無機(jī)非金屬材料實(shí)驗(yàn)四第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月在透明玻璃生產(chǎn)中，玻璃的析晶是決不允許的，因?yàn)槲鼍斐刹Ａе破吠庥^和內(nèi)部的缺陷，在晶體周圍會產(chǎn)生用退火方法無法消除的應(yīng)力而降低玻璃的機(jī)械性質(zhì)和熱穩(wěn)定性。透明玻璃制品中有晶體存在時(shí)會引起光散射，降低玻璃的透光度和光學(xué)均勻性。

在乳濁玻璃和微晶玻璃等的生產(chǎn)中，卻要使玻璃體內(nèi)部結(jié)晶，而且要控制晶體的生成，使晶體數(shù)量和晶體顆粒的大小達(dá)到一定的要求才能滿足制品質(zhì)量的要求。此外，在陶瓷的生產(chǎn)中，若在陶瓷制品的表面覆蓋結(jié)晶釉，會產(chǎn)生富麗堂皇、光彩奪目的效果。

第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月微晶玻璃具有很多優(yōu)異的性能，如：機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹性可調(diào)、抗熱震性好、耐化學(xué)腐蝕、低的介電損耗、電絕緣性好等優(yōu)越的綜合性能；使得這種材料不僅具有較好經(jīng)濟(jì)效益，而且有希望代替更具傳統(tǒng)性的材料。第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月因此，對于所生產(chǎn)的玻璃，都必須了解其析晶性能，并根據(jù)析晶性能制訂合理的生產(chǎn)工藝制度。測定玻璃的析晶性能，對研究滿足新用途的玻璃或陶瓷新產(chǎn)品也具有重要的意義。

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

１．用梯溫法測定某組成玻璃的析晶性能；２．掌握梯溫法測定玻璃析晶溫度的原理和測試技術(shù)；３．了解玻璃析晶上限溫度與下限溫度在玻璃熔制過程中的意義。

第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月二.基本原理根據(jù)塔曼（Tamman）理論，析晶主要決定于晶核形成速率（Ｋv）、晶核成長速度（Ｋg）以及熔體的粘度（η），同時(shí)與玻璃液在該溫度下的保溫時(shí)間有關(guān)。

Kv

Kg

℃

Kv

Kg

第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月晶核形成速率是指在一定溫度下在單位時(shí)間內(nèi)單位容積中所形成的晶核數(shù)目（個數(shù)／分鐘）。晶體成長速度是指在單位時(shí)間內(nèi)晶體增長的直線長度（微米／分鐘）。晶核形成的最大速率（Ｋv,max）和長大的最大速度（Ｋｇ,max）分別在兩個不同的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，只有在兩者都較大的溫度下最易析晶。測定析晶的方法梯溫法淬冷法熱分析法

第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月本實(shí)驗(yàn)利用梯溫爐來測定玻璃的析晶溫度。在梯溫爐中，由于爐中心部分的溫度最高，兩邊的溫度有規(guī)律地降低，因此總有一個溫度范圍是玻璃的結(jié)晶化溫度。當(dāng)試樣在爐內(nèi)恒溫一定時(shí)間后，晶相和玻璃相之間就可能建立熱平衡而出現(xiàn)析晶，這時(shí)將試樣取出并迅速冷卻。用眼睛或在顯微鏡下觀察析晶程度，就可確定玻璃表面出現(xiàn)結(jié)晶化合物的臨界溫度，即析晶上、下限溫度。

第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三．實(shí)驗(yàn)器材

1．析晶測定儀，一臺；2.金相顯微鏡或偏光顯微鏡，一臺；

3．電位差計(jì)，一臺；

4．鉑銠熱電偶，二只；

5．瓷舟（或白金舟），若干；6.玻璃條或淬火后的玻璃碎塊。第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月四．試樣要求與制備1.用來測定析晶能力的玻璃應(yīng)無缺陷（如氣泡、砂子等）。2.對于板狀的待測玻璃，可把試樣切成長１９０ｍｍ，寬５ｍｍ的條。對于直徑約５ｍｍ的棒狀待測玻璃，則截成需要的長度。若試樣為球狀，可淬火后敲成小塊。若為無規(guī)則的塊狀樣品，可選約70克重的玻璃塊，搗碎、除鐵、洗凈、烘干，放進(jìn)帶蓋的玻璃瓶中待用。3.把瓷舟（或白金舟）內(nèi)表面刷凈、烘干。將試樣均勻地放在瓷舟（或白金舟）中。試樣不能裝太多，大約為瓷舟（或白金舟）容積的3/4即可。

