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第一部分 玻璃材料及识别其缺陷的方法1

第一章 绪论1

1.1 玻璃是物质的一种特殊形态1

目 录1

1.1.1 玻璃材料是一种独特的处于热力学状态的材料2

1.1.2 工业玻璃中的迟滞现象2

1.1.3 玻璃缺陷是具有独自热力学系统的某一部分容积处于某一3

发展阶段而形成的3

1.2 生产中的缺陷是工艺学中“病态的”异常状态4

1.2.1 材料缺陷是获得工艺技术知识的来源4

1.3 成型过程中的物理变化5

1.3.1 粘度变化的特定区域（“长性”及“短性”玻璃）5

1.3.2 实际运用6

1.4.1 “可允许”的缺陷（缺点）的概括7

1.4 缺陷的分类7

1.4.2 玻璃制造工序及其产生缺陷的根源8

1.4.3 生产中的几种缺陷之间有不可分割的联系（举例）9

1.4.4 缺陷的“潜在”根源的探索11

1.5 玻璃向最佳性能发展12

1.5.1 经验与科学研究12

1.5.2 多元系统中的工艺技术区12

文献14

第二章 玻璃熔体及玻璃材料的性质16

2.1 可成为缺陷“潜在”根源的熔体性质16

2.1.1 密度及浮力16

2.1.2 粘度18

2.1.2.1 粘度与温度的关系18

2.1.2.2 粘度随时间的变化20

2.1.2.3 粘度与化学组成的关系21

2.1.3 快速变形及大幅度变形时的粘弹性22

2.1.4 表面张力、界面张力、润湿及界面对流23

2.1.5 扩散、溶解和对流26

2.1.6 蒸发及分解27

2.1.7 多相的形成（分相）29

2.1.7.1 析晶（结晶）29

2.1.7.2 分相32

2.1.8 冻结状态、缺陷与玻璃同时冻结34

2.2 可以成为缺陷“潜在”根源的玻璃性质35

2.2.1 密度及热膨胀系数35

2.2.1.1 α与阳离子场强之间的简单关系37

2.2.1.2 简单组成的玻璃的热膨胀系数硅酸盐玻璃37

2.2.2 温度低于凝固点时玻璃的流动39

2 2.3.1 比热40

2 2.3 含热量及热传导40

2 2.3.2 热传导41

2.2.3.2.1 导热41

2.2.3.2.2 给热系数（或传热分系数）α和传热系数k42

2.2.3.2.3辐射传热43

2.2.3.2.4辐射散热43

2.2.4 热应力、耐温度剧变性和热应力数45

2.2.4.1 冷却应力的产生45

2.2.4.1.1 暂时应力（热应力）45

2.2 4.1.2 永久应力46

2.2.4.1.3耐温度剧变性（TWB）和热应力数47

2.2.4.2 退火过程（消除应力过程）47

2.2 5 力学及断裂强度49

2.2.5.1 应力与伸长的一般关系49

2.2.5.2 几种不同负荷情况下的最大应力52

2.2.5.4 强度判据56

2.2.5.4.1 强度判据概述56

2.2.5.3 裂纹附近的应力56

2.2.5.4.2影响强度的参数57

2.2 6 化学稳定性60

2.2.6.1 玻璃表面反应活性来源于玻璃结构60

2.2.6.2 有水存在时玻璃与外界发生化学变化的基本情况60

2.2.6.3 热作用下化学稳定性的变化63

2.2.7 光学性质64

2.2.7.1 折射率64

2.2.7.2 反射66

2.2.7.3 吸收率及透过率67

2.2.7.4 光散射68

文献70

3.1.1 基本概念75

第三章 玻璃缺陷的识别及检查方法——生产监控75

3.1 检查外形缺陷的方法75

3.1.2 几种概念的规定76

3.1.3 测定方法77

3.1.3.1 光学法79

3.3.1.1 光源法79

3.1.3.1.2透射光或反射光下线条格子的观察79

3.1.3.1.3 阴影图（投影法）79

3.1.3.1.4干涉法（参阅3.2.3节）81

