玻璃工艺11玻璃的着色和脱色课件.ppt

第一篇玻璃基础理论第一篇玻璃基础理论第十一章第十一章 玻璃的着色和脱色玻璃的着色和脱色 coluorate & decoluorate一、概述一、概述 物质呈色主要为光吸收和光散射，而以吸收更常见物质呈色主要为光吸收和光散射，而以吸收更常见白光投到透明的物体，颜色是其吸收光部分谱色的补色白光投到透明的物体，颜色是其吸收光部分谱色的补色1. 描述颜色的参数描述颜色的参数（1）三原色）三原色目前常用标准基色量系统（目前常用标准基色量系统（XYZ系统）中的系统）中的X-Y颜色图 x+y+z=1A：原色理论：原色理论 三原色，就是指这三种色中的任意一色都不能由另外两三原色，就是指这三种色中的任意一色都不能由另外两种原色混合产生，而其他色可由这三色按照一定的比例混合出种原色混合产生，而其他色可由这三色按照一定的比例混合出来，色彩学上将这三个独立的色称为三原色来，色彩学上将这三个独立的色称为三原色牛顿用三棱镜将白色阳光分解得到红、橙、黄、绿、青、牛顿用三棱镜将白色阳光分解得到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光，这七种色光的混合又得白光，因此他认定这蓝、紫七种色光，这七种色光的混合又得白光，因此他认定这七种色光为原色。

后来物理学家大卫七种色光为原色后来物理学家大卫鲁伯特进一步发现染料原鲁伯特进一步发现染料原色只是红、黄、蓝三色，其他颜色都可以由这三种颜色混合而色只是红、黄、蓝三色，其他颜色都可以由这三种颜色混合而成的他的这种理论被法国染料学家席弗通过各种染料配合试成的他的这种理论被法国染料学家席弗通过各种染料配合试验所证实从此，这种三原色理论被人们所公认验所证实从此，这种三原色理论被人们所公认1802年生理学家汤麦斯年生理学家汤麦斯杨根据人眼的视觉生理特征提出了杨根据人眼的视觉生理特征提出了新的三原色理论他认为色光的三原色并非红、黄、蓝，而是新的三原色理论他认为色光的三原色并非红、黄、蓝，而是红、绿、紫这种理论又被物理学家马克思韦尔证实他通过红、绿、紫这种理论又被物理学家马克思韦尔证实他通过物理试验，将红光和绿光混合，这时出现黄光，然后掺入一定物理试验，将红光和绿光混合，这时出现黄光，然后掺入一定比例的紫光，结果出现了白光此后，人们才开始认识到色光比例的紫光，结果出现了白光此后，人们才开始认识到色光和颜料的原色及其混合规律是有区别的和颜料的原色及其混合规律是有区别的 B：混色理论：混色理论加法混合加法混合 加法混合是指加法混合是指色光色光的混合，两种以上的光混合在一起，的混合，两种以上的光混合在一起，光亮度会提高，混合色的光的总亮度等于相混各色光亮度之光亮度会提高，混合色的光的总亮度等于相混各色光亮度之和。

合色愈多，则光度愈强，愈近于白合色愈多，则光度愈强，愈近于白色光混合中，三原色光混合中，三原色是朱红、翠绿、蓝紫色是朱红、翠绿、蓝紫 朱红光翠绿光黄色光朱红光翠绿光黄色光 翠绿光蓝紫光蓝色光翠绿光蓝紫光蓝色光 蓝紫光朱红光紫红色光蓝紫光朱红光紫红色光 黄色光、蓝色光、紫色光为间色光黄色光、蓝色光、紫色光为间色光 如果只通过两种色光混合就能产生白色光，那么这两种如果只通过两种色光混合就能产生白色光，那么这两种光就是光就是互为补色互为补色例如：朱红色光与蓝色光；翠绿色光与紫例如：朱红色光与蓝色光；翠绿色光与紫色光；蓝紫色光与黄色光色光；蓝紫色光与黄色光 彩色电视机、彩色显示器、彩色液晶显示器，三基色日彩色电视机、彩色显示器、彩色液晶显示器，三基色日光灯管就是应用该原理而设计制作的光灯管就是应用该原理而设计制作的 减法混合减法混合 减法混合主要是指的减法混合主要是指的色料色料的混合 两色混合后，光度低于两色各自原来的光度，合色愈多，两色混合后，光度低于两色各自原来的光度，合色愈多，被吸收的光线愈多，就愈近于黑所以，调配次数越多，纯度被吸收的光线愈多，就愈近于黑所以，调配次数越多，纯度越差，越是失去它的单纯性和鲜明性。

