无机非金属材料学课程gtqa.docx

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1、无机非金金属材料料学第一章 玻璃璃材料第一节概概述一、玻璃璃的种类类和特性性1、玻璃璃的概念念1）狭义义上：玻玻璃是无无机非晶晶态固体体。 2）广广义上：玻璃是是非晶态态固体。 2、玻玻璃的广广泛应用用及其原原因 1）应应用广泛泛重要：涉及各各领域、各各个角落落，现代代社会中中不可或或缺，并并被广泛泛依赖。没没有玻璃璃的世界界是黑暗暗落后和和愚昧的的。2）广泛泛应用的的原因：a、性能能优异，能能满足不不同使用用要求；b、易加加工成各各种大小小和形状状；c、性质质容易调调整，以以适应不不同需求求；d、原料料丰富、价价廉、成成本低。3、玻璃璃的分类类1）按玻玻璃的主主要组成成氧化物物不同来来分 a

2、、NNa-CCa-SSi玻璃璃 b、BB-Sii玻璃 c、PPb-BBa玻璃璃 d、其其他种类类2）按用用途不同同来分a、建筑筑玻璃b、日用用玻璃：瓶罐玻玻璃；仪仪器玻璃璃；器皿皿玻璃；保温容容器玻璃璃；艺术术玻璃c、玻璃璃纤维d、光学学玻璃e、特种种玻璃4、玻璃璃材料的的发展历历史1）天然然玻璃的的历史早在二千千万到六六千万年年前地球球上就已已经出现现天然玻玻璃，按按其形成成原因可可分为两两类：a、黑曜曜岩：由由岩浆喷喷发而形形成。b、雷公公石：由由陨石坠坠落而形形成天然玻璃璃被人们们用来做做工具或或装饰品品。人工玻璃璃的历史史a、一般般认为，五五千多年年前，古古埃及人人首先制制造出了了玻璃

3、材材料。主主要是钠钠钙硅玻玻璃。b、公元元一世纪纪左右，罗罗马人发发明了吹吹制工艺艺。c、十一一到十五五世纪，玻玻璃制造造中心在在威尼斯斯。d、十六六世纪后后，玻璃璃制造工工艺传播播发展。e、二十十世纪以以来，玻玻璃工艺艺成为专专门学科科，工艺艺自动化化程度越越来越高高，新品品种层出出不穷。中国在西西周时代代开始制制造玻璃璃，主要要是铅晶晶质玻璃璃。g、玻璃璃一词来来源于古古梵文sspottikaa.h、民国国期间，建建立建立立机械化化玻璃厂厂生产窗窗玻璃和和瓶罐玻玻璃（淄淄博、上上海）。i、新中中国成立立特别是是改革开开放以后后，发展展迅速，但但水平有有待提高高。j、山东东玻璃工工业历史史与

4、发展展。5、玻璃璃态物质质的特性性1）各向向同性：任何方方向的物物理化学学性质都都相同。2）无固固定熔点点。3）亚稳稳性：相相比其晶晶态内能能较高，有有结晶倾倾向。4）性质质变化的的连续性性和可逆逆性。二、硅酸酸盐玻璃璃的组成成与结构构1、硅酸酸盐玻璃璃的组成成硅酸盐玻玻璃是以以SiOO2为主主要成分分的玻璃璃。普通通的硅酸酸盐玻璃璃的化学学组成一一般是在在Na22O-CCaO-SiOO2三元元系统的的基础上上适量引引入 BB2O33、Al22O3、 MggO、BaOO、ZnOO、PbOO、K2OO及Li22O等以以改善玻玻璃的性性能，防防止析晶晶及降低低熔化温温度。根据各种种氧化物物在玻璃璃

5、结构中中所起的的作用不不同，可可将其分分为三类类：1）玻璃璃形成体体：能单单独生成成玻璃，在在玻璃中中能形成成各自特特有的网网络体系系。如SSiO22、 B22O3等等。2）玻璃璃外体：不能单单独生成成玻璃，一一般处于于网络之之外，调调节玻璃璃结构。如如Na22O、 CaaO、 BaaO、K2OO及Li22O等。3）玻璃璃中间体体：一般般不能单单独生成成玻璃，作作用介于于以上两两种氧化化物之间间。如 MgOO、ZnOO、Al22O3等等。2、玻璃璃结构由于玻璃璃微观结结构的复复杂性以以及研究究手段的的局限性性，对于于玻璃结结构至今今尚未有有一个完完全一致致的结论论。主要要结构学学说有晶晶子学说

6、说、无规规则网络络学说、聚聚合物学学说等。比比较公认认的主要要是前两两种。这两种主主要学说说的要点点如下：1）晶子子学说：认为玻玻璃中有有无数晶晶子。晶晶子是具具有晶格格变形的的微小的的有序排排列区，晶晶子分散散在无定定形介质质中，从从晶子到到无定形形部分是是逐渐过过渡的，两两者之间间无明显显界限。这种学说说主要强强调玻璃璃结构的的有序性性、不均均匀性和和不连续续性。这种学说说首先有有列别捷捷夫提出出，并被被X-射线线结构分分析证实实。可以以解释玻玻璃的析析晶现象象。2）无规规则网络络学说：认为石石英玻璃璃是以硅硅氧四面面体为基基本结构构单元，相相互连接接成为三三度空间间的网络络，但硅硅氧四面