第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月五．實(shí)驗(yàn)步驟

第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月六.數(shù)據(jù)處理

1.爐長——溫度測定數(shù)據(jù)

第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.繪制梯溫曲線

第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.確定析晶的上下限溫度

1200

1100溫1000度900℃

800

700

爐長（cm）

“溫度—爐長”曲線及確定玻璃析晶上、下限的方法第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月4.記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)基本數(shù)據(jù)及結(jié)果表5.重復(fù)實(shí)驗(yàn)在同一爐中，用同一種玻璃試樣重復(fù)試驗(yàn)的兩次析晶溫度測試值，要求相差準(zhǔn)確度在10℃以內(nèi)。否則再取一組試樣重做。最后，由兩次或兩次以上的測試值算出平均析晶溫度。第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月七.影響因素1.瓷舟內(nèi)表面要刷凈、烘干，避免雜質(zhì)引起結(jié)晶，干擾擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.瓷舟的頂端要正好放在控溫?zé)犭娕己附宇^的下方(此處是爐溫的最高處)，否則會因瓷舟位置的前移或后移而引起測量的誤差。3.保溫時(shí)間應(yīng)適當(dāng)(足夠長)，否則試樣表面結(jié)晶少，不易觀察結(jié)果。4.當(dāng)用肉眼觀察玻璃表面的結(jié)晶情況時(shí)，應(yīng)趁試樣還足夠熱時(shí)觀察玻璃表面的結(jié)晶情況。否則玻璃試驗(yàn)冷卻時(shí)表面炸裂，影響觀察。第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)二玻璃軟化溫度的測定

測定軟化點(diǎn)意義

許多材料在使用時(shí)要考慮它的軟化溫度。在無機(jī)非金屬材料的研究與生產(chǎn)中，測定玻璃的軟化點(diǎn)溫度在生產(chǎn)工藝上有重要意義。對于玻璃制品的退火和增強(qiáng)處理等，熱溫度都不應(yīng)達(dá)到、更不能超過軟化點(diǎn)溫度，否則制品將變形成為廢品。本實(shí)驗(yàn)以玻璃為測試對象。

第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.

懂得測定玻璃軟化點(diǎn)在生產(chǎn)中的重要意義。2.掌握玻璃絲伸長法測定軟化點(diǎn)溫度的基本原理和測量方法。二.基本原理玻璃的軟化點(diǎn)溫度有幾種說法。本實(shí)驗(yàn)所要測定的軟化點(diǎn)溫度，是指規(guī)定尺寸（長235±1mm；平均直徑0.65±0.10mm）的玻璃絲，懸掛在特定的爐中，以每分鐘５±1℃的速度升溫加熱時(shí)，玻璃絲在自身重力作用下每分鐘伸長１mm時(shí)的溫度。為了避免誤解，這個軟化點(diǎn)溫度通常稱為李特列登（Littleton）點(diǎn)。對于許多玻璃，這一溫度所對應(yīng)的粘度大約是106.6帕秒。

第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三．實(shí)驗(yàn)器材

1.軟化點(diǎn)測定儀（ＢＬＲ型）一臺；（或DNY型吊絲法玻璃粘度測定儀一臺）。2.讀數(shù)顯微鏡一臺；3.千分尺（螺旋測微器）5．秒表一塊；6．酒精燈

第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月四．試樣要求與制備１．用來測定軟化點(diǎn)的玻璃絲要求直而不彎，粗細(xì)均勻，平均直徑應(yīng)為0.65mm±0.10mmｍｍ，在玻璃絲的全長上，最大直徑與最小直徑的差不得大于0.02mm。２．玻璃絲表面光滑、絲內(nèi)無氣泡、砂粒、結(jié)石及其他雜質(zhì)。３．將玻璃絲的一端在酒精燈上燒一個小球，取小球以下235mm±1mm長的玻璃絲作為待測試樣。４．把上述制做好的玻璃絲穿在一塊有一小孔的云母片上，玻璃絲應(yīng)在懸掛時(shí)不往下掉。按同樣方法制備3個試樣。

第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月五．實(shí)驗(yàn)步驟

第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月六．實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1.實(shí)驗(yàn)記錄當(dāng)玻璃絲開始以約0.1mm／min的速度伸長時(shí)，開始記錄玻璃絲的長度，精確到0.02mm。每分鐘末記錄一次長度讀數(shù)，每半分鐘記錄一次溫度讀數(shù)，直至伸長速度達(dá)每分鐘1.2mm以上時(shí)即可停止實(shí)驗(yàn)。

