱式罐爐等。我們將探討熔化過程中的關鍵因素,如熔化溫度、時間、氣氛,以及如何通過優化熔製過程來提高玻璃的質量和生産效率。此外,本書還將涉及玻璃的澄清、均化等重要環節,確保玻璃的均勻性和無缺陷性。 成型工藝: 玻璃的成型是賦予其形態的關鍵步驟。本書將全麵介紹各種主要的玻璃成型技術,包括: 吹製成型: 深入講解手工吹製和機器吹製技術,包括吹製設備、模具設計以及吹製過程中的參數控製,特彆是在藝術玻璃和特殊器皿製造中的應用。 壓製成型: 闡述壓製玻璃製品(如餐具、燈罩)的原理、模具結構以及壓製工藝流程,強調其高效率和大規模生産的優勢。 拉伸成型: 重點介紹平闆玻璃的製造工藝,包括浮法玻璃、平拉法玻璃、滾壓法玻璃等,深入解析各工藝的原理、設備以及影響玻璃質量的關鍵因素。 離心成型: 探討離心力在玻璃製品成型中的應用,如玻璃管、玻璃瓶的製造。 澆注成型: 介紹玻璃澆注在製造大型玻璃構件、藝術品或特種玻璃中的應用。 縴維成型: 詳細講解玻璃縴維的製造工藝,包括拉絲、紡織等,以及其在絕緣、增強等領域的應用。 退火工藝: 玻璃在成型過程中會産生內應力,退火是消除這些應力,提高玻璃強度和穩定性的關鍵步驟。本書將詳細介紹退火的原理、退火窯的類型、退火麯綫的設計以及退火過程中應力監測與控製的技術。 後加工工藝: 玻璃製品在成型和退火後,還需要經過一係列的後加工纔能達到最終的應用要求。我們將深入探討以下工藝: 切割與研磨: 介紹各種玻璃切割和研磨工具、技術以及精度控製方法。 拋光: 講解玻璃錶麵的拋光技術,以獲得光滑、光亮的錶麵。 熱彎與鋼化: 詳細闡述玻璃的熱彎成型工藝,以及通過加熱再快速冷卻實現鋼化玻璃的原理、工藝過程和性能提升。 錶麵處理: 介紹玻璃錶麵的塗層、鍍膜、蝕刻等技術,以賦予玻璃特殊的性能或裝飾效果。 粘接與密封: 探討玻璃與其他材料的粘接技術,以及玻璃在密封應用中的重要性。 五、 特種玻璃與先進功能材料:麵嚮未來的創新探索 隨著科技的飛速發展,對玻璃材料提齣瞭更高的性能要求,催生瞭各種特種玻璃和先進功能玻璃的湧現。《新編玻璃工藝學》將重點介紹這些麵嚮未來的玻璃材料。 光學玻璃: 深入探討用於精密光學儀器、相機鏡頭、顯微鏡、望遠鏡等的光學玻璃的種類、特性和製造工藝,包括低色散玻璃、高摺射率玻璃、紫外透過玻璃、紅外透過玻璃等。 電子玻璃: 介紹用於顯示器(液晶屏、OLED屏)、觸控麵闆、半導體封裝的電子玻璃,包括低熱膨脹玻璃、高電絕緣玻璃、導電玻璃等。 耐火與耐熱玻璃: 講解用於爐門、高溫視窗、實驗室器皿的耐火和耐熱玻璃,如硼矽酸鹽玻璃、微晶玻璃等。 生物醫用玻璃: 介紹用於骨骼修復、藥物緩釋、組織工程的生物活性玻璃和生物惰性玻璃。 光縴玻璃: 重點介紹通信光縴、傳感光縴等光縴玻璃的製造原理、高純度要求以及製造工藝。 智能玻璃: 探討電緻變色玻璃、熱緻變色玻璃、光緻變色玻璃等智能玻璃的原理、應用前景以及製造技術。 納米玻璃: 介紹納米結構玻璃在催化、過濾、光學材料等領域的潛在應用。 其他特種玻璃: 如防彈玻璃、電磁屏蔽玻璃、聲學玻璃等。 本書將詳細分析這些特種玻璃的性能特點、關鍵製造技術以及在航空航天、新能源、信息技術、醫療健康等前沿領域的應用案例,展示玻璃材料在科技創新中的巨大潛力。 六、 質量控製與安全生産:保障卓越品質與可持續發展 玻璃生産的每一個環節都必須嚴格執行質量控製標準,以確保産品的性能和可靠性。本書將重點介紹玻璃的質量檢測方法和質量控製體係。 化學分析: 介紹分析玻璃成分的方法,如光譜分析、化學滴定等。 物理性能檢測: 講解玻璃的機械強度(抗彎、抗壓、抗衝擊)、熱學性能(熱膨脹係數、熱導率)、光學性能(摺射率、透光率)、電學性能(介電常數、電阻率)等檢測方法。 無損檢測: 介紹用於檢測玻璃內部缺陷(如氣泡、夾雜、微裂紋)的無損檢測技術,如超聲波檢測、X射綫檢測等。 錶麵缺陷檢測: 講解用於檢測玻璃錶麵劃痕、麻點、夾雜等缺陷的檢測方法。 同時,玻璃生産過程涉及高溫、強腐蝕性物質等,安全生産至關重要。《新編玻璃工藝學》也將關注玻璃行業的安全生産規範、環境保護措施以及可持續發展理念,強調在追求技術進步的同時,必須保障人員安全和環境友好。 七、 玻璃工藝學的未來展望:創新驅動的無限可能 玻璃工藝學並非一成不變,它正隨著科學技術的進步而不斷演進。本書最後將展望玻璃工藝學的未來發展方嚮,包括: 智能化製造: 引入人工智能、大數據、物聯網等技術,實現玻璃生産過程的智能化控製和優化。 新材料開發: 持續探索新型玻璃組成、結構和性能,開發具有更高強度、更好韌性、更優異光學或電學特性的玻璃材料。 綠色製造: 推動節能降耗、減少汙染的環保型生産工藝,開發可迴收、可降解的玻璃材料。 跨學科融閤: 加強玻璃學與材料科學、物理學、化學、工程學、生物學等學科的交叉融閤,催生新的應用領域和技術突破。 個性化與定製化: 滿足日益增長的個性化需求,發展能夠快速響應客戶需求的柔性化生産模式。 《新編玻璃工藝學》不僅是一本教科書,更是一份對玻璃科學與技術的熱忱探索。我們希望通過本書,能夠激發讀者對玻璃工藝學的濃厚興趣,培養具備紮實理論基礎和創新實踐能力的專業人纔,共同推動玻璃材料科學的蓬勃發展,為人類社會的美好未來貢獻更多“玻璃之光”。