7、面体的排排列是无无序的，缺缺乏对称称性和周周期性的的重复。这种学说说主要强强调玻璃璃结构的的的无序序性、均均匀性和和连续性性。首先由查查哈里阿阿森提出出，也被被X-射线线分析证证实，可可以解释释玻璃各各向同性性等性能能。综合这两两种学说说，可以以认为，在在宏观上上玻璃结结构表现现为无序序、连续续和均匀匀性；而而在微观观上表现现为有序序、不连连续和不不均匀。或或者说玻玻璃具有有长程无无序和短短程有序序的结构构特点。3）结构构实例a、石英英玻璃结结构：基基本结构构单元为为硅氧四四面体，它它们之间间以顶角角相连形形成三维维无规则则网络。有有序区大大约为778埃。由于于硅氧键键强相当当大，石石英玻璃璃

8、整体结结构连接接相当紧紧密，所所以其性性能非常常优异：机械强强度高、硬硬度大、粘粘度大、介介电性能能好，热热稳定性性和化学学稳定性性也很好好。一般可以以认为，在在普通硅硅酸盐玻玻璃中氧氧化硅含含量越高高，以上上性能越越好。但但石英玻玻璃结构构比较开开放，内内部有许许多空隙隙，因此此在高温温高压下下有明显显透气性性。b、碱硅硅玻璃结结构：碱硅玻璃璃是含有有碱金属属氧化物物和二氧氧化硅二二组分的的玻璃，它它相当于于在熔融融石英玻玻璃中加加入了碱碱金属氧氧化物。此此时，玻玻璃中硅硅氧比下下降，玻玻璃中的的每个氧氧不再可可能都为为两个硅硅所共用用，开始始出现了了一些只只与一个个硅键合合的氧，即即非桥氧

9、氧，从而而使原来来石英玻玻璃的紧紧密的三三维结构构受到破破坏。钠钠离子处处于结构构空隙中中，平衡衡非桥氧氧过剩的的电荷，维维持局部部的电中中性。但但由于NNa-OO键较弱弱，所以以钠离子子在结构构中有较较强的活活动性，使使玻璃析析碱，离离子交换换，玻璃璃电导等等性质得得到反映映。由于于碱金属属氧化物物的加入入，造成成某些SSi-OO键断开开，使三三维网络络解体，结结构疏松松，性能能变坏。一一般此类类玻璃无无实用价价值。但但碱金属属氧化物物降低了了石英玻玻璃的熔熔化温度度。c、钠钙钙硅玻璃璃结构：在碱硅玻玻璃中加加入氧化化钙，虽虽然也能能提供游游离氧，使使网络断断开，但但由于钙钙离子电电荷比钠钠

10、离子多多一倍（半半径大小小差不多多），所所以钙离离子电场场强度比比钠离子子大很多多，因此此，氧化化钙的加加入能起起到一定定的连接接断网的的作用，使使玻璃结结构得到到重新加加强，性性能重新新变好，而而其熔化化温度又又不是很很高，这这就使钠钠钙硅玻玻璃成为为一切实实用玻璃璃的基础础。d、硼硅硅玻璃结结构：单组分BB2O33可以形形成玻璃璃，其基基本结构构单元是是硼氧三三角体，在在玻璃中中存在以以此三角角体互相相连接的的硼氧组组团。低温下，硼硼氧组团团和硼氧氧三角体体以桥氧氧连接成成为二维维无序网网络，结结构松散散。较高温度度下，形形成链状状结构。更高温度度下，只只形成短短链。性能差，不不具备实实用

11、性。在氧化硼硼玻璃中中加入碱碱金属氧氧化物，其其所提供供的游离离氧并不不象在石石英玻璃璃中那样样使网络络断开，而而是使硼硼氧三角角体转变变成硼氧氧四面体体，从而而使层状状结构转转变成架架状结构构，使结结构网络络加强，紧紧密，从从而使其其性能变变好，这这种现象象称为硼硼氧反常常性。在钠钙硅硅玻璃中中加入氧氧化硼，成成为纳硼硼硅玻璃璃或简称称硼硅玻玻璃。由由于适量量的氧化化钠的存存在，使使玻璃形形成统一一的架状状结构。3、氧化化物在玻玻璃中的的作用1）碱金金属氧化化物的作作用：总总的来说说，碱金金属氧化化物起断断网作用用，使结结构和性性能遭到到破坏。在含有两两种及两两种以上上碱金属属氧化物物时，玻

12、玻璃中会会发生“混合碱碱效应”，即当当逐步用用一种碱碱金属氧氧化物来来取代另另一种碱碱金属氧氧化物时时，玻璃璃的某些些性质会会出现明明显的非非线性变变化，从从而产生生极值。这是因为为当玻璃璃中存在在两种碱碱金属离离子时，各各自的扩扩散系数数都要下降降。利用此效效应可制制取高化化学稳定定性高电电阻率的的低熔点点玻璃。玻璃中常常用的碱碱金属氧氧化物有有钠、钾钾和锂的的氧化物物。其中中氧化钾钾和氧化化钠作用用类似，在在玻璃中中起断网网作用，破破坏玻璃璃性能，降降低玻璃璃熔化温温度。一一般在玻玻璃中他他们含量量越高，玻玻璃物理理化学性性能越低低。锂离子属属惰性气气体型离离子，半半径小、场场强大，玻玻璃