减法混合的三原色是加越差，越是失去它的单纯性和鲜明性减法混合的三原色是加法混合的三原色的补色，即：翠绿的补色红（法混合的三原色的补色，即：翠绿的补色红（品红品红）、蓝紫的）、蓝紫的补色黄（补色黄（柠檬黄柠檬黄）、朱红的补色蓝（）、朱红的补色蓝（湖蓝湖蓝） 红色蓝色紫色红色蓝色紫色 黄色红色橙色黄色红色橙色 黄色蓝色绿色黄色蓝色绿色 三种原色颜料的混合，在理论上应该为黑色，实际上是一三种原色颜料的混合，在理论上应该为黑色，实际上是一种纯度极差的黑浊色，也可以认为是光度极低的深灰色种纯度极差的黑浊色，也可以认为是光度极低的深灰色 如果两种颜色能产生灰色或黑色，这两种色就是互补色如果两种颜色能产生灰色或黑色，这两种色就是互补色中性混合中性混合 中性混合是基于人的视觉生理特征所产生的视觉色彩中性混合是基于人的视觉生理特征所产生的视觉色彩混合，而并不变化色光或发光材料本身，混色效果的亮度既混合，而并不变化色光或发光材料本身，混色效果的亮度既不增加也不减低，所以称为中性混合不增加也不减低，所以称为中性混合有两种视觉混合方式：有两种视觉混合方式：A:颜色旋转混合：颜色旋转混合： 把两种或多种色并置于一个圆盘上，通过动力令其快速把两种或多种色并置于一个圆盘上，通过动力令其快速旋转，而看到的新的色彩。

颜色旋转混合效果在色相方面与旋转，而看到的新的色彩颜色旋转混合效果在色相方面与加法混合的规律相似，但在明度上却是相混各色的平均值加法混合的规律相似，但在明度上却是相混各色的平均值B:空间混合：空间混合： 将不同的颜色并置在一起，当它们在视网膜上的投影小将不同的颜色并置在一起，当它们在视网膜上的投影小到一定程度时，这些不同的颜色刺激就会同时作用到视网膜到一定程度时，这些不同的颜色刺激就会同时作用到视网膜上非常邻近的部位的感光细胞，以致眼睛很难将它们独立地上非常邻近的部位的感光细胞，以致眼睛很难将它们独立地分辨出来，就会在视觉中产生色彩的混合分辨出来，就会在视觉中产生色彩的混合 （3）色调）色调hue 色调主波长色调主波长 指透过率最大的波长指透过率最大的波长4）色饱和度（纯度）色饱和度（纯度P）saturation主波长在主波长在消色消色混合中所占的比例混合中所占的比例2）（）（3）（）（4）是用于区别）是用于区别彩色彩色的2. X-Y颜色图（自学）颜色图（自学）？色品图中哪个区域的颜色饱和度最高？色品图中哪个区域的颜色饱和度最高？3. 着色玻璃的分类着色玻璃的分类（1）光吸收型着色玻璃）光吸收型着色玻璃离子着色离子着色 高能辐射着色高能辐射着色（2）亮度）亮度brightness 垂直观察物的每单位投射面积上的光强。

垂直观察物的每单位投射面积上的光强2）光散射型着色玻璃）光散射型着色玻璃金属胶体着色金属胶体着色（3）半导体着色玻璃）半导体着色玻璃硫化物、硒化物着色硫化物、硒化物着色二、离子着色二、离子着色 ionic colourate 是否在可见光内发生是否在可见光内发生 选择性吸收，取决于价电子选择性吸收，取决于价电子的跃迁的跃迁 1. 离子按电子层结构分类离子按电子层结构分类（1）惰性气体型阳离子）惰性气体型阳离子较稳定，跃迁需较高能量，通常不产生选择性吸收，故较稳定，跃迁需较高能量，通常不产生选择性吸收，故无色、不吸收紫外线无色、不吸收紫外线Li+ 、Na+ 、K+ 、Rb+ 、Cs+ 、Mg2+ 、Ca2+ 、Sr2+ 、Ba2+ Al3+ 、Sc3+ 、Y3+ 、La3+ 、Si4+ 、Ti4+ 、Ce4+（2）18及及18+2电子构型电子构型 结构不如（结构不如（1）稳定，极化率大，易变形，有变价，）稳定，极化率大，易变形，有变价，吸收紫外线本身无色，易被还原为金属态与阴离子吸收紫外线本身无色，易被还原为金属态与阴离子结合可有色结合可有色Cu+、Zn2+、Ga3+、Ge4+、As5+、 As3+、Ag+、Cd2+、In3+、Sn4+、Sb5+、Au+、Hg2+、Tl3+、Pb4+、 Pb2+、Bi5+、Bi3+（3）不饱和电子壳阳离子）不饱和电子壳阳离子d和和f亚层有不饱和电子，很不稳定。