3.1.3.1.5 条纹法83

3.1.3.1.6 光学扫描法（维特豪尔仪）83

3.1.3.2 光电法84

3.1.3.2.1 透射光中的测定法84

3.1.3.4 机电结合法85

3.1.3.3.1 探针法85

3.1.3.2.2 反射光中的测定法85

3.1.3.3 机械法85

3.1.3.5 气压法86

3.1.3.6 电测法86

3.1.3.6.1 电容法86

3.1.3.7 射线法86

3.1.3.8 显微镜法86

3.2 检查条纹的光学方法86

3.2.1 关于条纹的概念86

3.2.2 条纹的光学检验法概述87

3.2.3 干涉法88

3.2.4 托普拉条纹法93

3.2.5 阴影法95

4.3.2.2 玻璃熔体中CO2的溶解度 （199

3.2.6 横断面切片的检查100

3.2.7 条纹的应力光学检验法101

3.3 检测应力的方法102

3.3.1 玻璃中应力检测方法概述102

3.3.2 应力光学法103

3.3.2.1 应力光学的基本规律103

3.3.2.2 用线偏振光的简单应力光学测定法106

3.3.2.3 用回旋偏振光的简单应力光学测定法107

3.3.2.4 赛纳蒙（Senarmont）的补偿法110

3.3.2.5 贝瑞克（Berek）、巴比纳特（Babinet）与巴比纳特－索111

来尔（S0leil）补偿法111

3.3.3 板玻璃的自动记录应力测定112

3.4 条纹的分析及夹入异物的检定——原料、质量及产品的监控115

3.4.1 玻璃分析概述115

3.4.2.1 从形状上检查条纹117

3.4.2 条纹的检查117

3.4.2.2 借助玻璃与条纹之间的全反射检查富含A12O3的条纹118

3.4.2.3 根据条纹的被侵蚀情况用干涉显微镜检查119

3.4.2.4 从局部的化学组成测定来检查条纹120

3.4.2.5 将条纹物质从周围的玻璃中分离出来进行检查121

3.4.3 夹入异物的检查方法122

3.4.4 显微镜下检定晶体的各种特征——硅酸盐结晶光学的基本124

知识124

3.4.5 晶体的X-射线照相分析128

3.4.5.1 前言128

3.4.5.2 试样制备129

3.4.5.3 摄影操作130

3.4.5.4 显微镜与X-射线绕射组合130

3.4.5.5 图像分析131

测灵敏度，试样制备以及电子显微镜的选择133

3.5.1 用透射电子显微镜及扫描电子显微镜检查玻璃缺陷133

3.5.1.1 电子显微镜在玻璃检查中的分辨能力、成像清晰深度、探133

3.5 解析的研究法——现代方法133

3.5.1.2 玻璃缺陷、玻璃性质及其在电子显微镜下的检查效果137

3.5.2 X-射线光谱分析及X-射线荧光分析141

3.5.2.1 操作原理141

3.5.2.1.1 电子冲击141

3.5.2.1.2荧光激发142

3.5.2.2 X-射线检波器142

3.5.2.3 射线测定仪142

3.5.2.4 谱线深浅信息的分析143

3.5.2.5 小结、仪器、使用范围143

3.5.3.1.1 非弹性散射电子（二次电子）144

3.5.3.1 操作原理144

3.5.3 电子束微型探针144

3.5.3.1.2 弹性散射电子（后向散射电子）145

3.5.3.1.3电磁波145

3.5.3.3 使用可能性的分析146

3.5.3.2 对分析试样的要求146

3.5.3.4 在玻璃制造方面的使用情况147

3.5 4 原子吸收光度计（AAS）147

3.5.5 二次离子质谱仪（SIMS）、激发射线的光谱分析法（IBSCA或SCANIR）在玻璃、玻璃表面沉积物层及气体分析中的应用149

3.5.5.1 仪器设备149

3.5.5.2 使用SIMS、IBSCA或SCANIR法分析固体物表面，特151