13、中适适量引入入氧化锂锂，其助助熔作用用比氧化化钠和氧氧化钾要要强烈，另另外氧化化锂还有有提高化化学稳定定性的作作用，但但引入过过量易导导致分相相或析晶晶。2）二价价金属氧氧化物的的作用总的来讲讲，氧化化钙、氧氧化镁、氧化钡等碱土金属氧化物在玻璃中起断网作用，但比碱金属氧化物作用弱。压制效应应：二价价金属氧氧化物具具有使碱碱金属离离子活度度降低的的能力，且表现比混合碱效应要强。这是因为二价金属离子更能阻挡一价金属离子的扩散所致。二价金属离子半径越大，压制效应越明显。从而导致玻璃的某些性质发生变化。如密度，热膨胀系数，电阻率等等。氧化钙属于玻璃璃外体氧氧化物，但但在钠钙钙硅玻璃璃中起连连网作用用，

14、加强强结构，提提高性能能。在工工艺上可可降低高高温粘度度，低温温时增加加粘度，具具有调节节料性的的作用，可可据此作作用调节节成型速速度。氧氧化钙特特别还能能提高玻玻璃的化化学稳定定性和绝绝缘性。氧化镁有连网作作用，加加强玻璃璃结构，提提高其性性能。还还有调节节料性的的作用，使使料性变变长，还还可以降降低玻璃璃的析晶晶倾向。但但氧化镁镁易使玻玻璃产生生“脱片”，从而而降低其其化学稳稳定性。氧化钡玻璃外体体，钡离离子半径径大，碱碱性强，在在钠钙硅硅玻璃中中主要起起断网作作用，从从而减弱弱玻璃结结构的紧紧密性，降降低玻璃璃的化学学稳定性性，使玻玻璃的熔熔化温度度下降，有有助熔作作用，还还能增长长玻璃

15、的的料性，并并能使玻玻璃的密密度、光光泽度和和折射率率增大，降降低色散散，还可可提高玻玻璃的XX射线吸吸收率。氧化锌玻璃中间间体，当当碱金属属氧化物物较多时时，形成成四面体体进入结结构网络络（常发发生在硼硼玻璃或或铅玻璃璃中）。形形成四面面体时玻玻璃结构构较为疏疏松，而而以玻璃璃外体形形式时结结构较为为致密。氧化锌可可以降低低玻璃的的热膨胀胀系数，提提高热稳稳定性和和化学稳稳定性，在在氟乳浊浊玻璃中中可以增增加乳白白度及光光泽度，在在Se-Cd着着色玻璃璃中可以以减轻SSe的挥挥发，在在含BaaO的光光学玻璃璃中可以以提高折折射率，降降低色散散能力。氧化铅玻璃中间间体，含含铅玻璃璃具有密密度大

16、，介介电损耗耗小，电电阻率大大，折射射率高，色色散能力力强，吸吸收短波波射线等等特性。铅铅还能显显著降低低玻璃的的熔化温温度。高铅玻璃璃中存在在“金属桥桥”(11/2PPb4+1/2Pbb0)，具具有特殊殊作用，如如在金红红玻璃中中可以使使金原子子处于高高分散状状态，增增强着色色效果（紫紫红色），否否则，若若金原子子结晶颗颗粒过大大，会使使玻璃出出现难看看的猪肝肝色。3）三价价金属氧氧化物的的作用氧化铝在硅酸盐盐玻璃中中，氧化化铝是玻玻璃中间间体，形形成四面面体进入入结构网网络时可可使结构构增强，性性能提高高。氧化化铝可增增加玻璃璃强度、热热稳定性性、化学学稳定性性、密度度、折射射率、介介电常

17、数数和弹性性模量，工工艺中可可使玻璃璃熔化温温度上升升，粘度度增大，容容易导致致玻璃中中出现条条纹、结结石等缺缺陷。氧化硼玻璃形成成体，可可单独生生成玻璃璃。引入入到硅酸酸盐玻璃璃中，可可使玻璃璃的一系系列性能能提高，尤尤其是对对热稳定定性和化化学稳定定性有较较强的提提高作用用，氧化化硼还能能使玻璃璃具有吸吸收慢中中子的特特性，并并能提高高玻璃的的X射线透透过率，增增强玻璃璃的电绝绝缘性，降降低玻璃璃熔化温温度，氧氧化硼可可以作为为玻璃焊焊接剂和和粘接剂剂。4）其他他氧化物物的作用用氧化钛可以提高高玻璃的的折射率率、密度度、色散散能力和和电阻率率，在一一定范围围内可降降低玻璃璃的热膨膨胀系数数

