玻璃的熔炼与凝固精选文档.ppt

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1、玻璃的熔炼与凝固玻璃的熔炼与凝固本讲稿第一页，共八十页一、玻璃概述一、玻璃概述1、玻璃、玻璃态态性性质质晶体：晶体：质质点在三点在三维维空空间间有有规则规则排列近程排列近程远远程均程均有序。有序。非晶体：非晶体：近程有序但近程有序但远远程无序，如：玻璃、熔体、程无序，如：玻璃、熔体、树树脂、橡胶脂、橡胶玻璃是由熔体玻璃是由熔体过过冷却形成的，冷却形成的，为为无机非晶无机非晶态态固体中最主要一族。固体中最主要一族。一般有：一般有：较较高硬度，高硬度，较较大脆性，一定透明度，大脆性，一定透明度，具有物理通性（四个物理通性）具有物理通性（四个物理通性）本讲稿第二页，共八十页（1）各向同性）各向同性

2、玻璃内部任何方向性玻璃内部任何方向性质质均是相同的，与液体均是相同的，与液体类类似与晶体相反，与似与晶体相反，与统计结统计结果吻合，如折射率、果吻合，如折射率、导电导电性、性、热热膨膨胀胀系数等。系数等。（2）介）介稳稳性性玻璃体是一种介玻璃体是一种介稳态稳态，即在低温下保留了高温，即在低温下保留了高温时时的的结结构而不构而不变变化，包含有化，包含有过过剩内能，有析晶剩内能，有析晶可能。可能。热热力学力学观观点：玻璃点：玻璃为为高能量状高能量状态态必然自低能量必然自低能量状状态较变态较变，即析晶。，即析晶。功能学功能学观观点：室温下玻璃粘度大，点：室温下玻璃粘度大，较变为较变为晶晶态态速率十分

3、小，相速率十分小，相对稳对稳定定 本讲稿第三页，共八十页（3）熔融）熔融态态向玻璃向玻璃态转变过态转变过程是程是可逆可逆渐变渐变的的 A结结晶晶过过程程 温度降至温度降至TM时时，出，出现现新相，内能与体新相，内能与体积积下下降，粘度降，粘度则则上升。上升。B玻璃化玻璃化过过程：折程：折线线ABKG，ABKFE所示所示 温度降至温度降至K、F点点对应对应温度：溶体开始固化，温度：溶体开始固化，即形成玻璃体即形成玻璃体时时，变变化化为为KB所述所述 而而KG，KFE则为则为形成的玻璃体，其内能与形成的玻璃体，其内能与体体积积随温度的随温度的变变化曲化曲线线在在F点点转转折。折。K、F两点均两点均

4、为转为转折点。折点。本讲稿第四页，共八十页本讲稿第五页，共八十页 由于由于转转折点有差折点有差别别，则则玻璃形成温度玻璃形成温度Tg为为随随冷却速度而冷却速度而变变的温度范的温度范围围，速度愈快，速度愈快，Tg也愈也愈大。大。TTg 熔体熔体 玻璃体无固定熔点，玻璃体无固定熔点，仅仅有一定范有一定范围围Tg。本讲稿第六页，共八十页 （4）熔融）熔融态态向玻璃向玻璃态转态转化化时时，化学性，化学性质连续变质连续变化化（5）无固定熔点）无固定熔点 玻璃玻璃态态物物质质由熔体由熔体转变为转变为固体是在一定温度固体是在一定温度区区间间（转转化温度范化温度范围围内）内）进进行的，它与行的，它与结结晶晶态

5、态物物质质不同，没有固定熔点。不同，没有固定熔点。本讲稿第七页，共八十页 玻璃玻璃结结构学构学说说：晶子学：晶子学说说和无和无规则规则网网络络学学说说（1）晶子学）晶子学说说（在前（在前苏联较苏联较流行流行)基本基本观观点：玻璃由无数点：玻璃由无数“晶子晶子”组组成，它成，它们们分分散于无定形介散于无定形介质质中，并且中，并且“晶子晶子”部分到无定形部分到无定形部分部分过过渡是逐步完成的，两者无明渡是逐步完成的，两者无明显显界界线线，是，是高分散晶子的集合体。高分散晶子的集合体。2、玻璃的、玻璃的结结构构 本讲稿第八页，共八十页实验实验：1921年列年列别别捷夫在研究硅酸捷夫在研究硅酸盐盐玻璃