别是玻璃表面以及检定元素、分子或分子碎片的可能性151

3.5.5.2.1 二次离子质谱分析法（SIMS）151

须注意的问题152

3.5.5 2.3 用SIMS、IBSCA或SCANIR法检查玻璃及定量分析时152

3.5.5.2.2 由冲击离子或原子激发的射线的光谱分析152

3.5.5.3 SIMS及IBSCA法的使用举例154

3.5.6.1 玻璃的气泡中所含气体的分析155

3.5.6.1.1 分析方法上的要求155

3.5.6 玻璃中的气泡及气体的分析155

3.5.6.1.2 气泡分析方法158

3.5.6.2 玻璃中气体含量的测定161

3.5.6.2.1 通用方法162

3.5.6.2.2按照物料特点采用的方法162

3.5.6.3 从气泡中的气体分析作出气泡缺陷的诊断163

3.5.6.3.1 测定气泡中气体含量随时间的变化情况163

3.5.6.3.2 气体含量分布及分布宽度的意义166

3.5.6.3.3 从气体含量分布、可信区域、分析次数区分缺陷类型167

3.5.6.3.4其他判据168

3.5.6.3.5 通过实验室规模的熔体澄清试验诊断无法接近的熔化池中缺陷169

3.5.6.3.6 可接近的熔化池中的缺陷诊断170

文献172

第二部分 玻璃熔体中的缺陷183

第四章 玻璃熔体中的气体（气泡）183

4.1 概述183

4.2 配合料的熔化183

4.2.1 熔化时配合料中的温度分布184

4.2.2 配合料堆反应及初熔185

4.2.3 熔化过程中气体的析出185

4.2.4 影响熔化及澄清的措施189

4.2.4.1 碎玻璃的作用189

4.2.4.2 配合料中水分的作用191

4.2.4.3 配合料中各组分颗粒度的作用191

4.2.4.4 助熔剂的作用192

4.2.5 玻璃中气泡的形成193

4.2.4.5 将配合料压实（制成片状、块状或粗粒状）及预热的作用193

4.3 气体在玻璃熔体中的溶解及扩散195

4.3.1 气体在玻璃熔体中的物理溶解度195

4.3.2 气体在玻璃熔体中的化学溶解度197

4.3.2.1 水蒸气的溶解度197

4.3.2.3 三氧化硫的溶解度200

4.3.2.4 还原性硫化合物的溶解度202

4.3.2.5 氮在玻璃熔体中的化学溶解度204

4.3.2.6 氧在玻璃熔体中的化学溶解度205

4.3.3 气体在玻璃熔体中的扩散208

4.4 从熔体中排出气泡及气体（澄清、排气及均化）210

4.4.1 玻璃熔体中气泡的上升211

4.4.3 化学澄清213

4.4.3.1 化学澄清机理213

4.4.2 气泡从玻璃熔体中排出213

4.4.3.2 氧澄清215

4.4.3.3 硫酸盐澄清216

4.4.3.4 氧化还原条件对硫酸盐澄清的影响218

4.4.3.5 其他澄清剂223

4.4.4 物理澄清法224

4.4.5 均化及澄清225

4.4.6 玻璃液流对玻璃澄清的作用226

4.5 玻璃中的气泡228

4.5.1 三种气泡类型的定义228

4.5.2 气泡缺陷诊断的运用228

4.5.3 澄清气泡230

4.5.4 溶解的气体形成的气泡（再生气泡、重沸）230

4.5.4.1 物理的原因（热重沸、机械重沸）231

4.5.4.2 化学的原因：溶解度的变化：不同熔体之间的反应233

4.5.4.3 电化学原因236

4.5.5 由杂质产生的气泡237

4.5.5.1 由气态杂质产生的气泡237

4.5.5.2 固态或液态夹杂物造成的气泡242

4.5.5.3 盐泡247

文献249

第五章 熔化残余物、夹杂物、“结石”及析晶257

5.1 概述257

5.2 结石、节瘤、析晶中可能出现的结晶类型258

5.2.1 二氧化硅SiO2258

5.2.2 氧化铝Al2O 3262