18、，提高高热稳定定性，在在玻璃中中其光学学常数与与氧化铅铅相似，但但密度较较低，化化学稳定定性较高高。氧化钛常常用于制制造高折折射率的的光学玻玻璃、耐耐酸釉、玻玻璃微珠珠及防辐辐射玻璃璃等。也也是制造造微晶玻玻璃常用用的成核核剂。氧化锆可以使玻玻璃具有有较高的的化学稳稳定性，特特别能提提高玻璃璃的抗碱碱性，还还能使玻玻璃粘度度、硬度度和折射射率提高高，热膨膨胀系数数下降，并并可作为为成核剂剂或乳浊浊剂使用用。5）玻璃璃性能对对成分的的依赖性性玻璃性能能主要取取决于其其化学组组成，化化学组成成是通过过影响结结构来决决定性能能的。玻璃性质质可以分分为动态态性质（或或称迁移移性质或或非加和和性质如如粘

19、度、化化学稳定定性等）及及静态性性质（或或称非迁迁移性质质或加和和性质如如密度、硬硬度等）两两大类。三、玻璃璃热历史史对玻璃璃性能的的影响1、玻璃璃热历史史的概念念玻璃热历历史是指指玻璃液液冷却中中，通过过特定的的温度区区域的经经历，包包括在该该区域内内停留的的时间和和冷却速速度。2、热历历史对玻玻璃结构构的影响响固态玻璃璃的结构构是与玻玻璃在冷冷却过程程中在TTf-Tgg内的热热历史有有密切关关系的（Tf称为软化温度，相当于粘度为108-10Pa.S时玻璃所对应的温度；Tg相当于粘度为1012.4Pa.S时所对应的温度。玻璃冷却到室温时，将保持与这一温度区间内某一温度所对应的平衡结构（图尔假

20、想温度）。如果在这一温度区间内停留时间长，冷却速度慢，则玻璃结构较为紧密；反之疏松。热历史对对玻璃性性能的影影响快冷（淬淬火）时时，玻璃璃的粘度度小，密密度小，热热膨胀系系数大，电电导率大大，介电电损耗大大，化学学稳定性性差。慢冷（退退火）时时，与以以上性能能表现相相反。四、玻璃璃的形成成方法和和制造工工艺简介介1、玻璃璃的形成成方法简简介1）熔融融冷却法法将粉状状物料加加热至液液态，再再冷却到到固态，是是一种传传统并至至今通用用的方法法。2）气相相沉积法法将四氟氟化硅、四四氟化锗锗等在氢氢氧焰中中热分解解，气相相生成物物沉积在在基版上上，形成成超高纯纯的玻璃璃态物质质，可用用于光纤纤玻璃制制

21、备。真空蒸发发法在真真空中加加热或用用电子束束轰击结结晶材料料到其蒸蒸发温度度，使之之蒸发并并沉积在在基版上上，形成成在光学学和电学学性能上上有特殊殊要求的的玻璃膜膜。可用用于光学学玻璃，激激光玻璃璃及光电电子玻璃璃制备。超急冷却却法将不不易玻璃璃化的物物质熔融融后以极极快的速速度（可可达1006/S）冷冷却，形形成所谓谓金属玻玻璃，可可用于电电容器制制备。溶胶-凝凝胶法将将含有组组成玻璃璃必要的的原子的的液体有有机物用用乙醇等等作为溶溶媒制成成溶胶，再再加水制制成凝胶胶，加热热（大大大低于传传统玻璃璃熔化温温度）形形成玻璃璃。热分解法法是经加加热酚醛醛树脂和和糖醇碳碳化制成成，可在在低温下下

22、制成具具有玻璃璃外观的的无气孔孔的玻璃璃碳。中子照射射法晶态态石英在在高速中中子照射射下可转转变为玻玻璃态。2、玻璃璃制造工工艺简介介1）基本本制造工工艺流程程设计玻璃璃化学组组成计算配合料料方选择及及加工原原料制备备配合料料熔制制成型型处理理退火火处理理检验验包装。 2）具具体制造造工艺根根据玻璃璃品种、质质量要求求、产量量和实际际经济技技术水平平不同分分为多种种形式。根据熔化化设备不不同可分分为坩埚埚窑式和和池窑式式；根据据加热方方式不同同可分为为燃煤式式、燃油油式、燃燃气式和和电加热热式；根根据成型型方式不不同可分分为手工工式和机机械化式式；机械械化式又又可分为为吹制、拉拉制、压压制及混

23、混合式等等。第二节 玻璃配配合料的的制备一、玻璃璃原料玻璃原料料通常可可以分为为主要原原料和辅辅助原料料两大类类。主要原料料主要原原料是指指引入玻玻璃各种种组成氧氧化物的的原料，它们决定了玻璃的基本物理化学性质。包括引入玻璃形成体、玻璃中间体和玻璃外体成分的原料。辅助原料料是使玻玻璃获得得某些必必要性质质和加速速熔制过过程的原原料，根根据作用用不同分分为澄清清剂、助助熔剂、着着色剂、乳乳浊剂脱脱色剂、氧氧化剂、还还原剂等等。1）澄清清剂：加加入玻璃璃配合料料或玻璃璃熔体中中，在高高温下分分解或气气化形成成气体以以促进玻玻璃液中中气泡排排除的物物质。常常用澄清清剂有：白砒、氧氧化锑、氟氟化物、二

