玻璃工艺学（原晓艳）（第二版）

玻璃是一种古老而又被赋予诸多现代内涵的材料。随着科学技术的发展，玻璃材料的应用越来越广泛，在科学技术发展中的作用越来越重要。
《玻璃工艺学》是为高等学校无机非金属材料(玻璃材料方向)专业教学使用而编写的教材。本教材是在第一版教材多年教学实践的基础上，按照现用教学大纲及授课内容，结合现有玻璃工艺专业课程知识点，参考了大量相关专著及文献后编写而成的。本书亦为陕西科技大学一流本科专业建设成果教材。
本次修订内容主要如下：
1. 按最新标准，调整规范了章节内容，将原有18个章节调整成10个章节，如将第一版第4～9章合并成一章(第5章玻璃的性质)；将第一版第10章玻璃的原料和第11章玻璃的配合料合并成一章(第6章玻璃的原料及配合料)；将第一版第13章节玻璃的缺陷调整到第7章玻璃的熔制与缺陷；将第一版第15章玻璃退火与钢化中玻璃钢化内容调整到第9章玻璃的加工和表面处理。
2. 采用二维码形式来扩展本书内容。将一些教学内容(如第5章中颜色的表示方法)作简要介绍，详细内容不再放到本书中，而是采用二维码形式给出。
3. 更新了各章的部分习题，简化了玻璃的反射、吸收和透过等内容。
本书由陕西科技大学原晓艳、施佩、殷海荣编写。具体编写分工：原晓艳(第1～4章、第6～8章)、施佩(第5章)、殷海荣(第9章、第10章)。全书由赵彦钊教授审稿。本书由赵彦钊、高淑雅教授鼓励、倡议。在修订过程中，得到陕西科技大学材料学院领导和同事大力支持，尤其得到了玻璃教研室及实验室全体同事的大力支持，还得到陕西科技大学学科建设项目教材建设的资金支助。
本书的编写者们是在老一辈从事玻璃专业的教师言传身教下成长的，他们严谨的学风、诲人不倦的教风给我们树立了良好的榜样，在此对他们表示深深的敬意和谢意。同时，对本书引用参考文献的作者们也一并表示衷心的谢意。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，敬请专家和读者批评指正。

编者
2023年6月

本书主要包含玻璃的基础理论（1～5章）和工艺基础（6～10章）。玻璃的基础理论主要介绍玻璃结构、组成、性能以及三者之间的相互联系等；玻璃的工艺基础主要介绍玻璃的生产工艺基本知识，包括玻璃制备工艺原理、工艺流程及其影响因素等。本书可供高等学校无机非金属材料（玻璃材料）专业教学使用，可作为职业教育、成人教育或中等专科学校的教学参考书，也可供从事玻璃研究和生产的科研工作者及工程技术人员参考。

无

第1章 绪论1
1.1 玻璃在国民经济中的作用  1
1.2 玻璃的发展历程  1
1.3 玻璃工艺研究发展展望  2

第2章 玻璃结构与组成5
2.1 玻璃的定义与通性  5
2.1.1 玻璃的定义  5
2.1.2 玻璃的通性  5
2.2 玻璃结构  7
2.2.1 晶子学说  7
2.2.2 无规则网络学说  8
2.2.3 玻璃结构理论的进展  9
2.3 玻璃结构和熔体结构  9
2.3.1 硅酸盐熔体的结构  9
2.3.2 玻璃结构与熔体结构的关系  10
2.4 单元系统玻璃  10
2.4.1 石英玻璃结构  10
2.4.2 氧化硼玻璃结构  11
2.4.3 五氧化二磷玻璃结构  13
2.5 硅酸盐玻璃结构  14
2.5.1 碱硅酸盐玻璃结构  14
2.5.2 钠钙硅玻璃结构  14
2.6 硼酸盐玻璃结构  15
2.6.1 碱硼酸盐玻璃结构  15
2.6.2 钠硼硅玻璃结构  16
2.7 磷酸盐玻璃结构  18
2.8 逆性玻璃  18
2.9 其他氧化物、硫属化合物、卤化物玻璃   20
2.9.1 其他氧化物玻璃  20
2.9.2 硫属化合物玻璃  21
2.9.3 卤化物玻璃  22
2.10 玻璃结构中阳离子的分类  22
2.11 各种氧化物在玻璃中的作用  23
2.11.1 碱金属氧化物的作用  23
2.11.2 二价金属氧化物的作用  24
2.11.3 其他氧化物的作用  27
2.12 玻璃的热历史  28
2.12.1 玻璃在转变区的结构、性能的变化规律  29
2.12.2 热历史对性能的影响  30
2.12.3 理论分析  31
2.13 玻璃成分、结构、性能之间的关系  32
思考题  34