6、玻璃时发现时发现，玻，玻璃加璃加热热到到573时时其折射率其折射率发发生急生急剧变剧变化，而石化，而石英正好在英正好在573发发生生 型的型的转变转变。在此基。在此基础础上上他提出玻璃是高分散的晶子的集合体，后他提出玻璃是高分散的晶子的集合体，后经经瓦瓦连连柯夫等人逐步完善。柯夫等人逐步完善。上述上述现现象象对对不同玻璃，有一定普遍性。不同玻璃，有一定普遍性。400-600为为玻璃的玻璃的Tg、Tf温度。温度。研究研究钠钠硅二元玻璃的硅二元玻璃的x-射射线线散射散射强强度，如度，如图图。本讲稿第九页，共八十页 第一峰：是石英玻璃衍射的主峰与晶体石英第一峰：是石英玻璃衍射的主峰与晶体石英特征峰一

7、致。特征峰一致。第二峰：是第二峰：是Na2O-SiO2玻璃的衍射主峰与偏玻璃的衍射主峰与偏硅酸硅酸钠钠晶体的特征峰一致。晶体的特征峰一致。本讲稿第十页，共八十页要点：要点：玻璃由无数的玻璃由无数的“晶子晶子”组组成。所成。所谓谓“晶子晶子”不同于一般微晶，而是不同于一般微晶，而是带带有晶格有晶格变变形的有序区域，形的有序区域，它分散于无定形的介它分散于无定形的介质质中，并且中，并且“晶子晶子”到介到介质质的的过过渡是逐渡是逐渐渐完成的，两者之完成的，两者之间间无明无明显显界界线线。意意义义及及评评价：第一次揭示了玻璃的微不均匀性，价：第一次揭示了玻璃的微不均匀性，描述了玻璃描述了玻璃 结结构近

8、程有序的特点。构近程有序的特点。不足之不足之处处：晶子尺寸太小，无法用：晶子尺寸太小，无法用x射射线检线检测测，晶子的含量、，晶子的含量、组组成也无法得知。成也无法得知。本讲稿第十一页，共八十页（2）无）无规则规则网网络络学学说说实验实验：说说明：明：A、由于石英玻璃和方石英的特征、由于石英玻璃和方石英的特征谱线谱线重合，重合，瓦瓦伦认为伦认为石英玻璃和方石英中原子石英玻璃和方石英中原子间间距大致一距大致一致。峰致。峰值值的存在并不的存在并不说说明晶体的存在。明晶体的存在。B、石英玻璃中没有象硅胶一、石英玻璃中没有象硅胶一样样的小角度衍射，的小角度衍射，从而从而说说明是一种密明是一种密实实体，

9、体，结结构中没有不构中没有不连续连续的的离子或空隙。离子或空隙。实验实验表明，玻璃物表明，玻璃物质质主要部分不可能以方石主要部分不可能以方石英晶体的形式存在，而每个原子的周英晶体的形式存在，而每个原子的周围围原子配原子配位位对对玻璃和方石英来玻璃和方石英来说说都是一都是一样样的。的。本讲稿第十二页，共八十页本讲稿第十三页，共八十页学学说说要点：要点：(1)形成玻璃的物形成玻璃的物质质与相与相应应的晶体的晶体类类似，形成相似的三似，形成相似的三维维空空间间网网络络。(2)这这种网种网络络是由离子多面体通是由离子多面体通过桥过桥氧相氧相连连，向三，向三维维空空间间无无规规律的律的发发展而构筑起来的

10、。展而构筑起来的。(3)电电荷高的网荷高的网络络形成离子位于多面体中心，半径大的形成离子位于多面体中心，半径大的变变性离子，在网性离子，在网络络空隙中空隙中统计统计分布，分布，对对于每一个于每一个变变价离子价离子则则有一定的配位数。有一定的配位数。(4)氧化物要形成玻璃必氧化物要形成玻璃必须须具具备备四个条件：四个条件：A、每个、每个O最多与两个网最多与两个网络络形成离子相形成离子相连连。B、多面体中阳离子的配位数、多面体中阳离子的配位数4。C、多面体共点而不共棱或共面。、多面体共点而不共棱或共面。D、多面体至少有、多面体至少有3个角与其它相个角与其它相邻邻多面体共用。多面体共用。本讲稿第十四

