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1、玻璃显微结构本讲稿第一页，共十八页6.1 玻璃的基本知识玻璃的基本知识o物料在高温条件下熔化成熔体快速冷却成型，再作适当热处理所得到的熔融型无机材料，称为玻璃材料（各种非晶态无定形的玻璃块体、制品、纤维、特殊玻璃）和微晶玻璃材料。o大多数玻璃都是由矿物原料和化工原料经高温熔融，然后急剧冷却而形成的。在形成的过程中，如加入某些辅助原料，如助熔剂、着色剂等可以改善玻璃的某些性能。6.1.1 玻璃的概念和组成玻璃的概念和组成本讲稿第二页，共十八页o建筑玻璃是以石英砂（SiO2）、纯碱(Na2CO3)石灰石(CaCO3)、长石等为主要原料，经15501600高温熔融、成型、退火而制成的固体材料。o其主
2、要成分是SiO2(含量72%左右)、Na2O(含量15%左右)和CaO(含量9%左右)，另外还有少量的Al2O3、MgO等。这些氧化物在玻璃中起着非常重要的作用，见表6.1。本讲稿第三页，共十八页表表6.1玻璃中主要氧化物的作用玻璃中主要氧化物的作用 氧化物名称 所起作用增加降低二氧化硅（SiO2）熔融温度、化学稳定性、热稳定性、机械强度密度、热膨胀系数 氧化钠(Na2O)热膨胀系数化学稳定性、耐热性、熔融温度、析晶倾向、退火温度、韧性 氧化钙（CaO）硬度、机械强度、化学稳定性、析晶倾向、退火温度耐热性 三氧化二铝(Al2O3)熔融温度、机械强度、化学稳定性析晶倾向 氧化镁（MgO）耐热性、
3、化学稳定性、机械强度、退火温度析晶倾向、韧性本讲稿第四页，共十八页o浮法玻璃的生产过程是将熔融的玻璃液经过流槽砖进入盛有熔融锡液的锡槽中，由于玻璃液的密度较锡液小，玻璃液便浮在锡液表面上，在其本身的重力及表面张力的作用下，能均匀地摊平在锡液表面上，同时玻璃的上表面受到高温区的抛光作用，从而使玻璃的两个表面均很平整。然后经过定型、冷却后，进入退火窑退火、冷却，最后经切割成为原片。o浮法玻璃工艺示意如图6.2所示。6.1.2 浮法玻璃的生产工艺浮法玻璃的生产工艺本讲稿第五页，共十八页图6.2浮法玻璃工艺示意图 本讲稿第六页，共十八页二、显微结构分析任务o玻璃中的的夹杂物称为玻璃的缺陷：气泡，条纹，
4、节瘤和结石o玻璃材料显微结构分析的主要研究对象:各种缺陷各种缺陷 1研究玻璃结石的显微结构 2研究非晶质缺陷的显微结构 3.研究微晶玻璃及其微晶化过程中显微结构的变化 本讲稿第七页，共十八页o玻璃结石玻璃结石 是玻璃体内的结晶态物质，是玻璃中不允许存在的严重缺陷，但却是玻璃制品中常见的。当玻璃体内出现玻璃结石时，大大降低玻璃的强度和热稳定性。o岩相分析法是鉴定和研究构成结石的显微结构特征，找出结石的物质来源和形成原因，进而提出减少甚至消除形成玻璃结石的有效工艺措施。o非晶态缺陷非晶态缺陷用偏光显微镜可以研究气泡的大小、分布、间接分析气体的组成，测定玻璃态夹杂物的折射率、进行某些显微化学试验等，
5、观察玻璃的分相结构和应力分布等。本讲稿第八页，共十八页第二节 玻璃结石的分类及检验方法按照来源分为：按照来源分为：粉料结石，耐火材料结石粉料结石，耐火材料结石和和析晶结石析晶结石三类三类。一、粉料结石一、粉料结石o石英粉料结石p246(图图87)o芒硝粉料结石(图图813)o锆英石粉料结石二、耐火材科结石二、耐火材科结石由玻璃熔窑上耐火材料碎片落入玻璃中未被熔化，或因被熔蚀的耐火材料成份加入而从玻璃体内析出晶体构成的玻璃结石，均称为耐火材料结石，简称耐材结石。三三 析晶结石析晶结石从玻璃熔体内直接结晶生长的矿物构成的结石析晶结石都具有由自形晶或奇形晶的单个晶体或集合体与玻璃相一起构成所谓析晶结