第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2．圖解法求結(jié)果

直角座標(biāo)系法

溫度℃時(shí)間min時(shí)間min伸長mm45o第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半對數(shù)座標(biāo)法溫度℃logΔLΔL＝1.0軟化點(diǎn)第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3．計(jì)算機(jī)法求結(jié)果Tsp=(0+16.802)/0.0225=746.8℃第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月4．求平均值以三個試樣的平均值表示試驗(yàn)結(jié)果。5.精密度和偏差一般說來，本方法重復(fù)測試軟化點(diǎn)溫度的偏差在1℃以內(nèi)。如果偏差過大，應(yīng)另取三個試樣重作。

第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月七.影響因素1．試樣的影響：玻璃絲的粗細(xì)要均勻，直而不彎，這樣可使測定結(jié)果有較好的重復(fù)性。2．升溫速度的影響：升溫速度過快時(shí)，玻璃絲的表面溫度比內(nèi)部高，玻璃表面與內(nèi)部的伸長不一致，這將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。3．圖解方法的影響：作圖時(shí)，在直角坐標(biāo)系中必須用單位長度表示時(shí)間(分鐘)伸長(mm)，否則違背了玻璃軟化點(diǎn)溫度的定義，得出錯誤得結(jié)果。第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)三玻璃內(nèi)應(yīng)力的測定

玻璃是脆性材料。由于生產(chǎn)工藝的特殊性，在制作完成后的玻璃制品中還或多或少地存在內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會降低玻璃制品的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，用戶在使用過程中也可能產(chǎn)生炸裂，造成財(cái)產(chǎn)損失或人身安全事故。因此，為了保證使用時(shí)的安全，對各種玻璃制品都規(guī)定其殘余的內(nèi)應(yīng)力不能超過某一規(guī)定值。在玻璃出廠前的質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)測定玻璃的內(nèi)應(yīng)力，可控制應(yīng)力超標(biāo)的玻璃流入市場。一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步了解玻璃內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因；2.掌握測定玻璃內(nèi)應(yīng)力的原理和方法。第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月二.基本原理

1．玻璃中的內(nèi)應(yīng)力與光程差

玻璃、塑料等許多透明材料通常是一種均質(zhì)體，具有各向同性的性質(zhì)，當(dāng)單色光通過其中時(shí)，光速與其傳播方向和光波的偏振面無關(guān)，不會發(fā)生雙折射現(xiàn)象。

無應(yīng)力的玻璃入射光出射光第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月玻璃具有殘余應(yīng)力時(shí)，各向同性的玻璃在光學(xué)上就成為各向異性體，單色光通過玻璃時(shí)就會分離為兩束光，O光在玻璃內(nèi)的光速及其傳播方向、光波的偏振面都不變，所以仍沿原來的入射方向前進(jìn)，到達(dá)第二個表面時(shí)所需的時(shí)間較少，所經(jīng)過的路程較短；E光在玻璃內(nèi)的光速及其傳播方向、光波的偏振面都發(fā)生變化，因此偏離原來的入射方向，到達(dá)第二個表面時(shí)所需的時(shí)間較多，所經(jīng)過的路程較長。O光和E光的這種路程之差稱為光程差。測出這種光程差的大小，就可計(jì)算玻璃的內(nèi)應(yīng)力。有應(yīng)力的玻璃入射光O光E光第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2．光程差的測量原理本實(shí)驗(yàn)采用補(bǔ)償器測定法測定光程差，由光源1發(fā)出的光經(jīng)起偏鏡2后，變成平面偏振光（假設(shè)其振動方向?yàn)榇怪狈较颍?dāng)旋轉(zhuǎn)檢偏鏡5與之正交時(shí)，偏振光不能通過，用眼睛6觀察時(shí)視場呈黑色。若在光路中放入有應(yīng)力的玻璃試樣3時(shí)，該偏振光通過玻璃后被分解為具有程差的水平偏振光和垂直偏振光。當(dāng)兩束偏振光通過1/4波片4后，被合成為平面偏振光，但此時(shí)的平面偏振光的偏振面對起偏鏡產(chǎn)生的平面偏振光的振動方向有一個θ角的旋轉(zhuǎn)。因此，在視場中就可看到兩條黑色條紋隔開的明亮區(qū)。旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，重新使玻璃中心變黑，根據(jù)檢偏鏡的角度差θ，就可計(jì)算玻璃的光程差。

第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月123456第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月由理論推導(dǎo)可知，玻璃試樣的光程差與偏轉(zhuǎn)角成正比，即：R=λθ/π當(dāng)以白光燈為光源時(shí)，λ=540（納米），則R=3θ