11、页，共八十页评评价价 (1)说说明玻璃明玻璃结结构宏构宏观观上是均匀的。解上是均匀的。解释释了了结结构上是构上是远远程无程无序的，序的，揭示了玻璃各向同性等性揭示了玻璃各向同性等性质质。(2)不足之不足之处处：对对分相研究不利，不能完分相研究不利，不能完满满解解释释玻璃的微玻璃的微观观不均不均 匀性和分相匀性和分相现现象。象。结论结论：两种假两种假说说各具各具优优缺点，缺点，两种两种观观点正在逐步靠近。点正在逐步靠近。统统一的一的看法是玻璃是具有近程有序、看法是玻璃是具有近程有序、远远程无序程无序结结构特点的无定形物构特点的无定形物质质。晶子假晶子假说说着重于玻璃着重于玻璃结结构的微不均匀和有

12、序性。构的微不均匀和有序性。无无规则规则网网络络学学说说着重于玻璃着重于玻璃结结构的无序、构的无序、连续连续、均匀和、均匀和统统计计性。性。它它们们各自能解各自能解释释玻璃的一些性玻璃的一些性质变质变化化规规律。律。本讲稿第十五页，共八十页 通通过桥过桥氧形成网氧形成网络结络结构玻璃称构玻璃称为为氧化物氧化物玻璃玻璃。典型的玻璃形成的氧化物是典型的玻璃形成的氧化物是SiO2、B2O3、P2O5和和GeO2，制取的玻璃，在，制取的玻璃，在实实际应际应用和理用和理论论研究上均很重要。研究上均很重要。3、常、常见见玻璃玻璃类类型型 本讲稿第十六页，共八十页（1）硅酸）硅酸盐盐玻璃玻璃石英玻璃由硅氧四

13、面体石英玻璃由硅氧四面体SiO2以以顶顶角相角相连连而而组组成成的三的三维维网网络络。网。网络络没有其晶体那没有其晶体那样样近程有序，它近程有序，它是其它硅酸是其它硅酸盐盐玻璃的基玻璃的基础础。（2）硼酸）硼酸盐盐玻璃：玻璃：B2O3是硼酸是硼酸盐盐玻璃中的网玻璃中的网络络形成体。形成体。层层之之间间是分子力，是一种弱是分子力，是一种弱键键，所以，所以B2O3玻璃玻璃软软化温度低化温度低(450)，表面，表面张张力小，化力小，化学学稳稳定性差定性差(易在空气中潮解易在空气中潮解)。一般一般说纯说纯B2O3玻璃玻璃实实用价用价值值小。但小。但B2O3是唯一能是唯一能用来制造有效吸收慢中子的氧化物

14、玻璃，而且是用来制造有效吸收慢中子的氧化物玻璃，而且是其它材料不可取代的。其它材料不可取代的。B2O3与与R2O、RO等配合才能制成等配合才能制成稳稳定的有定的有实实用价用价值值的硼酸的硼酸盐盐玻璃。玻璃。本讲稿第十七页，共八十页硼硅酸硼硅酸盐盐玻璃的玻璃的实际实际用途：用途：(1)在氧化硼玻璃中引入在氧化硼玻璃中引入轻轻元素氧化物元素氧化物(BeO、Li2O)可使快可使快中子减慢，若引入中子减慢，若引入CdO和其它稀土元素氧化物能使中子吸和其它稀土元素氧化物能使中子吸收能力收能力剧剧增。在增。在核工核工业业中有重要用途中有重要用途。(2)硼硼酐对酐对于碱金属于碱金属(Na、Cs)蒸汽蒸汽稳稳

15、定，所以含定，所以含Na和和Cs的的放放电电灯外壳用含灯外壳用含2055wtB2O3的玻璃制造。放的玻璃制造。放电电灯内表灯内表面面还还可覆盖一可覆盖一层层含含87wt的的B2O3玻璃。玻璃。(3)特种硼酸特种硼酸盐盐玻璃的另一特性是玻璃的另一特性是x射射线线透透过过率高，以率高，以B2O3为为基基础础配方再加配方再加轻轻元素氧化物元素氧化物(BeO、Li2O、MgO、Al2O3)所制得的玻璃，是制造所制得的玻璃，是制造x射射线线管小窗的最适宜材料。管小窗的最适宜材料。(4)硼酸硼酸盐盐玻璃玻璃电绝缘电绝缘性能好，而且易熔，常作性能好，而且易熔，常作为为玻璃玻璃焊焊剂剂或粘或粘结剂结剂。(5)