5.2.3 氧化锆（斜锆石）ZrO2及硅酸锆（锆英石）ZrO2·SiO2263

5.2.4 其他金属氧化物264

5.2.5 硅酸钙264

5.2.6 硅酸铝268

5.2.7 硫酸盐271

5.2.8 从结晶类型寻找缺陷根源272

5.3 “结石”及节瘤的来源272

5.3.1 来源于配合料及碎玻璃中的杂质272

5.3.1.1 二氧化硅结石及节瘤275

5.3.1.2 黑色结石276

5.3.1.3 金属夹入物278

5.3.2 来源于耐火材料的结石279

5.3.2.1 液滴与节瘤282

5.3.3 来源于玻璃熔体（析晶）283

5.3.3.1 析晶形状概述284

5.3.3.2 由析晶识别条纹及结石中的物质287

5.3.3.3 工业玻璃的阶段析晶及晶体共生288

5.4 光学玻璃方面出现的故障292

文献294

第六章 条纹（玻璃中的玻璃）295

6.1 玻璃中条纹的基本概念295

6.1.1 定义及概述295

6.1.2 各种条纹类型的形成过程296

6.2 熔体中的均匀性故障297

6.2.1 均匀度的概念297

6.2.2 配合料的均匀度298

6.2.3 初熔过程中的不均匀性299

6.2.4 澄清过程的均化作用302

6.2.5 物料的挥发性与粉尘是条纹产生的根源303

6.2.5.1 粉尘304

6.2.5.2 物料的挥发304

6.2.5.2.2含硼组分的挥发305

6.2.5.2.1 含碱组分的挥发305

6.2.5.2.3含铅组分的挥发306

6.2.5.2.4含氟组分的挥发306

6.2.5.2.5其他挥发现象306

6.2.6 窑炉气氛对条纹形成的作用308

6.2.7 加入碎玻璃而形成的条纹311

6.2.8 更换配合料而造成条纹315

6 3 耐火材料壁面及其他部位出现的条纹316

6 4 来自熔窑上部结构的条纹318

6.4.1 窑上部结构结渣成为条纹产生的根源318

6.4.2 来自窑？的故障319

6.5 对流及变形对条纹消散的作用321

6.5.1 大容积中的液流：通过扩散和变形达到均化（“扩散变形”）321

6.5.2 系统本身的局部流动：密度差自然对流及界面对流324

6.6.1 条纹的特殊性质在熔制过程及成型过程中发生的影响326

6.6 条纹在熔制过程中及成型过程中的状况326

6.6.2 条纹的排列通过成型而固定328

6.6.3 隐藏的条纹333

6.6.4 热条纹334

文献335

第七章 玻璃熔体与耐火材料之间的相互作用342

7.1 耐火材料342

7.1.1 耐火砖及耐火灰泥的性质342

7.1.2 耐火砖质量的分类342

7.1.2.1 含氧化铝－二氧化硅的耐火砖342

7.1.2.2 含SiO2的耐火砖343

7.1.2.3 碱性砖343

7.1.3 隔热砖及轻质耐火砖344

7.1.2.8 金属材料344

7.1.2.7 熔铸砖344

7.1.2.6 碳砖344

7.1.2.5 含碳化硅的制品344

7.1.2.4 硅酸锆砖及灰泥344

7.1.4 耐火砖的规格尺寸345

7.1.5 由耐火材料产生的玻璃缺陷345

7.2 耐火材料被玻璃熔体侵蚀时界面对流的特殊作用346

7.2.1 优先在水平方向造成的侵蚀（“液面线腐蚀现象”）346

7.2.2 垂直方向的侵蚀（“气泡穿孔”及“金属滴穿孔”）349

7.2.3 防侵蚀措施的提示353

7.3 来源于耐火材料的玻璃缺陷354

7.3.1 隙缝和裂纹为侵蚀的入侵点354

7.3.2 共熔侵蚀357

7.3.2.1 熔渣流反应顺序的影响359

7.3.2.2 由杂质引起的熔渣362

7.3.2.3 硅砖？顶结渣及其危害364

文献368

第八章玻璃的色差370

8.1 色差是什么370

8.2 色差的作用370

8.2.1 色差对使用价值的作用370