第3章 玻璃的形成规律35
3.1 玻璃的形成方法  35
3.2 玻璃形成的条件  36
3.2.1 玻璃形成的热力学条件  36
3.2.2 玻璃形成的动力学条件  37
3.2.3 玻璃形成的结晶化学理论  40
3.2.4 温特(Winter) 的原子构造理论  42
3.3 氧化物玻璃形成区  43
3.3.1 一元系统玻璃  43
3.3.2 二元系统玻璃  44
3.3.3 三元系统玻璃  46
思考题  53

第4章 熔体和玻璃体的相变54
4.1 玻璃分相  54
4.1.1 两种不同分相结构及机理  56
4.1.2 二元系统玻璃的分相  56
4.1.3 三元系统玻璃的分相  57
4.1.4 玻璃分相的原因  59
4.1.5 分相对玻璃性质的影响  59
4.2 玻璃的析晶  62
4.2.1 成核过程  62
4.2.2 晶体生长  66
4.2.3 影响玻璃析晶的因素  66
4.3 微晶玻璃的核化和晶化  67
4.3.1 低膨胀锂铝硅微晶玻璃的晶相  67
4.3.2 低膨胀锂铝硅微晶玻璃的成核剂  68
4.3.3 低膨胀锂铝硅微晶玻璃的热处理过程  69
思考题  69

第5章 玻璃的性质70
5.1 玻璃的黏度  70
5.1.1 黏度与温度关系  70
5.1.2 黏度与熔体结构的关系  74
5.1.3 黏度与玻璃组成的关系  74
5.1.4 黏度参考点  77
5.1.5 黏度在生产中的应用  78
5.1.6 黏度的计算和测试  79
5.2 玻璃的表面张力  81
5.2.1 玻璃表面张力的物理与工艺意义  81
5.2.2 玻璃表面张力与组成、温度的关系  82
5.2.3 玻璃的润湿性及影响因素  85
5.3 玻璃的表面性质  86
5.3.1 玻璃的表面组成与表面结构  86
5.3.2 玻璃表面的离子交换  87
5.3.3 玻璃的表面吸附  88
5.4 玻璃的力学性能  88
5.4.1 玻璃的机械强度  88
5.4.2 玻璃的弹性  93
5.4.3 玻璃的硬度与脆性  96
5.4.4 玻璃的密度  97
5.5 玻璃的热学性质  100
5.5.1 玻璃的热膨胀系数  100
5.5.2 玻璃的导热性  103
5.5.3 玻璃的热稳定性  104
5.6 玻璃的电学及磁学性质  106
5.6.1 玻璃的导电性  106
5.6.2 玻璃的介电性  109
5.6.3 玻璃的磁学性质  111
5.7 玻璃的光学性质  112
5.7.1 玻璃的折射率  113
5.7.2 玻璃的光学常数  117
5.7.3 玻璃的反射、吸收和透过  117
5.7.4 玻璃的红外和紫外吸收  120
5.8 玻璃的化学稳定性  121
5.8.1 玻璃的侵蚀机理  122
5.8.2 影响玻璃化学稳定性的因素   124
5.8.3 特殊的侵蚀情况  127
5.8.4 玻璃化学稳定性的测试方法   129
5.9 玻璃的着色和脱色  129
5.9.1 离子着色  130
5.9.2 硫、硒及其化合物的着色  145
5.9.3 金属胶体着色  149
5.9.4 玻璃的脱色  151

第6章 玻璃的原料及配合料153
6.1 原料的选择原则及标准化、专业化生产和均化技术  153
6.1.1 原料的选择原则  153
6.1.2 原料的标准化、专业化生产   154
6.1.3 原料的均化技术  154
6.2 玻璃的原料  160
6.2.1 主要原料  160
6.2.2 辅助原料  170
6.2.3 碎玻璃  176
6.2.4 天然含碱原料、矿渣原料和稀土氧化物原料  177
6.3 玻璃组成的设计和确定  179
6.3.1 玻璃组成设计原则  179
6.3.2 设计与确定玻璃组成的步骤   180
6.3.3 玻璃组成的设计与确定方法举例   180
6.4 配合料的计算与制备  185
6.4.1 配合料的计算  185
6.4.2 配合料的制备  188
6.4.3 配合料的质量检验  195
6.4.4 配合料的造粒  195
思考题  196