16、含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重要含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重要应应用。用。本讲稿第十八页，共八十页窗玻璃窗玻璃日用玻璃日用玻璃器皿玻璃器皿玻璃夹层玻璃夹层玻璃钢化玻璃钢化玻璃仪器玻璃仪器玻璃光学玻璃光学玻璃玻璃分类玻璃分类(两千余种两千余种)本讲稿第十九页，共八十页变色玻璃变色玻璃高强玻璃高强玻璃微晶玻璃微晶玻璃生物玻璃生物玻璃玻璃纤维玻璃纤维玻璃棉玻璃棉光导纤维光导纤维瓶罐玻璃瓶罐玻璃本讲稿第二十页，共八十页4、玻璃的制、玻璃的制备备方法方法传统传统的熔体冷却法的熔体冷却法通通过过气相合成玻璃的气相沉气相合成玻璃的气相沉积积和和电电沉沉积积法、法、真空蒸真空蒸发发法和法和溅溅射法；

17、射法；通通过过液相合成玻璃的超急冷却法和溶胶凝胶法液相合成玻璃的超急冷却法和溶胶凝胶法通通过过固相生成玻璃的方法，固相生成玻璃的方法，热热分解法和中子照射分解法和中子照射法。法。本讲稿第二十一页，共八十页 热热力学：力学：冷却速度足冷却速度足够够快，任何物快，任何物质质都有玻都有玻璃体璃体 在低于熔点范在低于熔点范围围内保持足内保持足够长时间够长时间，均能使，均能使玻璃体析晶玻璃体析晶动动力学：以多快速度使熔体冷却以力学：以多快速度使熔体冷却以避免避免产产生晶体生晶体（1）形成玻璃的）形成玻璃的动动力学条件力学条件 物物质结质结晶由两个速度决定：晶由两个速度决定：晶核生成速率和晶体生晶核生成速

18、率和晶体生长长速率速率 另外，如熔体在玻璃形成温度另外，如熔体在玻璃形成温度Tg附近粘度大，附近粘度大，此此时时，晶核生，晶核生长长和晶体成和晶体成长长阻力均很大，熔体阻力均很大，熔体易形成玻璃而不析晶。易形成玻璃而不析晶。析晶析晶还还与玻璃与与玻璃与过过冷度，粘度，成核速率，冷度，粘度，成核速率，生生长长速率均有关。速率均有关。5、玻璃的形成玻璃的形成 本讲稿第二十二页，共八十页晶体混乱分布于熔体中，晶体的体晶体混乱分布于熔体中，晶体的体积积分数分数（Vs/V）为为10-6时时，即可探，即可探测测。Vs晶体体晶体体积积，V熔体体熔体体积积Iv成核速率，成核速率，生生长长速率速率t时间时间 做

19、三做三T图图（时间时间-温度温度-熔点）熔点）三三T图头图头部弯曲出部弯曲出现时现时的的转转折点折点对应对应析，出析，出晶体晶体积积分数分数10-6时时最短最短间间。本讲稿第二十三页，共八十页本讲稿第二十四页，共八十页为为避免形成避免形成给给定定结结晶分数，所需冷却速度晶分数，所需冷却速度 凡熔体在溶点有高粘度，且随温度降低而凡熔体在溶点有高粘度，且随温度降低而剧剧烈上升，使析晶位烈上升，使析晶位垒垒升熔体易成玻璃反之易析升熔体易成玻璃反之易析晶。晶。Tg/Tm转变转变温度与熔点之比亦温度与熔点之比亦为为判判别别形成玻璃的形成玻璃的标标志，玻璃志，玻璃2/3。在。在Tg/Tm上方易成上方易成玻