24、二氧化铈铈、硫酸酸盐、硝硝酸盐、铵铵盐等。2）助熔熔剂：能能促使玻玻璃熔制制过程加加速的原原料。如如氟化物物、硼化化合物、硝硝酸盐、钡钡化合物物等。3）着色色剂：使使玻璃着着色的物物质。可可分为离离子着色色剂，硫硫、硒及及其化合合物着色色剂和金金属胶体体着色剂剂三大类类。4）脱色色剂：能能减弱铁铁及其它它杂质离离子或化化合物对对玻璃着着色影响响的物质质，主要要是消除除铁离子子的着色色。分为为物理脱脱色剂和和化学脱脱色剂两两类。5）乳浊浊剂：在在玻璃中中溶解度度不大，随随着温度度下降，重重新以微微粒状从从玻璃中中析出，使使玻璃产产生乳浊浊现象的的物质。最常用的的乳浊剂剂有氟化化物，也也可以使使用

25、磷酸酸盐、锡锡、砷、锰锰的化合合物等。6）氧化化剂和还还原剂：在玻璃璃熔制中中能释放放出或夺夺取氧的的物质，可可以形成成特定的的氧化或或者还原原熔制条条件。属于氧化化剂的原原料主要要有硝酸酸盐、氧氧化铈、五五氧化二二砷等。属于还原原剂的原原料主要要有碳、氧氧化锡、金金属锑粉粉、酒石石酸等。二、玻璃璃组成设设计玻璃生产产中，组组成设计计对玻璃璃的性质质、工艺艺和成本本有着重重要的意意义。改改变组成成可以改改变玻璃璃的结构构，从而而使玻璃璃性质发发生变化化。生产产中往往往通过改改变改变变组成来来调整性性质和控控制生产产。对于新品品种玻璃璃的开发发和原有有品种的的改良，都都首先要要从设计计和确定定它

26、们的的组成开开始。1、设计计玻璃组组成时应应注意的的原则是是：1）首先先考虑玻玻璃的组组成性质结构之之间的关关系，使使设计的的玻璃组组成能满满足预定定的性能能要求。2）根据据玻璃形形成图、相相图及玻玻璃结构构等理论论依据，使使设计组组成析晶晶倾向小小，易于于形成玻玻璃。3）根据据生产条条件使设设计的组组成能满满足工艺艺的实际际条件，并并使所用用原料价价格低廉廉，原料料易于获获得。2、设计计和确定定玻璃组组成的步步骤1）列出出玻璃的的性能要要求：针针对玻璃璃的用途途不同，列列出玻璃璃的主要要性能要要求，作作为设计计组成的的指标。2）拟定定玻璃组组成：根根据性能能要求，参参考相图图和玻璃璃形成图图

27、，拟定定出玻璃璃的原始始组成，然然后进行行性能计计算，不不合要求求时再调调整组成成，反复复计算、调调整，直直至初步步合乎要要求，即即作为试试验组成成。3）试验验、测试试、确定定组成：按照拟拟定的玻玻璃试验验组成，制制备配合合料，熔熔制，测测试性能能，经多多次调整整修改，直直至设计计玻璃达达到预定定性能的的要求。首先根据据性能要要求选择择确定玻玻璃的主主要组成成，通常常主要组组成氧化化物为334种种，总量量往往达达到900%。在在此基础础上假如如其它可可以调节节性质的的必要氧氧化物。三、配合合料的制制备玻璃配合合料的制制备工艺艺过程如如下：料料方计算算称量量混合合输送送窑头头料仓1、配合合料的计

28、计算根据给定定的玻璃璃组成和和原料组组成，计计算出一一付配合合料的组组成。1）基本本计算法法 a 、将各各原料引引进玻璃璃中的氧氧化物的的百分比比乘以原原料加入入量，求求出个成成分氧化化物的数数量。 b 、求求出全部部组成氧氧化物量量的总和和，就是是从从配配合料中中所得到到的玻璃璃量。 c 、每每个氧化化物的量量除以全全部成分分氧化物物的的总总量，再再乘以1100，便便得出各各成分氧氧化物的的百分比比。 d 、将将各组成成氧化物物百分比比相加，验验算总和和是否在在10001以内。2）按给给定值计计算配合合料组成成对于含有有两种以以上氧化化物成分分的原料料，用下下述方法法计算。 aa、以1000

29、千克克玻璃为为计算基基准。 b 、选选择含有有两种主主要氧化化物成分分的原料料，列出出二元一一次联立立方程，求求出各原原料的需需要量。 c 、碱性性成分的的用量，应应将从纯纯碱以外外的其他他引进的的碱量扣扣除，然然后根据据其差额额计算纯纯碱用量量。 d 、关于于氧化钙钙和氧化化镁的用用量，应应将从硅硅沙和长长石等引引入的钙钙和镁的的量扣除除，然后后根据其其差额利利用二元元一次联联立方程程求出石石灰石和和白云石石的用量量。e 、对对于芒硝硝、硝酸酸钠等的的用量应应从技术术角度确确定其用用量。f 、熔熔制含氧氧化硼的的玻璃时时，一般般使用硼硼砂。但但熔制低低碱玻璃璃时，由由于硼砂砂含碱，不不能满足

