玻璃成品检测实验讲义
实验一 玻璃密度的测定
一、目的要求
1.熟悉沉浮法的试验原理； 2.掌握玻璃密度的测定方法。
二、实验原理
用沉浮法测定玻璃密度是基于与已知密度值的固体在密度值随温度变化而变化的混合液中由于密度相等产生沉浮而比较测定的。
固体的密度随温度的升高变化很小，可以忽略不计。
选择某种液体，其密度值岁温度升高呈线性减小，在常温下若混合液的密度大于固体试样时，已知密度值的标准试样与待测试样均浮在混合液的表面，随着温度的升高，混合液的密度值逐渐减小，当与某固体试样的密度值相等时，固体试样便开始下沉。若标准试样与待测试样在混合液中下沉时通过同一刻度线的温度分别为ts和tx，则二者的密度差△D按下式计算：
△ D=F（ts-tx） 克/厘米3 试样的绝对密度按下式计算： Dx=Ds+F（ts-tx）
式中：Dx-待测试样的密度（克/厘米3）
Ds-标准试样的密度（克/厘米3） F-标准试样的密度-温度系数
ts-标准试样下沉通过刻度线时的温度（℃） tx-待测试样下沉通过刻度线时的温度（℃）
也可选择在常温下比试样密度较小的混合液，通过冷却方法，测定试样在混合液中开始上浮的温度，即所谓降温法。为简便起见，目前广泛需要升温法测定。
三、仪器与设备
电热水浴槽 温度计（1/50℃）
平口试管
四、试样和混合液的测定
1.试样的制备
供测定玻璃密度的试样要求均匀，没有条纹、气泡和结石等缺陷。为了监控某种玻璃的生产，就取这种玻璃作为标准玻璃，如果是棒状最好是φ3×6mm，如果从制品上敲取，取长、宽、高约在3~4mm左右，形状规则一些。避免与被册玻璃混淆。试样必须良好退火，退火程度不同，密度也有变化。标准啊样品密度可采用比重瓶法或排水法精密测定，精密度达到0.0001g/cm3。
标准试样与被册玻璃的密度差在0.003以内为最好，差别太大，实验时不易精确测量。 2.混合液的配置
为了使供实验用的混合液密度值便于调节，一般采用具有不同密度值的两种液体混合而成。
在选择这两种液体时，要求二者的密度相差较大，能以任何比例互溶，混合后不起化学反应，导热性好，不易挥发、五毒，供应方便、价格便宜。常选用α-溴代萘和四溴乙烷，其主要性能如下表：
名称 分子式 密度范围（20℃/40℃） 1.482~1.492 密度系数（g/cm℃） -0.001 -0.002 3α-溴代萘 C10H7Br 四溴乙烷 CHBr2CHBr2 2.962~2.968 混合液的密度取决于测定的方法、试样的密度和气温等条件。当采用升温法测定时，混合液的密度应大于试样的密度，使试样浮在液面上，以便测定试样开始下沉时的温度；若采用降温法时，混合液的密度应小于试样的密度，使试样沉在容器底部，以便测定试样开始上浮时的温度。为了缩短试样开始下沉（上浮）所需的时间，混合液与试样的密度值相差在0.01~0.02g/cm3较好。
不同季节，因气温不同，应使用不同密度值的混合液。气温高时应使用密度较大的混合液；气温低时应使用密度较小的混合液。这样才不会出现试样下沉温度比 气温高出很多或低于气温的现象。
标准试样与待测试样的密度值也不应相差太大，否则在采用升温法时将出现混合液的温度升得过高，引起四溴乙烷挥发，造成混合液的比例改变而使密度值发生变化，
影响实验结果。同时，将使试样的测试时间延长。因此，标准试样与待测试样的密度值相差在0.01~0.02g/cm3为宜。
配置混合液所需α-溴代萘和四溴乙烷的体积，根据所需混合液的密度和体积以及α-溴代萘和四溴乙烷的密度计算而得。例如，欲配置密度为2.59g/cm3的混合液300ml，则需α-溴代萘和四溴乙烷的体积可按下式计算求得：
1.487X+2.965Y=2.59×300 X+Y=300
X=76.1 Y=223.9ml
用经洗净、烘干的酸式滴定管分别准确量取上述液体的体积，放入经洗净、烘干的的棕色试剂瓶中混合均匀后备用。