常出现变价、有色、亚层有不饱和电子，很不稳定常出现变价、有色、吸收紫外线等吸收紫外线等Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ce、Pr、Nd、Eu2. 离子着色理论分析离子着色理论分析 金属离子的价态、电子层构型及周围氧离子的配位金属离子的价态、电子层构型及周围氧离子的配位状态都影响着色，而其又受基玻璃组成、熔制工艺等的状态都影响着色，而其又受基玻璃组成、熔制工艺等的影响 配位场理论配位场理论（1）配位场）配位场 着色离子处于氧离子包围中形成配位多面体其中着色离子处于氧离子包围中形成配位多面体其中阳离子是阳离子是中心离子中心离子，氧氧为为配位体配位体 配位体施加于金属阳离子的电场叫配位体施加于金属阳离子的电场叫配位场配位场 在配位场的作用下，着色离子的电子能级发生变化，在配位场的作用下，着色离子的电子能级发生变化，从而产生一定的颜色从而产生一定的颜色2）基态）基态 当过渡金属离子作为自由离子存在时，当过渡金属离子作为自由离子存在时，5个个d轨道能轨道能量相同，称为量相同，称为能级简并能级简并yxyxxzdxy dx2-y2 dz2+-+-+（3）能级分裂）能级分裂 阳离子处于配位场作用下时，原本简并的阳离子处于配位场作用下时，原本简并的5个个d轨轨道会发生能级分裂。

道会发生能级分裂a. 八面体配位（八面体配位（6配位）配位） 当当6个配位体沿个配位体沿x、y、z接近阳离子时，使接近阳离子时，使dx2-y2、dz2轨道能量上升，而另外三轨道能量下降轨道能量上升，而另外三轨道能量下降 轨道分成两组：两个高能轨道（轨道分成两组：两个高能轨道（eg或或dT），）， 三个低能轨道（三个低能轨道（t2g或或de）两组轨道能量差：两组轨道能量差：=egt2g=10Dq为配位场分裂能为配位场分裂能 eg=6Dq t2g= 4Dqb. 四面体配位（四面体配位（4配位）配位）高能轨道高能轨道三三个个dxy dxz dyz 低能轨道低能轨道两两个个dx2-y2 dz2分裂能分裂能 四四=4/9 八八c. 分裂能公式（八面体）分裂能公式（八面体）e-电子电荷电子电荷 r-3d电子离原子核平均距离（离子半径）电子离原子核平均距离（离子半径） q-配位体电荷或电矩（氧作用于中心离子的电场）配位体电荷或电矩（氧作用于中心离子的电场）R-O2-与中心离子的距离与中心离子的距离（4）影响）影响的因素的因素着色离子价态着色离子价态 高价离子高价离子 低价离子低价离子 （吸收带处于波长较短区域）（吸收带处于波长较短区域）a. 基玻璃组成基玻璃组成酸性酸性玻璃利于玻璃利于低价低价离子存在；离子存在；碱性碱性玻璃利于玻璃利于高价高价离子存在离子存在基玻璃中基玻璃中R2O越多碱性越强，且随半径增大碱性更强。

越多碱性越强，且随半径增大碱性更强b. 不同变价离子间的影响不同变价离子间的影响 不同变价离子间会发生氧化还原反应不同变价离子间会发生氧化还原反应 在玻璃熔制中反应较复杂，在玻璃熔制中反应较复杂，不完全不完全按按Tress和和Weyl的的氧化还原电对数据进行氧化还原电对数据进行c. 熔制工艺熔制工艺 Cr6+（黄绿色）（黄绿色）+3e Cr3+（绿色）（绿色） Mn3+（紫色）（紫色）+e Mn2+（无色）（无色） V3+（绿色）（绿色）+e V2+（紫色）（紫色）反应平衡受到温度、气氛、时间等的影响反应平衡受到温度、气氛、时间等的影响 温度升高，利于高价离子分解温度升高，利于高价离子分解 气氛气氛 还原气氛利于高价离子降价还原气氛利于高价离子降价 时间时间 时间延长，利于高价离子降价时间延长，利于高价离子降价d. 光照和热处理光照和热处理非着色离子的影响非着。