30、足氧化硼硼的需要要量，这这时需使使用硼酸酸。2、玻璃璃原料的的一般处处理加工工工艺1）石英英沙干燥筛选上仓2）纯碱碱粉碎碎过筛筛上仓仓3）矿石石粗碎碎细碎碎过筛筛上仓仓4）本炉炉碎玻璃璃粉碎碎过筛筛上仓仓5）外购购碎玻璃璃拣选选清洗洗粉碎碎除铁铁过筛筛上仓仓3、配合合料的称称量、混混合及输输送称量准确确是制备备合格配配合料的的先决条条件。现现代生产产中多采采用带斗斗的自动动称量器器，称量量方式有有两种：一次称称量和减减量称量量。影响混合合均匀度度的因素素主要有有：原料料的配比比；原料料的颗粒粒度和表表面形态态；原料料的比重重；混合合的时间间；加水水量；加加料顺序序；加料料量；碎碎玻璃加加入方式

31、式；混合合机的结结构等。固体粉料料粒度及及不同组组分之间间平均粒粒度的匹匹配是能能否混合合均匀的的主要决决定因素素。粒度度分散性性小，各各原料的的平均粒粒度匹配配好，混混合均匀匀度就好好。对主主要原料料而言，希希望900%995%都都在0.100.5mmm粒径径范围内内。辅助原料料在配合合料中较较难混合合均匀，可可以先与与某一种种大宗原原料或几几种小料料一道预预混，以以增大其其分散量量。加料顺序序一般是是先加入入石英原原料，加加水湿润润，然后后依次加加入纯碱碱、长石石、石灰灰石、小小料。大多数混混合机不不许碎玻玻璃加入入与粉料料一起混混合，因因为那样样磨损太太大。一一般是在在配合料料送到窑窑头

32、料仓仓的途中中掺入。配合料的的输送方方式有多多种。批批量大时时用皮带带运输机机或斗式式提升机机，批量量小时用用料罐或或小车输输送。输输送中要要防止分分层，结结块，飞飞料及污污染。配合料的的质量要要求及质质量检验验1）质量量要求a、组成成准确、稳稳定 b、适适当含水水（纯碱碱料3%5%，芒硝硝料3%7%）。有有助于湿湿润配合合料，防防止分层层，结块块，飞料料。c、有适适当的气气体率。是是指在熔熔制过程程中释放放出的总总气体重重量和配配合料重重量之比比的百分分数。配配合料保保持适当当的气体体率有助助于提高高料的活活性，加加快对流流及澄清清。钠钙硅玻玻璃气体体率一般般为155%220%，硼硼硅玻璃璃

33、为9%155%。d、混合合均匀2）质量量检验a、组成成测定：利用化化学分析析法，取取一个平平均试样样，分析析其各组组成氧化化物含量量，与给给定玻璃璃组成比比较，以以确定组组成的正正确性。b、含水水率：失失重法c、均匀匀度：最最常用的的是滴定定法和电电导法。滴定法是是在配合合料的不不同地点点取试样样三个，每每个试样样约2gg左右溶溶于水，然然后用标标准盐酸酸进行滴滴定，把把滴定总总碱度换换算成纯纯碱来表表示，将将三个试试样的结结果加以以比较，如果标准误差不超过0.5%，可以认为均匀度合格。电导法较较快，它它是利用用碳酸钠钠、硫酸酸钠等在在水溶液液中能够够电离形形成电解解质溶液液的原理理，在电电场

34、作用用下离子子移动，是是溶液导导电。根根据电导导率的变变化来估估计均匀匀度，也也是取试试样三个个，进行行测定。第三节玻玻璃的熔熔制玻璃的熔熔制：将将配合料料经高温温加热，形形成均匀匀的符合合成型温温度要求求的玻璃璃液的过过程。一、熔制制过程1、硅酸酸盐形成成阶段配合料各各组分进进行固体体反应，盐盐类分解解，二氧氧化硅及及其他组组分相互互作用，形形成烧结结物，出出现少量量液相，生生成低共共熔物，进进一步形形成由硅硅酸盐和和游离二二氧化硅硅组成的的不透明明烧结物物，一般般在80009900摄摄氏度基基本结束束。2、玻璃璃形成阶阶段继续加热热下，烧烧结物进进一步熔熔融，直直至全部部固相转转化为玻玻璃

35、液相相，成为为有大量量可见气气泡的不不均匀的的透明玻玻璃液。玻璃形成成的速度度实际上上取决于于石英颗颗粒的溶溶解扩散散速度。其其中扩散散速度最最慢，所所以石英英颗粒的的溶解速速度决定定于扩散散速度。玻璃形成成的速度度也与石石英颗粒粒的大小小有关，越越小玻璃璃形成速速度越快快。但若若很小时时可能结结团，影影响反应应速度。3、澄清清阶段玻璃配合合料释放放的气体体只有少少部分以以气泡形形式存在在于玻璃璃液中。澄澄清的目目的就是是排除玻玻璃液中中的可见见气泡，降降低溶解解气体的的浓度，以以防止出出现再生生气泡。澄清过程程中，可可见气泡泡的排除除，按以以下两种种方式进进行：1）使大大气泡变变得更大大，加