8.2.2 色差在熔制工艺技术上的作用370

8.3 色差的判断371

8.3.1 目测判断371

8.3.2 定量的颜色测定371

8.4 玻璃中颜色的来源374

8.4.1 由于铁含量引起的色差375

8.4.1.1 铁的来源376

8.4.1.2 熔体内部的作用（“化学脱色”）376

8.4.2 其他杂质造成的色差378

8.4.1.3 外部对玻璃色差的影响378

8.4.3.1 加入少量着色剂以调整色调（“物理脱色”）379

8.4.3.2 光线改变色调379

8.4.3 改变色调379

8.4.4 颜色玻璃的色差380

8.4.4.1 碳黄玻璃的色调381

8.4.4.2 棕色玻璃药瓶的色调381

文献382

第三部分制品上的缺陷383

第九章瓶罐玻璃和压制玻璃制品上的成型缺陷及表面缺陷383

9.1 成型过程的有关基本概念383

9.2 玻璃容器的各部分和几种极重要的口型384

9.3.1 玻璃瓶385

9.3.1.1 IS-成型机385

9.3 玻璃成型机的成型操作原理385

9.3.1.2 罗朗特（Roirant）S10成型机388

9.3.2 制玻璃制品389

9.4 表面缺陷391

9.4.1 表面上的皱纹及折痕（鼓泡、麻斑等）391

9.4.2 流线波纹392

9.4.3 玻璃表面撕裂（粘模）394

9.4.4 瓶口“粗糙”394

9.4.5 模子表面造成的印纹395

9.4.6 玻璃与冲头或芯子粘连，玻璃拉丝397

9.4.7 由杂质造成的印纹399

9.4.8 刮伤或擦伤399

9.4.9 玻璃表面的火斑（灰尘点）399

9.4.10 通过加热将玻璃烫平400

9.4.11.1 研磨及刻花401

9.4.11 成品加工及精加工中的表面缺陷401

9.4.1 1.2 彩绘珐琅画面缺陷405

9.4.11.3 酸蚀装饰406

9.5 裂纹及断裂407

9.5.1 成型过程中形成的裂纹407

9.5.2 玻璃的粘连409

9.5.3 成型后出现的裂纹410

9.5.4 从口部崩落玻璃碎片410

9.5.5 成型后的破损410

9.6 玻璃熔体中的不均匀物410

9.7 壁厚的分布411

9.8 合缝线414

9.8.1 玻璃容器上不同部位的合缝线414

9.8.3 压制玻璃的合缝线416

9.8.2 剪料切痕416

9.9 外形的缺陷、重量及容量417

9.9.1 吹制及压制的玻璃器皿的不完整部分417

9.9.2 成型后变形造成的外形缺陷419

9.9.3 规格准确程度（尺寸、重量、容量）420

9.10 质量控制421

文献422

第十章 平板玻璃的成形缺陷424

10.1 引言424

10.2 各种平板玻璃共同的成型缺陷425

10.3 浮法玻璃的成型缺陷428

10.4 引上法平板玻璃（机制玻璃板）的成型缺陷429

10.4.1 弗克法玻璃的缺陷430

10.4.2 ？比－欧文斯法玻璃的成型缺陷430

10.5 研磨及抛光的压延玻璃的成型缺陷431

10.4.3 匹兹堡法玻璃的成型缺陷431

10.5.1 滚压过程中产生的成型缺陷432

10.5.2 研磨造成的成型缺陷433

10.5.3 抛光产生的成型缺陷434

10.6 压延玻璃制品的成型缺陷436

10.6.1 夹丝玻璃的成型缺陷438

10.6.2 压花玻璃的成型缺陷439

10.6.3 火焰抛光表面的压延玻璃成型缺陷440

10.7 弯曲玻璃板的成型缺陷441

10.8 安全玻璃中的缺陷443

10.8.1 热钢化安全玻璃中的缺陷443

10.8.2 夹层安全玻璃中的缺陷444

10.9 由表面机械擦伤造成的缺陷445

10.10 研磨等后加工造成的缺陷446

文献450

第十一章 玻璃表面的化学变化451

11.1 引言451

11.2 由化学反应引起的表面变化453

