第五章光学玻璃熔炼本章通过不同的熔炼生产工艺，讲述光学玻璃熔炼的生产方法。5.1玻璃电熔基础知识5.1.1玻璃的导电性玻璃的直接电熔就是利用高温下玻璃液中的低价阳离子导电的性质，使玻璃液本身发热，其发热量满足Q=I2×R，玻璃自身发热使玻璃液表面的炉料加速熔化、澄清、均化。在常温下一般玻璃是电绝缘材料，但是，随着温度的升高，玻璃的导电性迅速提高，特别是在转变温度Tg点以上，导电率飞跃地增加，到熔融状态，玻璃变成良导体。例如：一般玻璃的电阻率，在常温下是1011-1012欧姆·米，而在熔融状态下降至10-2-3×10-3欧姆·米。玻璃的电导率是表示通过电流的能力。玻璃的电导率分为体积电导率和表面电导率两种，一般系指体积电导率而言。电导率与材料的截面积成正比，与其长度成反比。SK=XL式中K——电导率X——比电导率；西·米-1(S*M-1)1S=1/1ΩL——材料长度；米S——材料截面积；米2电导率为电阻率R的倒数，比电导率X是比电阻率ρ的倒数。5.1.2影响玻璃体积电导率的因素：玻璃的电导率与玻璃的化学组成，玻璃的温度，热历史有关。玻璃的电阻率与配方组成和温度，配方中的碱金属离子浓度密接相关。Urnes研究了二元碱金属玻璃在高温下的电导率，发现Na-Si玻璃电导率最大，K-Si玻璃的电导率最小。对同一牌号的玻璃，碱金属氧化物的摩尔含量分别是25％、30％、35％进行测量，当用Li2O3部分地代替Na2O、K2O时，其电导率明显下降。其原因是两种离子半径不同的碱离子共存引起混合碱效应，在电流传输中，碱离子通过硅酸盐的骨架空隙中运动，小离子半径容易通过，而大离子被捕获或阻挡。导致电导率降低。电导率随温度升高而增加，另外电导率与玻璃骨架的成键能力和电场强度也密切相关（一）化学组成Na2O-CaO-SiO2玻璃各组份互相置换时电导率的变化如下图-2.0-2.0Na2O-CaO-SiO2800℃玻璃Na2O＝19.5％LogKLogK800℃-1.0900℃-1.0900℃Na2O-CaO-SiO21000℃玻璃CaO＝10％1000℃1214161846810Na2O%CaO%图ASiO2被Na2O取代图BSiO2被CaO取代Na2O-CaO-SiO2SiO2＝74%-2.0800℃LogK900℃-1.01000℃2468101214CaO%图CNa2O被CaO取代从图看出：1.当CaO含量不变时，以Na2O置换SiO2＜20％，玻璃的电导率增加。2.当Na2O含量不变时，以CaO置换SiO2＜10％，情况相反，玻璃的电导率降低。3.当SiO2含量不变时，以CaO置换Na2O＜16％，玻璃的电导率大大降低。应当指出，Na2O-CaO-SiO2玻璃的电导率远低于Na2O-SiO2玻璃的电导率，甚至低于相应的Na2O-PbO-SiO2玻璃的电导率。对电导率影响特别显著的是碱性氧化物，其中Na2O比K2O大，LiO2居中。在石英玻璃中只要加入几个ppm的Na+，就可以大大增加电导率。当玻璃兼含Na2O和K2O时，其电导率低于仅含Na2O的玻璃，当Na2O：K2O＝1：4时，玻璃的电导率最小。二价金属离子对玻璃电导率的影响，一般随离子半径的增大而减小：BeO＜MgO＜ZnO＜CaO＜SrO＜PbO＜BaO二价离子降低电导率，可以解释为：二价离子阻碍碱金属离子的迁移导电，故离子半径愈大，效果愈显著。这可以解释为什么H-ZK类玻璃的电极工作电压比H-K9更高的原因。在R2O3类氧化物中，Al2O3在一定范围内能提高电导率，B2O3能降低电导率。(二)温度玻璃的电导率随温度的上升而上升。玻璃经淬火后的电导率比退火玻璃高；当玻璃中应力越大电导率越高，这是因为淬火和应力大的玻璃比容相对地增加，结构较为疏松，导电离子更易于通过玻璃体。5.1.3关于玻璃的导电率理论分析在凝固的玻璃中，硅氧骨架是不能移动的，几乎所有的氧化物玻璃的离子电导来源于1价阳离子，特别是Na+离子的迁移运动，为此下面将围绕Na+离子在玻璃中移动速度（扩散速度）进行讨论。1价阳离子在玻璃中移动能力，受下列各因素的制约。1.玻璃网络的断裂程度——断裂愈多，阳离子越易移动。2.阳离子本身的大小——阳离子半径越小，越易移动。3.其它阳离子（R+2R+3和R+4）的影响——抑制作用。玻璃网络的断裂程度取决于（R2ORO）的含量，随着Na2O含量的增加，Na+离子的扩散速度加快，这一效果必将导致玻璃的电导率上升，在多组份玻璃中，情况与此相似，即随着R2O含量的增加，导致玻璃电导率上升。1价阳离子的电导活化能随着离子半径的增加而增加...
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