通常，用單位長度的光程差來表示玻璃的內(nèi)應(yīng)力：δ=R/d布儒斯特（Brewster）等研究得出，玻璃的雙折射程度與玻璃內(nèi)應(yīng)力強(qiáng)度成正比，即就可得玻璃內(nèi)應(yīng)力計(jì)算公式，即第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三．實(shí)驗(yàn)器材

1．雙折射儀，一臺；2．玻璃試體若干：１０～２０ｍｍ×１００～１２０ｍｍ長方條玻璃。

第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月四．實(shí)驗(yàn)步驟

第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月五．實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.結(jié)果計(jì)算單位長度的光程差可按下式計(jì)算：δ＝３（φ－φ０）/ｄ

單位長度試樣的殘余應(yīng)力：第39頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)四玻璃退火溫度的測定

為了消除熱不均勻所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，在生產(chǎn)中絕大多數(shù)玻璃制品都需作退火處理（少數(shù)薄壁的小件制品，有時(shí)省去退火工序），以期減少或消除玻璃中的內(nèi)應(yīng)力，提高制品的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，減小生產(chǎn)過程中的破損，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量。測定玻璃的退火溫度上、下限，可以合理地確定退火工藝制度，對生產(chǎn)控制有很大的作用。

一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步了解玻璃退火的實(shí)質(zhì)；2.掌握測定玻璃退火溫度的原理和方法。

第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月二.基本原理玻璃中內(nèi)應(yīng)力的消除與玻璃粘度有關(guān)，粘度越小，應(yīng)力松馳越快，應(yīng)力消除也越快。退火處理的安全溫度，常稱為最高退火溫度或退火點(diǎn)，它是指在此溫度下維持３分鐘能使玻璃內(nèi)的應(yīng)力消除９５％，相當(dāng)于玻璃粘度為１０12帕秒時(shí)的溫度。最低退火溫度是指在此溫度下維持３分鐘僅能使應(yīng)力消除５％，即相當(dāng)于玻璃粘度為１０１５帕秒時(shí)的溫度。玻璃退火溫度與化學(xué)組成有關(guān)，普通工業(yè)玻璃的最高退火溫度約為４００～６００℃，一般采用的最低退火溫度比這個溫度低５０～１５０℃。第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月在玻璃的退火溫度范圍內(nèi)，玻璃試樣退火時(shí)的剩余應(yīng)力δi與初始應(yīng)力δ0的比值δi/δ0，與溫度呈線性關(guān)系，因此根據(jù)上述定義就可以求出玻璃的最高退火溫度和最低退火溫度。δi/δo0.950.05T下

T上

T（℃）第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三．實(shí)驗(yàn)器材

1．雙折射儀，一臺；2.管式電爐，一臺；3.時(shí)鐘或秒表，一只；4.待測試樣。第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月四．試樣制備⑴塊狀試樣的制備用玻璃刀或切片機(jī)將待測玻璃切成尺寸為１０×１０ｍｍ的方塊玻璃，選取無砂子、條紋、氣泡、裂紋等缺陷的小塊為試塊。試塊須經(jīng)淬火處理，即將選取的試塊置于馬弗爐中，在稍高于玻璃退火溫度下保溫0.5～1小時(shí)，取出在空氣中自然冷卻到室溫。⑵棒狀試樣的制備若試樣為棒狀時(shí)，可選取φ６ｍｍ的玻璃棒為試樣。用薄砂輪片將玻璃棒切成約３０mm長的棒狀試體，然后按上述方法進(jìn)行淬火處理。第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月五．實(shí)驗(yàn)步驟

1.裝上玻璃試體出現(xiàn)四個月牙形的亮域，此時(shí)檢偏鏡旋轉(zhuǎn)角度為φ0。2.旋轉(zhuǎn)檢偏鏡使試體左右兩側(cè)邊緣出現(xiàn)月牙形小亮域（上、下無月牙形），應(yīng)力值最大時(shí)的初始角度φmax。

第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.當(dāng)試體進(jìn)入最低退火溫度時(shí)，光程差（即干涉色）開始顯著平穩(wěn)地減小，試樣兩側(cè)的月牙形小亮域往邊部移動。此時(shí)，每３分鐘慢慢旋轉(zhuǎn)偏鏡，以保持原始φmax時(shí)月牙亮域的大小。并記下此時(shí)的角度φi和溫度Ｔｉ；如此下去，直到試體內(nèi)的光程差為“０”，此時(shí)正好檢偏鏡轉(zhuǎn)回到φ0的位