第7章 玻璃的熔制与缺陷197
7.1 玻璃的熔制过程  197
7.1.1 硅酸盐形成和玻璃的形成  198
7.1.2 玻璃的澄清  200
7.1.3 玻璃液的均化  205
7.1.4 玻璃液的冷却  205
7.2 影响玻璃熔制过程的工艺因素  206
7.2.1 玻璃组成  206
7.2.2 原料的性质及其种类的选择   206
7.2.3 配合料的影响  206
7.2.4 投料方式的影响  207
7.2.5 加速剂的影响  207
7.2.6 熔制制度的影响  208
7.2.7 玻璃液流的影响  209
7.2.8 窑炉、 耐火材料的影响  209
7.2.9 熔制工艺改进的影响  209
7.3 玻璃熔制的温度制度  209
7.3.1 坩埚窑中玻璃熔制的温度制度   209
7.3.2 池窑中玻璃熔制的温度制度   211
7.4 玻璃体的缺陷  214
7.4.1 玻璃体缺陷的形成原因  214
7.4.2 玻璃体缺陷的检验  223
思考题  228

第8章 玻璃的成形与退火229
8.1 玻璃的性能对成形的作用  229
8.1.1 玻璃液黏度对成形的作用  229
8.1.2 表面张力对成形的作用  230
8.1.3 弹性对成形的作用  231
8.1.4 比热容、热导率、热膨胀、表面辐射强度和透热性对成形的作用    231
8.2 玻璃的成形制度  231
8.2.1 玻璃成形过程中的热传递  232
8.2.2 玻璃的成形制度  233
8.3 玻璃的成形方法  238
8.3.1 平板玻璃的成形方法  238
8.3.2 玻璃管的成形方法  243
8.3.3 玻璃瓶罐的成形  245
8.4 玻璃中的应力  247
8.4.1 玻璃中的热应力  247
8.4.2 玻璃中的结构应力  249
8.4.3 玻璃的机械应力  249
8.4.4 玻璃中应力的表示和测定  249
8.5 玻璃的退火  252
8.5.1 玻璃中应力的消除  252
8.5.2 玻璃的退火温度  254
8.5.3 玻璃的退火工艺  256
8.5.4 制定退火制度时的有关问题   257
8.5.5 玻璃的精密退火  258
思考题  258

第9章 玻璃的加工和表面处理259
9.1 玻璃的冷加工  259
9.1.1 研磨与抛光  259
9.1.2 切割与钻孔  264
9.1.3 喷砂及砂雕  266
9.1.4 刻花与雕刻  268
9.2 玻璃制品的热加工  270
9.2.1 玻璃制品的热加工原理  270
9.2.2 玻璃制品热加工的主要方法   270
9.2.3 特殊加工方法  271
9.2.4 玻璃的热弯  276
9.3 玻璃的钢化  276
9.3.1 玻璃物理钢化  276
9.3.2 玻璃化学钢化  279
9.3.3 钢化玻璃的性能  283
9.4 玻璃的封接  284
9.4.1 封接原理  285
9.4.2 对封接玻璃的性能要求  286
9.4.3 封接的形式  287
9.4.4 玻璃封接的条件  289
9.5 玻璃的表面处理技术  290
9.5.1 玻璃表面的清洁处理  290
9.5.2 玻璃表面的蚀刻、化学抛光和蒙砂   293
9.5.3 玻璃表面的镀膜  296
思考题  299

第10章 玻璃工业的环境保护300
10.1 玻璃本身有害物的污染与防治  300
10.1.1 玻璃本身有害物的危害性  300
10.1.2 玻璃中有害物溶出的污染及防治  301
10.1.3 玻璃原料中有害物挥发的污染及防治  302
10.2 玻璃工业的污染及其防治  303
10.2.1 废气的污染及其防治  303
10.2.2 粉尘的污染及其防治  306
10.2.3 废水的污染及其治理  308
思考题  311

参考文献 312

本书主要包含玻璃的基础理论（1～5章）和工艺基础（6～10章）。玻璃的基础理论主要介绍玻璃结构、组成、性能以及三者之间的相互联系等；玻璃的工艺基础主要介绍玻璃的生产工艺基本知识，包括玻璃制备工艺原理、工艺流程及其影响因素等。本书可供高等学校无机非金属材料（玻璃材料）专业教学使用，可作为职业教育、成人教育或中等专科学校的教学参考书，也可供从事玻璃研究和生产的科研工作者及工程技术人员参考。

无