混合液的密度系数F由下式计算：
F=（-0.001）×76.1/300+（-0.002）×223.9/300=-0.00175（g/cm3℃） 若下沉温度较高，可加入α-溴代萘；反之，加四溴乙烷。
五、实验步骤
1.在恒温槽的玻璃缸中加水至距缸口2厘米左右；
2.将已配制好的混合液分别加入两只比色管中，在一只比色管中用镊子放入标准试样和待测试样个一块，并盖好瓶塞；在另一只比色管中插入1/50℃温度计。
3.通电加热水浴槽，同时开动搅拌器，使温度较快上升，距标准标准玻璃或待测试样下沉温度约2℃时，把升温速度控制在0.1℃/分钟。升温时不断晃动试管，以免液面的表面张力影响样品的自由下沉。
4.在升温过程中，不时晃动试管，以免试样在试管内互相碰撞或因液体的表面张力粘附而影响样品自由下沉的温度。
5.样品开始下沉后，注意每个样品的任一点到达刻度线时的温度，逐一记录下来，精确至1/50℃。
6.全部样品下沉完毕后，实验结束。 7.关闭电源。
六、思考题
1.密度测定对玻璃生产实践有何重要指导意义？ 2.为什么供测试的玻璃试样应经过退火处理？
3.升温速度过快对实验结果有何影响？ 4.影响玻璃密度的因素主要有哪些？
实验二 玻璃析晶能力及测试方法
一、目的要求
1.用梯温法测定某组成玻璃的析晶性能；
2.掌握梯温法测定玻璃析晶温度的原理和实验技术；
3.了解玻璃析晶上限温度与下限温度在玻璃熔制过程中的意义。
二、实验原理
梯温法又称稳定降温法和强制结晶法，是将玻璃试样放在从完全熔化至接近软化温度范围、温度呈梯度分布的加热炉中，保温一定时间后迅速取出在空气中冷却，然后析出晶体的位置和范围。根据梯温曲线查出相应的析晶上限温度Ts和析晶温度范围。
三、仪器与设备
梯温炉：炉内温度从中部向两端逐渐降低，其方法是通过炉管外缠绕的电热丝的密度不同来实现。电热丝密度从炉管中部向两端逐渐减小，若电热丝采用铬铝铬时，炉内最高温度可达1200℃，如采用铂丝时，炉内温度可达11350~1450℃。
热电偶：铂-铑 电位差计
WZK可控硅控温仪
四、梯温曲线的测定
取一带有刻度线的铂-铑热电偶，从炉管一端插入，使裸露端位于炉管的中心部位。 电炉通电升温，使炉内固定热电偶指示值达到1050℃，并保持恒定30分钟后再开始测温。
测温时，将热电偶每次外移10mm，停留约5分钟，用电位差计测定该点的温度。炉管的另一端用同样的方法测定。
根据所得的数据，绘制沿炉管全长的温度分布曲线，纵坐标为温度，横坐标为炉管长度。
五、试样的准备
玻璃结晶初出现在界面上，例如容器的边缘、气泡、结石和条纹的界面上。因此，作为试样不得存在上述缺陷，容器的器壁尽可能光滑，试样和容器应该清洁，以免引入杂质而诱导结晶。
试样可取棒状或条状。
盛放试样的容器可采用瓷舟或特制的耐火粘土槽。
六、实验步骤
1.将装有试样的容器小心推入炉管中合适的部位，并记录容器在炉管内的准确位置。 2.由可控硅控温仪进行恒温控制，保温2小时。
3.达到保温时间后切断电源，迅速将载有试样的容器取出，在空气中冷却。 4.在显微镜下（×60）检视容器中心部位实验个在高温下开始析晶的位置，并确定在炉管中的相应位置，再根据梯温曲线查出对应的温度，即为析晶上限温度。 5.将析晶试样磨片，在偏光显微镜下鉴定析晶的种类。
析晶程度可按下列分级方法划分等级： （1） 无析晶；
（2） 析晶模-很薄层（约0.1mm）的表面析晶； （3） 析晶壳-较厚的表面析晶； （4） 析晶壳和玻璃主体内有个别析晶； （5） 全部析晶； 对应的图解如下：
无析晶 析晶模 晶壳 析晶壳+个别析晶 全部析晶 七、数据处理
1.试样的品种、形状。
2.炉中温度分布情况-绘制梯温曲线。 3.保温时间。
4.析晶温度上、下限。
5.显微镜下的观察结果，按分析方法图解。
