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    玻璃的通性

    在自然界中固体物质存在着晶态和非晶态两种状态,所谓非晶态是以不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。玻璃态是非晶态固体的一种,玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排列,而近似于液体,具有近程有序排列。玻璃像固体一样能保持一定的外形,而不像液体那样在自重作用下流动。玻璃态物质具有以下五个特性:  (一)各向同性  玻璃态物质的质点排列总的说是无规则的,是统计均匀的,所以,玻璃中不存在内应力时,其物理化学性质(如硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等)在任何方向上都是相同的。但当玻璃中存在应力时,结构均匀性就遭到破坏,玻璃就显示出各向异性,例如产生双折射现象。此外,由于玻璃表面与内部结构上的差异,其表面与内部的性质也不相同。  (二)介稳性  所谓玻璃处于介稳状态,是因为玻璃是由熔体急剧冷却而得,由于在冷却过程中粘度急剧增大,质点来不及作形成晶体的有规则排列,系统的内能不是处于**值,而是处于介稳状态;但尽管玻璃处于较高能态,由于常温下粘度很大,因而实际上不能自发地转化为晶体;只有在一定的外界条件下,即必须克服物质由玻璃态转化为晶态的势垒,才能使玻璃析晶。因此,从热力学的观点看,玻璃态是不稳定的,但从动力学的观点看,它又是稳定的。因为它虽具有自发放热转化为内能较低的晶体的倾向,但在常温下,转变为晶态的几率很小,所以说玻璃处于介稳状态。  (三)无固定熔点  玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区间(转化温度范围内)进行的,它与结晶态物质不同,没有固定熔点。当物质由熔体向固体转化时,如果是结晶过程,在系统中必有新相生成,并且在结晶温度,许多性质等方面发生突变。但是,当物质由熔体向固态玻璃转化时,随着温度的逐渐降低,熔体的粘度逐渐增大,**形成固态玻璃。此凝固过程是在较宽温度范围内完成的,始终没有新的晶体生成。从熔体向固态玻璃过渡的温度范围决定于玻璃的化学组成,一般波动在几十到几百度内。因此玻璃没有固定的熔点,而只有一个软化温度范围。在此范围内,玻璃由粘性体经粘塑性体、粘弹性体逐渐转变成为弹性体。这种性质的渐变过程正是玻璃具有良好加工性能的基础。  (四)性质变化的连续性和可逆性  玻璃态物质从熔融状态到固体状态的性质变化过程是连续的和可逆的。所谓连续变化,是由于除能够形成连续固熔体外,二元以上晶体化合物有固定的原子和分子比,因此,它们的性质变化不是连续的。但玻璃则不同,在玻璃形成范围内,由于化学成分可以连续变化,因此玻璃的一些物理性质必然随其所含各氧化物组分的变化而连续变化。性质变化的可逆性,是指玻璃由固体向熔融态或相反过程可以多次进行,而不会伴随新相生成。
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    玻璃的密度

      玻璃的密度表示玻璃单位体积的质量,主要决定于玻璃的化学组成、温度和热历史,也与玻璃的原子堆积紧密程度、配位数有关,是表征玻璃结构的一个标志。  玻璃的密度与化学组成关系密切。玻璃组成不同密度相差很大。各种玻璃制品中,石英玻璃的密度*小,为2000kg/m3,普通钠钙硅玻璃为2500——2600kg/m3。而含有PbO,Bi2O3,Ta2O5,WO3的玻璃密度可达6000kg/m3。甚至某些防辐射玻璃的密度可高达8000kg/m3。  玻璃的密度随温度升高而下降。一般工业玻璃,当温度由20℃升高到1300℃时,密度下降约为 6% —— 12%,在弹性形变范围内,密度的下降与玻璃的热膨胀系数有关。  玻璃的热历史是指玻璃从高温冷却,通过 Tf —— Tg区域时的经历,包括在该区域停留时间和冷却速度等具体情况在内。热历史影响到固体玻璃结构以及与结构有关的许多性质。其对玻璃密度影响为:  (1)玻璃从高温状态冷却时,淬冷玻璃的密度比退火玻璃的小。  (2)在一定退火温度下保温一定时间后,玻璃密度趋向平衡。  (3)冷却速度越快,偏离平衡密度越多,其Tg值也越高。所以,在生产上退火质量的好坏可在密度上明显地反映出来。  在玻璃生产中常出现事故,如配方计算错误、配合料称量差错、原料化学组成波动等,这些均可引起玻璃密度的变化。因此,玻璃工厂常将测定密度作为控制玻璃生产的手段。
  • 03
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    生产工艺对钢化玻璃质量的影响

