间。TO2可以提高玻璃的折射率和化学稳定性，增加吸收X射线和紫 外线能力。在含有A1,O、B,O、Mg0的硅酸盐玻璃中，TiO2在低温 时容易失透。TO2用以制造高折射率的光学玻璃，吸收X射线和紫外 线的防护玻璃，还可作微晶玻璃的成核剂。 (14)Zr02。是中间体氧化物。ZO2能提高玻璃的黏度、使度、 弹性、折射率、化学稳定性和降低玻璃的热膨胀系数。含ZO2的玻璃， 比较难熔，含量超过5%时，易析晶。ZO2用于制造良好化学稳定性、 热稳定性和时碱性良好的玻璃，也可用于高折射率光学玻璃和作微晶玻 璃的晶核剂等。 1.1.3玻璃组成设计 玻璃组成设计分为两种类型： A玻璃在物理-化学性质上有较大突破一设计新的组成如研制新型 玻璃时， B为改善玻璃某些方面性质一对组成作局部调整。 理论基础一玻璃科学理论为玻璃组成设计指出方向，必须反复通 过实践调整组成以获得符合预定要求的玻璃。要求通过一次性设计组 成，就能达到既定的玻璃物理化学性质和工艺性能方面的要求和指标。 1.1.3.1设计原则 在设计玻璃组成时应考虑以下原则： (1)根据组成、结构和性质之间的关系，使设计的玻璃能满足预 定的性能要求。 (2)根据玻璃形成图和相图，使设计的组成能够形成玻璃，析晶 倾向小（微品玻璃除外）。 (3)根据生产条件使设计的玻璃能适应熔制、成型、加工等工序 的工艺要求。 (4)所设计的玻璃应当价格低廉，原料易于获得。 设计玻璃组方法：， A先要依据玻璃所要求的性能选择适宜的氧化物系统，以确定玻璃 的主要组成，通常玻璃的主要组成氧化物为34种，它们的总量往往达 到90%。 6
B再引入其他改善性能的必要氧化物，拟定出玻璃的设计组成。 C为了使设计的玻璃析晶倾向小，可参考有关相图，在接近共熔点 或相界线处选择组成点。 D一般工业玻璃其组成氧化物在56以上。对于引入其他氧化物及 其含量，则主要考虑它们对玻璃性能的影响。 E有时可应用性能计算公式进行预算。 F最后还要添加适当的助熔剂和澄清剂，以使玻璃易于熔制 需要通过反复熔制实践和性能测定，对成分进行多次校正。在这过 程中，运用正交设计可节省探索时间。 1.1.32设计步聚 A列出设计玻璃的性能要求 B拟定玻璃组成 拟定出设计玻璃的最初组成（原始组成）。然后按有关玻璃性质的计 算公式，对设计玻璃的主要性质进行预算，如果不合要求，则应当进行 组成氧化物的增删和其引入量的调整，然后，再反复进行预算、调整。 直至初步符合要求时，即作为设计玻璃的试验组成。 C实验、测试、确定组成 按照拟定的玻璃试验组成，制备配合料，在实验室电炉中进行熔制 试验，并对熔好的玻璃进行有关性能的测试。通过试验和测试，对组成 逐次调整修改，直至设计的玻璃达到给定的性能要求和工艺要求。然后 在池炉中进行生产试验。在生产试验时对熔化、澄清、成型、退火等都 应取得数据。必要时，再对组成氧化物进行调整，最后即确定为新设计 玻璃的组成。 1.1.3.3设计工艺考虑 (1)杂质引入。 (2)挥发损失。 (3)耐火材料侵蚀。 1.1.4普通玻璃组成 普通玻璃指能够大规模生产的工业玻璃，包括平板玻璃、瓶罐玻璃、 器皿玻璃、仪器玻璃、光学玻璃和电真空玻璃等
1.1.4.1平板我璃组成 产量最大，用途最广，在各种玻璃制品中占有突出地位，并不断向 多品种及多功能方向发展。在确定平板玻璃化学组成时，要求易于熔化 和澄清，制品有良好的化学稳定性，保存与使用中不发霉，成型温度范 围析晶倾向性小，玻璃料性要短，有较快的硬化速度，以适应高速成型。 平板玻璃化学组成主要有SiO2、Al,03、Ca0、Mg0、Rz0,其质量 百分比随成型方法不同而略有差异： (1)浮法玻璃成型具有高速的特点，要求玻璃性短，硬化快，因此， 浮法玻璃采用高钙低碱成分。 (2)平拉法由于有自由液面成型和高速拉引的特点，而采用快硬的 短性玻璃，玻璃组成中CaO含量高，Na,O含量减少。 (3)有槽引上法由于利用槽子砖成型，对玻璃成分的析晶性能有更 严格限制。 (4)无槽引上法采用引砖成型，需硬化较快、料性短的玻璃组成， 即增加玻璃中CaO含量，降低Na,O含量。 1.1.4.2瓶皲璃组成 玻璃瓶罐一般可归纳为细颈瓶（小口瓶）和粗颈瓶（大口瓶）两大 类。对瓶罐玻璃的基本要求是熔化良好、均匀，尽可能避免各种玻璃缺 陷：玻璃要满足成型要求：具有一定的化学稳定性，避免与盛装物发生 作用：制品要有一定的热稳定性和一定的机械强度。除医药用瓶与化工 用瓶由于对化学稳定性有特殊要求需采用硼硅酸盐玻璃外，绝大多数瓶 罐玻璃以Na20-CaO-Si0,为基础，引入适量AlO、Mg0以改善玻璃 析品倾向，增强化学稳定性、机械强度和改善玻璃成型性质。 11.4.3器m波璃组成 器皿玻璃的组成必须满足下列要求：(1)具有制品使用时要求的热 稳定性和化学稳定性：(2)易于熔制和澄清：(3)符合成型方法要求的 黏度温度曲线：(4)生产过程中不易析晶。 1.1,4.4保温瓶我璃丝成 保温瓶的玻璃部分称为瓶胆，是一种双层或多层的薄壁容器。一般 保温瓶的容量越大，瓶口直径越小，瓶塞的导热和瓶口间隙的散热越小