11.2.1 有水参与的变化453

11.2.1.1 水分过量的情况453

11.2.1.2 水分不足的情况（潮湿）456

11.2.1.3 关于玻璃发乌的倾向以及形成斑点的几种检验法460

11.2.2 有酸参与所发生的变化462

11.2.2.1 过量的酸性水溶液462

11.2.2.2 气态的酸（工厂中的烟气）463

11.2.3 有碱参与的表面变化465

11.2.3.1 过量的碱465

11.3 对玻璃表面的特殊化学作用（不希望发生的）466

11.3.1 水在玻璃表面的润湿作用被破坏466

11.2.3.2 不足量的碱466

11.3.2 浮法玻璃上的特殊化学变化469

11.3.3 表面上重金属氧化物的还原471

11.3.4 从玻璃表面逸出有害离子（铅溶出）471

11.3.5 洗涤机中冲洗后玻璃表面的变化473

11.4 使玻璃表面产生化学变化的技术476

11.4.1 用离子交换达到化学钢化477

11.4.2 与气体离子交换加工玻璃（特别是提高玻璃容器的抗水性能）478

11.4.3 表面涂层以改善玻璃的质量479

11.4.3.1 玻璃容器内表面的硅烷化481

11.4.3.2 玻璃容器外表面涂层以提高抗冲击强度或降低表面磨损482

11.4.3.3 平板玻璃表面涂层以改变其光学性质483

11.4.3.44 关于涂层的其他方面484

11.5 用热处理改变玻璃的表面486

文献488

第十二章玻璃中断裂的形成及其发展495

12.1 断裂力学的理论基础495

12.1.1 线弹性断裂力学原理概述495

12.1.2 负荷类型Ⅰ的裂口附近的应力及其移动情况496

12.1.3 负荷类型Ⅱ的裂纹附近的应力及移动情况498

12.1.4 各种裂纹形状的应力强度系数K1498

12.1.4.1 在拉伸应力作用下板上或板内的单一裂纹499

12.1.4.2 玻璃板在弯曲应力作用下的表面裂纹500

12.1.4.3 远离板边在拉伸应力作用下的椭圆形内部裂纹501

12.1.4.4 拉伸应力作用下的椭圆形表面裂纹501

12.1.5 负荷类型Ⅰ及Ⅱ叠加时的应力502

12.1.6 几道裂纹共同作用下的K-系数503

12.1.7 裂纹扩大时的能量转化504

12.2 形成断裂的基本过程505

12.3.1 玻璃丝在拉伸试验中的断裂形成509

12.3 各种静负荷下的断裂形成509

12.3.2 由弯曲形成的断裂510

12.3.3 玻璃瓶爆裂时的断裂现象512

12.3.4 热效应导致的暂时应力参加下的断裂形成513

12.3.4.1 实际事例514

12.3.4.2 对解释热效应造成破裂问题的探索516

12.3.5 永久热效应应力参与下的断裂过程519

12.3.5.1 均一玻璃体在预1制应力作用下造成的破裂519

12.3.5.2 由于玻璃与金属封接点的应力造成的破裂522

12.3.6 由压力负荷造成的破裂524

12.4 在冲击负荷下产生的破裂525

12.5 裂纹扩大529

12.5.1 裂纹扩大的方向；由弹性波造成的断裂面的变化情况529

12.5.1.1 超声波线529

1 2.5.1.2 瓦尔纳（Wallner）线532

12.5.2 裂纹发展速度的大小535

12.6 断裂面的形态学536

12.6.1 部分裂纹前缘之间的交界线——断裂双曲线及断裂抛物线536

12.6.2 柳叶刀形裂纹538

12.6.3 停顿线及过渡线540

12.6.4 裂纹分枝541

12.6.5 典型断裂面形状举例544

12.6.5.1 弯曲造成的断裂面544

12.6.5.2 预制应力玻璃的断裂面545

12.6.5.3 玻璃板中裂纹系统的侧视图545

12.7 玻璃的“切割”546

12.8 玻璃的研磨及抛光551

文献554

第十三章 玻璃“缺陷”作为装饰558

文献561