      玻璃钢化工艺有三个基本要求,只有满足这些基本要求才能生产出合格的产品:  首先,玻璃必须加热到要求的温度,玻璃表面各个部分的温度要均匀,相差不能太大,玻璃表面与中间也不能相差太大。要控制此项主要掌握三个方面:  第一,根据电炉的负载情况,选择合理的加热温度并有效的控制炉内温度。玻璃在钢化炉的加热主要有:传导,辐射和对流,这里所说的电炉的负载不是指电炉里玻璃占有的面积,而是指玻璃厚度、加热温度与加热时间的关系,目前大部分厂家所使用的钢化电炉的加热段一般都可分为很多个很小的加热区,每个区都可由上位计算机单独控制,在正常的情况下,在电炉中央加热元件加热区域内,总有玻璃在吸热,在电炉的这种区域内,一直有玻璃存在,这是区域性的,加热效果也是区域性的,如果电炉内某个区的热消耗超过加热效果,这个区内的温度就开始下降,这就是超负荷现象,玻璃钢化的成功与否主要决定于玻璃板温度**的地方,一旦电炉有超负荷现象,电炉温度就会出现下降,致使玻璃在冷却段里冷却时造成破碎。加热温度的设定,要根据所钢化的玻璃的厚度,要钢化的玻璃越薄,温度就要越高,要钢化的玻璃越厚,温度就要越低,对于加热温度的控制,操作人员要明白电炉温度与加热时间的相互关系以及电炉温度对厚薄不同的玻璃变化值,所以笔者不能明确地指出哪种温度设定**,因为温度的选择还在很大程度上决定于原片玻璃的质量。另外,加热系统测得的底部温度并不是辊子的温度,而是钢化炉底部加热元件补偿辊子上玻璃吸收热量后的平均温度,由于这个原因,所测的温度一般较高,比所测得的上部温度要高一些,所以一般情况下钢化炉上部的温度设定比下部温度要高一些。下面笔者举一个控制炉温的例子,假如我们在生产中,要使玻璃从加热炉到急冷室的温度提高10℃。  第二,选择合理的加热时间。钢化炉的加热功率是一定的,通常设定的加热时间(电炉的加热时间)约为每毫米厚度玻璃为35-40秒,例如:6mm厚度的玻璃的加热时间大约为:6×38秒=228秒,此种计算方法适应于厚度小于12mm厚的的玻璃的普通平钢化玻璃,当玻璃的厚度在12mm-19mm时,加热时间的基本计算方法是每1mm厚度玻璃约为40-45秒种。生产弯钢化玻璃时,加热时间每毫米厚度的玻璃增加2。5-5秒。带开洞或开槽的玻璃时,加热时间要在此计算方法上多5%。带尖角(小于30°角)的玻璃和灰玻加热时间在此计算方法上要多2。5%。下面笔者举一个控制炉温的例子,来诠释加热温度和加热时间,假如我们在生产钢化6mm的玻璃,加热温度为705℃,加热时间215秒,要使玻璃从加热炉到急冷室的温度提高10℃,有两种方法可以使之实现:第一种方法,是将电炉温度提高10℃;第二种方法是增加加热时间,电炉的温度保持不变。注意:玻璃温度接近钢化温度前的加热速度较慢,我们要了解这样一个基本的原则:如果电炉的的温度设定变化了几度,我们也要使玻璃的加热温度同样也变化相同的温度,就要改变加热时间±t秒,才能使玻璃从电炉里出来的温度在±t秒的时间内保持不变。  第三,要实现加热的均匀,玻璃在放片台的布置也很重要。放片的合理布置主要是为了保证电炉内纵向和横向负载的均匀性,也就是说,每炉玻璃的放片布置以及各炉的间隙时间要均匀。我们要明白从加热炉到急冷室过程中的温度规律,必须弄清玻璃板布置所取决的因素:当玻璃沿电炉前后移动时,玻璃边缘邻近的辊子所处的区域容易过热,这种现象在两块玻璃之间的辊子表面上也容易发生。在实际的生产当中,如果玻璃板在钢化炉内一直以相同的放片布置向前运动,各个辊子温差就相对的明显,结果放片位置一变化,玻璃就会在加热炉内弯形或者在急冷室里破碎。为了得到**的钢化效果,我们要记住放片时的注意事项:为了避免纵向玻璃板间的空隙导致辞电炉的温度过高,放片台上玻璃板摆放的越合理,越容易保持辊子温度一致性,也就是说放片时纵向出现间隙,下一次放片时要补上这个空隙。另外,在比较长的纵向空隙(大于等于二分之一)内放下一炉的的玻璃,其不良效果要比在整个纵向长度内放玻璃明显得多,这是因为这个温度高的空隙在加热一开始就受到了影响,要有充分的时间才能使温度均衡下来。  其次,玻璃尽可能以*快的冷却速度进行冷却,冷却速度取决于玻璃厚度和玻璃的其它性能,玻璃的两个面的冷却要均衡;钢化过程中冷却阶段的理想冷却介质是干燥的冷空气,单位面积的大约冷却能力是确定了的,因此5mm玻璃所需要的冷却能力相当于6mm玻璃的两倍以上,同样12mm玻璃所需要的冷却能力相当只有10mm玻璃的一半以下,由于这个原因,考虑到玻璃厚度对冷却速度的影响,因此可以这样说:5mm玻璃冷却速度是6mm玻璃的四倍,12mm玻璃的冷却速度只有6mm的1/4。  第四,在钢化过程中玻璃要不停的运动,玻璃表面上不能有划伤及变形留下的痕迹。这个运动包括括玻璃在加热炉内的热摆运动,热摆运动是为了使玻璃表面各个部分的加热均匀;同时也包括玻璃在风冷段中的冷摆运动,冷摆运动是为了玻璃各个部分的钢化均匀,保证玻璃的碎块均匀。对原板玻璃的质量的要求,原板玻璃不能有层杂,爆边,划伤,气泡等,这些情况都能引起玻璃在风冷破碎。
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