36、速速上升排排出液面面。2）使小小气泡气气体溶解解于玻璃璃液中，气气泡被吸吸收而消消失。影响澄清清过程的的因素主主要有气气氛、压压力、粘粘度、澄澄清方法法等。配合料中中加入澄澄清剂是是加速澄澄清的最最常用的的方法。还还可以采采用物理理方法加加速澄清清，如鼓鼓泡、超超声波振振动等。4、均化化阶段使玻璃液液达到化化学均匀匀状态的的过程叫叫玻璃液液的均化化。促进均化化的主要要因素是是：1）熔体体中的浓浓度差，提提高温度度降低粘粘度可以以使扩散散加剧。2）表面面张力低低且密度度大的玻玻璃液易易于在熔熔体表面面散流下下沉。3）玻璃璃液的流流动能促促进均化化强化均化化的方法法有：升升温；搅搅拌等。5、冷却却

37、阶段将玻璃液液均匀冷冷却到成成型温度度。此阶段要要防止出出现二次次气泡。二、影响响玻璃熔熔制过程程的主要要因素1、配合合料的化化学组成成配合料的的化学组组成对熔熔融速度度有着决决定性影影响，熔熔融速度度关键取取决于组组成中二二氧化硅硅及其他他难溶氧氧化物的的组成量量与碱金金属氧化化物和碱碱土金属属氧化物物总量的的比值，根根据玻璃璃熔化速速度常数数的计算算结果，可可以衡量量玻璃的的熔融难难易程度度： =(SiOO2+AAl2OO3)/(R22O+RRO+00.5BB2O33+0.1255PbOO)式中为各各氧化物物重量百百分含量量此值越小小，越易易熔制。此值与熔熔化温度度相对应应，见PP1133

38、表4-332、原料料的性质质原料的性性质及种种类的选选择对熔熔制的影影响很大大。原料料的颗粒粒度、颗颗粒组成成、颗粒粒形状，所所含杂质质的难熔熔程度，气气体率，碎碎玻璃质质量、用用量等。石英砂较较适宜的的颗粒度度为0.150.8mmm,其中0.250.55mm的的颗粒不不应少于于90%.碎玻璃应应与生产产的玻璃璃组成相相同，一一般用量量为配合合料的225%30%，采用用中等粒粒度。3、配料料的调制制与加料料方式配合料的的均匀度度与熔制制质量和和速度有有极大的的关系，配配合料输输送和储储存中易易于飞料料、分层层、结块块，影响响成分稳稳定和熔熔制，将将配合料料预处理理（粒化化，压块块，烧结结）可以

39、以避免以以上现象象。配合料的的润湿能能改善均均匀性，减减少分层层，提高高反应速速度，促促进均化化。加料方式式也影响响到熔化化，应采采用薄层层加料。4、助熔熔剂的应应用助熔剂加加速反应应速度，降降低玻璃璃粘度，有有利于熔熔制。要要注意品品种和用用量。5、熔制制的温度度及气氛氛及窑压压制度熔制温度度在1445015000时，每每提高11，熔化化率可提提高1%，但对对耐火材材料的侵侵蚀也成成倍增长长。温度制度度要求是是正确、稳稳定。气氛影响响澄清和和颜色，要要求正确确、稳定定。窑压影响响澄清和和温度制制度，也也要求正正确稳定定，一般般是零压压或微正正压。6、液面面制度及及泡界线线制度液面要求求稳定，

40、否否则导致致温度波波动和不不正常的的玻璃液液流动，从从而干扰扰玻璃的的熔制。液面测控控仪与加加料机联联动控制制液面稳稳定。泡界线是是在熔化化池中熔熔化澄清清好的玻玻璃液与与未澄清清好的玻玻璃液之之间的界界线，要要求正确确、清晰晰、稳定定。泡界界线的稳稳定与加加料、温温度制度度，玻璃璃液的流流动等有有关。三、玻璃璃体的缺缺陷玻璃的缺缺陷种类类很多，有有在熔制制过程中中产生的的，也有有在成型型及加工工中产生生的。其其中以在在熔制中中产生的的最常见见。在熔熔制过程程中，玻玻璃的物物理、化化学均一一性受到到破坏而而产生的的缺陷称称为玻璃璃体的缺缺陷。它它会使玻玻璃的强强度和外外观质量量严重下下降。按按

41、状态不不同，玻玻璃体的的缺陷可可以分成成三大类类：气泡泡，结石石，条纹纹和节瘤瘤。1、气泡泡（气态态夹杂物物）玻璃中的的气泡是是可见气气体夹杂杂物。按按其尺寸寸大小可可以分为为灰泡（直直径小于于0.88mm）和和气泡（直直径大于于0.88mm)两种。根据气泡泡产生的的原因不不同，可可以分为为以下几几种：1）一次次气泡（配配合料残残余气泡泡）玻璃澄清清阶段过过后，若若还有气气泡没有有排除，残残留于玻玻璃中，就就称称为为一次气气泡。一次气泡泡产生的的主要原原因是澄澄清不良良，解决决的主要要办法是是适当提提到澄清清温度和和适当调调节澄清清剂的种种类和用用量。2）二次次气泡当玻璃液液所处的的条件发发生