20、璃氧化物在下方玻璃氧化物在下方则难则难形成。形成。本讲稿第二十五页，共八十页二、非晶二、非晶态态玻璃的制玻璃的制备备工工艺艺玻璃生产基本流程玻璃生产基本流程成成 分分 设设 计计原原 料料 加加 工工配配 合合 料料 制制 备备熔熔 化化成成 型型退退 火火缺缺 陷陷 检检 验验一一次次 制制 品品深深 加加 工工检检 验验二二 次次 制制 品品本讲稿第二十六页，共八十页1、原料、原料主要原料：主要原料：在一般玻璃中，主要成分有在一般玻璃中，主要成分有SiO2、Al2O3、Na2O、CaO、MgO等五种成分，等五种成分，为为引入上述成分而使用的原料称主要原料。引入上述成分而使用的原料称主要原料

21、。辅辅助原料：助原料：为为使玻璃使玻璃获获得某种必要的性得某种必要的性质质，或或为为加速玻璃熔制加速玻璃熔制过过程而引入的原料通称程而引入的原料通称为为辅辅助原料。助原料。碎玻璃碎玻璃本讲稿第二十七页，共八十页（1）主要原料）主要原料引入酸性氧化物引入酸性氧化物引入引入SiO2的原料：硅砂（另含有少量的的原料：硅砂（另含有少量的Al2O3、Na2O、K2O、CaO），砂岩（有害），砂岩（有害杂质杂质是氧化是氧化铁铁）引入引入Al2O3的原料：的原料：长长石，高岭土石，高岭土引入引入B2O3的原料的原料引入引入P2O5的原料的原料本讲稿第二十八页，共八十页常用硅砂常用硅砂纯净硅纯净硅砂砂硅砂矿硅

22、砂矿硅砂颗粒放大图硅砂颗粒放大图本讲稿第二十九页，共八十页砂岩砂岩本讲稿第三十页，共八十页高高岭岭土土煅烧高煅烧高岭岭土土高高岭岭土粉土粉钠长石钠长石钙长石钙长石钾长石钾长石本讲稿第三十一页，共八十页引入碱金属氧化物引入碱金属氧化物纯纯碱碱（Na2CO398；NaCl1；Na2SO40.1；Fe2O30.1。）。）芒硝芒硝(Na2SO4)：不：不仅仅可以代碱，而且又是常用的可以代碱，而且又是常用的澄清澄清剂剂，缺点：，缺点：热热耗大、耗大、对对耐火材料的侵耐火材料的侵蚀蚀大、大、易易产产生芒硝泡。生芒硝泡。本讲稿第三十二页，共八十页天然芒硝天然芒硝无水芒硝无水芒硝纯碱本讲稿第三十三页，共八十页

23、引入二价金属氧化物引入二价金属氧化物CaO：石灰石、方解石：石灰石、方解石（CaCO3）MgO：白云石（：白云石（MgCO3CaCO3）引入四价金属氧化物引入四价金属氧化物天然石灰石天然石灰石透明方解石透明方解石本讲稿第三十四页，共八十页（2）辅辅助原料助原料澄清澄清剂剂氧化砷和氧化氧化砷和氧化锑锑：与硝酸与硝酸盐组盐组合作用合作用时时，它低，它低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。As2O3是极毒物是极毒物质质，目前已很少使用。，目前已很少使用。硫酸硫酸盐盐原料：原料：主要有硫酸主要有硫酸钠钠，它在高温，它在高温时时分解分解逸出气体而起澄清作用。逸

24、出气体而起澄清作用。氟化物氟化物类类原料：原料：以降低玻璃液粘度而起澄清作用。以降低玻璃液粘度而起澄清作用。萤萤石，氟硅酸石，氟硅酸钠钠。本讲稿第三十五页，共八十页着色着色剂剂离子着色离子着色剂剂：锰锰化合物：氧化化合物：氧化锰锰(Mn2O3)使玻璃着成使玻璃着成紫色紫色，若，若还还原成原成MnO则为则为无色无色。钴钴化合物的原料：化合物的原料：绿绿色粉末色粉末的氧化的氧化亚钴亚钴(CoO)、深深紫色紫色的的Co2O3和和灰色灰色的的Co3O4。铬铬化合物：化合物：热热分解后的分解后的Cr2O3使玻璃着成使玻璃着成绿绿色色。铜铜化合物的：化合物的：热热分解后的分解后的CuO使玻璃着成使玻璃着成