保温效果越好。 小口保温瓶一直采用无硼或少硼的含镁铝的钠钙硅酸盐系统玻璃。 部分厂家引入少量的钡、锌等氧化物，使玻璃性能得到改善。 大口保温瓶玻璃多用于盛装冷物，个别可达-200℃以下，要求有优 良的热稳定性、化学稳定性和机械强度。中国采用的是半硬质硼硅酸盐 玻璃，以BO部分取代了RO(碱金属氧化物)、RO(碱土金属氧化 物)，国外目前一般认为采用Si0270%左右，B2012%左右，其他18% 左右的硬质硼硅酸盐玻璃，但在熔制和成型技术方血都具有一定的难 度。 1.1.4.5仪器波璃组成 仪器玻璃包括实验室仪器玻璃、医用玻璃等。对仪器玻璃的基本要 求是有良好的化学稳定性，主要表现为对酸、碱和水的侵蚀抓抗性好： 要求玻璃抗热冲击性好，同时要求玻璃机械强度高，弹性好、脆性低、 硬度高，使用温度高，根据仪器玻璃的各种不同用途和制造工艺选择不 同成分，以满足不同的使用要求。 高硅氧玻璃(ycor glass)是含SiO2高达96%以上的玻璃，是利 用图11中玻璃组成的B区易于分相的特点来制造的。首先选取 NaO-B2O,-SiO2系统B区域中适当组成，按普通方法熔制成玻璃，而后 在600℃左右对其进行热处理，使其分相，成为富N20-B2O3相和富SiO2 相。分相后的玻璃经退火处理，再用3NHC1和5NH2SO4进行酸处理， 浸出富NaO-B,O3相，洗去反应生成物， 5i0 月声惠硅玻璃组戚区 成为富SiO2相的多孔质玻璃，再经1200℃ 分相区 左右的烧结，制成高硅氧玻璃制品。 高硅氧玻璃制造过程中要注意基础玻 璃成分的选择，保证经热处理后可以得到 符合分相要求的玻璃。其典型成分如表1-2 图1-lNa,0-B,0-Si02系统玻璃 所列。高硅氧玻璃可以代替石英玻璃 (quartz glass)制作耐热器皿、复杂形状的仪器、高压水银灯管和溴钨 灯等。 表12高硅氧波璃成分及退火温度 9
化学成分t% 退火温度 处方法 Si0:B.0 A,0Na,0K,0 96.3 2.9 0.4 ≤020.2 910 酸处理 酸处理后再 985 1.0 0.5 0.01 1130 经蒸汽处理 高硼硅仪器玻璃是指含Si02>78%、B,03>10%的仪器玻璃。玻璃 中酸性氧化物含量大大超过碱性氧化物，玻璃具有明显的酸性。玻璃中 B2O,含量高，结构十分稳定的Al2O,可以降低分相与析晶，组成中原则 不含二价金属氧化物。这种玻璃具有低的热膨胀系数，热稳定性好，对 水和酸的侵蚀抵抗能力强，但抗碱性差。它属于最好的耐热仪器玻璃之 一，广泛用来制作各种耐热玻璃仪器。高硬硅仪器玻璃生产中存在硼挥 发、玻璃液分层和易分相等问题，因此，必须严格控制生产工艺，以达 到高硼硅仪器玻璃的使用要求。 在要求玻璃的抗酸、抗碱、抗水性能都较好的场合，硼硅酸盐中性玻 璃发挥了较好的作用，如医用安瓿、注射器等。 1.1.4.6光学波璃组成 A无色光学玻璃 无色光学玻璃主要用来制成各种曲率的球血或非球血透镜和反射 镜，以及各种复杂的棱镜，对光进行透射、折射和反射。为此它必须满 足下列基本要求：(1)特定的光学常数和同一批玻璃的光学常数的一致 性：(2)高度的透明性：(3)高度的物化均匀性：(4)一定的化学稳定 性：(5)一定的热性质和机械性质。上述要求一般不可能同时达到。 无色光学玻璃主要是按折射率加和阿贝值D的相对大小来分类的。 传统上，mD>1.6,p>50和p<1.6,n>55的各类玻璃定为“冕牌 (K)玻璃。其余各类玻璃定为“火石”(F)玻璃。在光学系统中冕牌玻 璃一般作凸透镜，火石玻璃作凹透镜。 冕玻璃和钡冕玻璃属于含碱硼硅酸盐系统。 根据光学设计的要求，光学玻璃的品种不断扩大，玻璃的组成范围 也越来越扩大，主要的基础玻璃有硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、碲酸盐 (Tc02-w0-Pb0、Ba0、Bi01系统玻璃，D可达2.2-2.4，yw可达14-16) 10