42、变化化，如温温度、压压力、气气氛变化化时，则则可能在在已经澄澄清好的的玻璃液液中再次次出现气气泡，这这类气泡泡称为二二次气泡泡。这类气泡泡一般很很小，此此时玻璃璃液粘度度很大，气气泡很难难排除，就就会残留留在玻璃璃中。造成二次次气泡的的原因有有物理的的和化学学的两种种。降温后的的再次生生温会使使已经溶溶解与玻玻璃中的的气体再再次析出出，这是是物理原原因。化学原因因主要与与玻璃组组成和使使用原料料有关，如如含钡玻玻璃由于于过氧化化钡分解解易于产产生二次次气泡。在电熔窑和辅助电熔中，电极附近的玻璃液电解会产生二次气泡。3）外界界空气气气泡由配合料料和成型型操作带带入的空空气没有有排除而而残留于于玻

43、璃中中的气泡泡称为外外界空气气气泡。配合料和和颗粒间间隙中和和碎玻璃璃表面吸吸附的气气体，都都会引入入到玻璃璃中，如如果没有有完全排排除，就就会残留留在玻璃璃中。成成型中夹夹入气体体造成气气泡是常常见的。要要做好澄澄清和成成型操作作。4) 耐耐火材料料气泡玻璃和耐耐火材料料间的物物理化学学作用引引起的气气泡。耐火材料料气孔中中气体被被玻璃液液排挤出出来进入入到玻璃璃液中，气气泡量是是相当可可观的。耐火材料料中所含含铁的化化合物，对对于玻璃璃液内残残余盐类类的分解解起催化化作用也也会引起起气泡。还原焰中中烧成的的耐火材材料，其其表面和和气孔中中存在碳碳素，碳碳素的燃燃烧也会会引起气气泡。耐火材料

44、料受到玻玻璃液侵侵蚀时，玻玻璃液中中硅、铝铝氧化物物含量增增加，促促进碳酸酸钠分解解。同时时对玻璃璃液中比比较不稳稳定的含含二氧化化碳及二二氧化硫硫化合物物产生排排挤作用用，产生生气泡。为防止耐耐火材料料气泡的的产生，必必须提高高耐火材材料质量量。接近近成型部部应选择择不易与与玻璃反反应形成成气泡的的筑炉材材料。操操作上，要要稳定作作业制度度，如温温度不要要太高，以免加剧侵蚀。玻璃液面的稳定对减少侵蚀也有重要意义。5）金属属铁引起起的气泡泡窑炉操作作中，不不慎把铁铁带入玻玻璃液中中，铁中中的碳与与玻璃中中的残余余气体相相互作用用排出气气体，形形成气泡泡。这种种气泡周周围常常常有一层层为氧化化铁

45、所着着色而成成的褐色色玻璃膜膜，有时时出现褐褐色条纹纹。为防止这这种气泡泡的产生生，除了了注意配配合料中中不能含含有金属属铁之外外，成型型工具的的质量、特特别是浸浸入玻璃璃液中的的部件质质量要好好，使用用要得当当。2、结石石（晶态态夹杂物物）结石是玻玻璃体中中最危险险的缺陷陷，结石石的存在在不仅破破坏了产产品的外外观和光光学均匀匀性，而而且降低低了玻璃璃的使用用价值。结结石与周周围玻璃璃的膨胀胀系数相相差越大大，产生生的局部部应力也也越大，从从而降低低了玻璃璃的机械械强度和和热稳定定性，甚甚至使之之自行破破裂。根据产生生的原因因，结石石可以分分为以下下几类：1）配合合料结石石是配合料料中没有有

46、熔化的的组分颗颗粒，也也就是未未完全熔熔化的物物料残留留物。大大多数情情况下，配配合料结结石就是是石英颗颗粒。结石中的的石英颗颗粒常呈呈白色颗颗粒状，其其边缘由由于逐渐渐溶解而而变圆。除除了石英英结石外外，氧化化铝的颗颗粒也可可能生成成结石。配配合料结结石的产产生与原原料的选选择与加加工、配配合料的的制备、加加料操作作及熔制制条件等等因素有有关。2）耐火火材料结结石由于耐火火材料被被侵蚀而而造成的的结石。大碹和胸胸墙侵蚀蚀后形成成的液滴滴状结石石。耐火材料料侵蚀后后剥落进进入玻璃璃中形成成的结石石。耐火材料料结石的的主要原原因有以以下几方方面： a 、耐火火材料质质量差。 b 、耐火材材料使用

47、用不当。 c 、熔熔化温度度过高。 d 、助助熔剂用用量过大大。 e 、易易起反应应的耐火火材料砌砌在一起起。3）析晶晶结石在一定温温度范围围内，玻玻璃析晶晶造成的的结石。玻璃液长长期停留留在有利利于析晶晶的温度度条件下下，玻璃璃中的化化学不均均匀部分分是造成成析晶的的主要因因素。消消除的主主要办法法有：增增加组分分，降低低析晶温温度；提提高机速速；减少少再加热热次数；供料道道保温。4）硫酸酸盐夹杂杂物熔体中硫硫酸盐以以浮渣形形式分离离出来形形成。5）污染染物由配合料料或操作作引起的的污染物物。3、条纹纹和结瘤瘤玻璃主体体内存在在的异类类玻璃夹夹杂物称称为条纹纹和结瘤瘤。可以以分为以以下几种种：1）熔制制不均匀匀引起的的条纹和和结瘤若均化进进行的不不够完善善，玻璃璃体内必必将存在在不同程程度的不不均匀性性。与此此有