八、思考题
1.玻璃的析晶机理？测定析晶的原理？ 2.影响玻璃析晶的因素及防止措施：
3.玻璃析晶温度上、下限在玻璃生产中有何指导意义？
实验三 玻璃的化学稳定性
一、目的要求
1.掌握玻璃耐水性的测试方法； 2.了解玻璃受水侵蚀的机理。
二、实验原理
玻璃的耐水性是指玻璃抵抗水和水汽侵蚀的能力，是玻璃化学稳定性中最重要的一个性能指标。因为大多数的玻璃在水或水蒸气的介质中使用，例如窗玻璃和瓶罐玻璃，经常受到雨水和大气中水汽的侵蚀，玻璃表面发霉，产生斑点，透光率下降。
钠钙硅玻璃与水作用的过程分为两个阶段。第一阶段是玻璃中的Na+离子由内部迁移至表面，进而与水中的H+进行反应；第二阶段是溶出的Na+离子在水溶液中形成NaOH，进而对玻璃的更深一层进行侵蚀，玻璃含Na2O越高，玻璃中溶出的Na+离子越多。因此，水侵蚀的结果就变为碱侵蚀。故，一般含碱玻璃耐水性较差。
粉末法测定玻璃的耐水性是将颗粒度一定的玻璃粉末，在水溶液中侵蚀，以玻璃粉末的重量或转移到溶液中的成分（主要是Na2O）含量来表示测定结果。
粉末法是采用玻璃的新鲜断面进行测定，所以可表示玻璃本身的材料特性，而未考虑玻璃表面的状态。
该方法的特点是快速而简易，但受到多种因素影响。
粉末法测定耐水性的试验结果，一般是以析碱量的多少划分的，有时也以溶液中干渣的含量来划分水解等级。 三、仪器与设备
钢制研钵 50ml容量瓶 恒温水浴
四、试样的准备
称取50g待测试样，用蒸馏水充分洗净并干燥，分成5份。每取一份试样（约10g），在钢制研钵中破碎。用筛孔尺寸为0.42mm及0.25mm的标准筛过筛。
在0.42mm筛上面的拨咯试样重新破碎、过筛，直到全部通过0.42mm筛。如此操作数次，每次破碎及过筛时间都要一致，直至流到0.25mm筛上的玻璃粉末约15g左右，移去0.42mm筛后，再激烈筛分5分钟，以便除去过细的粉末。
将0.42~0.25mm的玻璃粉末铺在光滑的白纸上，用磁铁吸去钵上落下的铁屑。 将玻璃粉末倒在倾斜、光滑的木板上（其大小约为70×55mm），用手轻轻敲击木板上部边缘，圆粒即滚下，而扁平颗粒留在木板上弃去。
将滑落下来的玻璃颗粒撒在黑纸上，借助放大镜用镊子选取大小相近的圆形颗粒，并用无水乙醇洗掉粉尘，在110~120℃的温度下烘干，装在磨口玻璃瓶中，储存在干燥器中备用。
五、实验步骤
称取试样2.0000g三份，分别放在三哥0ml的容量瓶内，用去离子水充满至刻度，塞好玻璃塞，使玻璃粉末均匀地铺在瓶底上。将容量瓶平稳地浸入沸水浴中，浸入深度以过刻度为限。
在水浴恢复沸腾后，保持60分钟，然后将容量瓶浸入冷水中，迅速冷却至室温。若容量瓶内的水挥发，液面下降，则以去离子水补充至刻度，并很好地摇匀。
用移液管吸取25ml溶液，置入100ml锥形瓶中，加入两滴甲基红指示剂，用0.01N盐酸标准溶液滴定至微红色。记录消耗的盐酸标准溶液体积（ml）。
注意：新容量瓶在使用前，应装满去离子水，在沸腾水浴锅中煮沸几次，直至容量瓶本身析碱稳定，该容量瓶才能使用。在每次测试前，也应对容量瓶的碱量进行校正。校正。方法是测定容量瓶装满去离子水后在水浴中煮沸60分钟后的析碱量，对测试结果加以修正。
六、数据处理
以溶液中析出的Na2O含量的多少，换算为每克玻璃析出Na2O的量，并确定玻璃
的耐水等级。
Na2O含量用下式计算：
Na2O=0.01×（V-V1）×30.99=（V-V1）×0.3099 （mg/g玻璃） 式中：V-滴定25ml试液所需0.01N标准演算的用量（ml）；
V1-滴定25ml空白试液所需0.01N标准演算的用量（ml） 30.99-1mg当量所含Na2O毫克数。
将三份试样的结果取平均值，按下表数据确定玻璃水解等级。