6、构。本讲稿第九页，共十八页按照化学组成分类o硅质结石：未熔石英、鳞石英、方石英p246有三种来源：粉料、耐火材料、局部析晶o铝硅质结石：p250来源于铝硅质耐火材料的蚀变o钠钙质和钙镁质结石p255主要来源于析晶研究结石的目的在于清除它，明确其形成原因，来源，研究结石的目的在于清除它，明确其形成原因，来源，进而提出行之有效的解决办法进而提出行之有效的解决办法本讲稿第十页，共十八页结石的检验方法1.肉眼鉴定2.偏光显微镜分析：结石分析鉴定最有效的方法。o在单偏光显微镜下观察结石的颜色、多色性、形貌、解理、突起等级、折射率范围等。即可完成某些结石的鉴定。P244o在正交偏光镜下观察结石矿物的干涉色
7、、消光类型、消光角、延性、双晶等、还可以测定个别矿物的轴性、光性测定。o个别结石可结合油浸法准确测定其折射率达到鉴定的目的。本讲稿第十一页，共十八页第三节 微晶玻璃的显微结构一一 概述概述o微晶玻璃是一种以普通破璃组分为基础，加入晶核形成剂和微晶化催化剂熔融冷却并在一定混度下好过热处理后具有微晶体相均匀玻璃相的复合材料。o它有许多特殊性能，如质地致密、无气孔、不透水、不透气、机械强度比一般的玻璃、陶瓷甚至金属材料都高得多、抗冲击强度为普通玻璃的2倍左右、抗压强度可达普通压延玻璃的8倍、具有突出的耐磨性能(可高于高碳钢、花岗岩，接近于淬火工具钢硬度)、化学稳定性、电性能均优于普通玻璃。耐温度剧变
8、。o可以做餐具、管道、台面及电视显像管、电子显微镜、原子反应堆等设备中的部件，并可做牙齿、股关节等代用品。在军工、电子工业、光学工业、仪器仪表、化工建材及日常生活中都广泛地应用着微晶玻璃。本讲稿第十二页，共十八页o微晶玻璃的分类方法有多种，按微晶玻璃的基础原料可分为技术微晶玻璃和矿渣微晶玻技术微晶玻璃和矿渣微晶玻璃璃，前者以般玻璃为基础原料，后者以冶金矿渣、固体燃料灰渣、矿渣为原料。o按微晶化的热处理方法，分为光敏微晶玻璃光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃。o按微晶玻璃的透明度，分为透明微晶玻璃和透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃。不透明微晶玻璃。本讲稿第十三页，共十八页1光敏微晶玻璃o 光敏
9、微晶玻璃的化学组成基本上属于Li 2OA12O3SiO 2系统，引入少量矿化剂和微量晶核剂溴化银高温下熔制成母体玻璃紫外光按特定图案要求照射母体玻璃使之局部感光热处理后经紫外光照射感光部位发生核化和晶化所设计图案的微晶玻璃制品。P257本讲稿第十四页，共十八页2 透明微晶玻璃o透明微晶玻璃是60年代发展起来的种新型材料。它除Li2OA12O3一SiO2系统玻璃的常规成分外，加入一定量的Mg，提高微晶玻璃的透明度及膨胀系数，透明微晶被璃的主品相为锂挥石(Li2O4SiO2)，晶体小于01m，比可见光的波长还小，所以虽有晶相而因晶体微小不影响玻璃的透明度。本讲稿第十五页，共十八页 3Mg0一A12
10、03一SiO2系统微晶玻璃o 以MgOA12O3一SiO 2系统的玻璃为基础玻璃，加人晶核剂为TiO2，经过热处理后形成。主晶相矿物为堇青石。o 该系统微晶玻璃机械强度高，耐高温性能良好，已成为空间技术中一种极有用途的新型结构材料，可以作导弹头和高速飞机上雷达天线罩。本讲稿第十六页，共十八页4热敏微晶破璃 改变晶核剂（TiO2）仍用Li2OA1203SiO2系统的母体玻璃，不经紫外光照射直接进行热处理亦可制成微晶玻璃，这种材料称为热敏微晶玻璃。P247本讲稿第十七页，共十八页o微晶玻璃的显微结构分析，除了研究母体玻璃中各种缺陷母体玻璃中各种缺陷、微晶玻璃显微结构及其与性能间关系微晶玻璃显微结构及其与性能间关系外，主要是研究母体玻璃在热处理过程中发生的分相、核化、晶化等微晶化过程及其规律。探讨微晶化的机理，为微晶玻璃的配方设计、原料、晶核剂、矿化剂的选用及用量、最佳热处理制度的确定等提供科学依据，并指导微晶玻璃的工业生产和制品的使用。o微晶玻璃中的晶粒细小，一般小于0.1微米，所以要用电子显微镜进行观察。本讲稿第十八页，共十八页