水解等级 1 2 3 4 5 消耗0.01NHCl体积（ml/g玻璃） 析出Na2O量（毫克/g玻璃） 0~0.10 0.10~0.20 0.20~0.85 0.85~2.00 2.00~3.50 0~0.031 0.031~0.062 0.062~0.264 0.264~0.62 0.62~1.08 一般不考虑玻璃对有效表面积的影响，如果玻璃密度小于2.30g/cm3，为了保持一定的样品表面积，则需对样品称量进行修正。
测试用去离子水不得含有重金属离子，电导率须在1×10-41/Ωcm以下。使用前要在石英容器中煮沸以除去二氧化碳。
七、测试误差
对于1至2级水解的玻璃，在相同条件下测定出两种结果，其相对误差不大于10%；对于3至5级水解的玻璃，在相同条件下测定出两种结果，其相对误差不大于5%。
八、思考题
1. 玻璃的耐水性有几种？各用什么方法测定？
2. 请你预测一下，Na2O浸析量—时间关系曲线的变化趋势，并说明之。
实验四 玻璃透光率和投射光谱曲线的测定 一、目的要求
1.测定玻璃透过率-波长曲线，进一步了解玻璃颜色的实质； 2.掌握玻璃透光率测定方法。
二、实验原理
物质对单色光的吸收可用Beer-Lambert定律予以定量说明。
当一束强度为I0的单色光通过有色溶液时，由于选择性吸收，透射光的强度为I。透射的强度随光路中吸收光的质点数量增多而减弱。当光通过时，溶液中每一份吸光
质点dn都按一定比值K吸收通过它的光量I中的一定份量dI，即：
dIKN??CL?lgT??CLI?I010??CLdn??KI
当吸光质点的量从0增大到N时，透射光的强度从I。减弱到I，将上式积分：?IdIII0??K?N0dn
得：lnI?I0eII0?KN??KN 或 lgII0??0.434KN??K?N
? 或 I?I010?KN
T?II0 称为透光率，常用百分数表示，介于0%~100%。
N与浓度C、光照截面S及光路长度（厚度）L成正比。S取为定植，用比例系数ε表示：
此式即为Beer-Lambert定律的表达式。
在实际应用中，为了方便，常用E代表-lgT，称为吸收度或消光值。若用D代表-lgT，则称为光密度。E和D的物理意义完全相同。
E??CL
ε称为吸收系数，它代表吸光物质在单位浓度及单位厚度条件下的吸收度，是物质的特性常数。在一定条件下（单色光的波长、溶剂、温度等）是一定值。
Beer-Lambert定律适用于可见光、紫外线和红外线，适用于溶液、气体和均质固体。但只适用于单色光，因为在复色光下，物质对不同波长的光吸收程度是不同的。
根据Beer-Lambert定律，通过透光率与单色光波长的关系-透射光谱曲线可鉴定有色玻璃的颜色及确定合适的着色剂用量。
采用分光光度计进行透光率的测定。
三、仪器与设备
721型分光光度计
四、实验步骤
1.取50×14×1mm无缺陷的玻璃试样，经研磨和抛光后用无水乙醇擦洗并用擦镜纸试净,将试样嵌入弹性夹子内并放入比色器座内单色器一侧，用定位夹固定弹性夹，使之紧靠比色器座壁。
2.将电表指针调零后，接通电源。将放大器灵敏度放在“1”档（当灵敏度不够时再逐级调至“2”、“3”挡），调节“0”电位器使电表指针指“0”。使仪器预热20分钟，旋转“λ”旋扭，选择所需波长，调节“0”电位器，使电表指针准确处于“0”。 3.使比色器座处于空气空白校正位置，将比色器暗箱盖轻轻合上。这时，光门打开，光电管受光，调“100%”电位器，使电表指针正确处于100%处。
4.连续调“0”和“100%”，数次均无变动时，即可将待测试样推入光路，指针所示值即为在该波长下的透光率T。
5.测定试样在单色光的波长为360~800nm范围内的透光率，每隔20nm测定一次，并绘制成光谱曲线。
五、思考题
1.影响透明着色玻璃透光率的因素有哪些？实验中如何处理这些因素的干扰？ 2.电表指“0”和“100%”的物理意义是什么？