25、湖湖蓝蓝色色。本讲稿第三十六页，共八十页胶体着色胶体着色剂剂 金化合物的原料：金化合物的原料：主要是三主要是三氯氯化金化金(AuCl3)的溶液，的溶液，为为得到得到稳稳定的定的红红色色玻璃，玻璃，应应在配合在配合料中加入料中加入SnO2。银银化合物的原料：化合物的原料：硝酸硝酸银银(AgNO3)、氧化、氧化银银(Ag2O)、碳酸、碳酸银银(Ag2CO3)。其中以。其中以AgNO3所得的所得的颜颜色最色最为为均匀，添加均匀，添加SnO2能改能改善玻璃的善玻璃的银银黄着色黄着色。铜铜化合物的原料有：化合物的原料有：Cu2O及及CuSO4，添加，添加SnO2能改善能改善铜红铜红着色着色。本讲稿第三十

26、七页，共八十页铜红盘金红玻璃三氧化二铬硫酸铜本讲稿第三十八页，共八十页化合物着色化合物着色剂剂 硒硒与与硫硫化化镉镉：常常用用原原料料有有金金属属硒硒粉粉、硫硫化化镉镉、硒化、硒化镉镉。单单体体硒硒使使玻玻璃璃着着成成肉肉红红色色；CdSe着着成成红红色色；CdS使使玻玻璃璃着着成成黄黄色色；Se与与CdS的的不不同同比例可使玻璃着成由比例可使玻璃着成由黄到黄到红红的系列的系列颜颜色。色。本讲稿第三十九页，共八十页镉红镉红-镉黄玻璃棒镉黄玻璃棒硒镉黄硒镉黄硒镉红硒镉红本讲稿第四十页，共八十页脱色脱色剂剂 减弱减弱铁铁氧化物氧化物对对玻璃着色的影响。玻璃着色的影响。按脱色机理可分按脱色机理可分为

27、为化学脱色化学脱色剂剂和物理脱色和物理脱色剂剂两两类类。常用物理脱色常用物理脱色剂剂有有Se、MnO2、NiO、Co2O3等等 常用的化学脱色常用的化学脱色剂剂有有As2O3、Sb2O3、Na2S、硝酸、硝酸盐盐等。等。本讲稿第四十一页，共八十页乳乳浊剂浊剂使玻璃使玻璃产产生乳白不透明的原料称乳生乳白不透明的原料称乳浊剂浊剂。最常用的原料有氟化物、磷酸最常用的原料有氟化物、磷酸盐盐等。等。助熔助熔剂剂本讲稿第四十二页，共八十页2、配合料的制、配合料的制备备（1）原料的）原料的选择选择原原则则原料的原料的质质量量应应符合玻璃制品的技符合玻璃制品的技术术要求，包括要求，包括化学成分化学成分稳稳定、

28、含水量定、含水量稳稳定、定、颗颗粒粒组组成成稳稳定、定、有害有害杂质杂质少少(主要指主要指Fe2O3)等。等。便于在日常生便于在日常生产产中中调调整成分；整成分；适于熔化与澄清，适于熔化与澄清，挥发挥发与分解的气体无毒性；与分解的气体无毒性；对对耐火材料的侵耐火材料的侵蚀蚀要小；要小；原料原料应应易加工、易加工、矿矿藏量大、分布广、运藏量大、分布广、运输输方便、方便、价格低等。价格低等。本讲稿第四十三页，共八十页（2）原料加工工）原料加工工艺艺流程流程本讲稿第四十四页，共八十页干燥干燥原料的破碎与粉碎原料的破碎与粉碎动颚靠近定颚，压碎物料，动颚远离定颚，则进料和出料。颚式破碎机颚式破碎机反击式

29、破碎机反击式破碎机 物料在打击板与反击板之间反复受到打击、碰撞而破碎本讲稿第四十五页，共八十页对辊粉碎机对辊粉碎机 相对转动的主动辊和从动辊，将物料拽入两辊之间，压碎物料。锤式破碎机锤式破碎机 物料经受锤头冲击、衬板碰撞，合格物料从蓖条缝排除。本讲稿第四十六页，共八十页原料的原料的筛筛分：控制物料粒度分：控制物料粒度原料的除原料的除铁铁粉状原料的粉状原料的输输送送 适用于筛分砂岩、白云石、长石、石灰石、纯碱、芒硝等粉料六角筛六角筛本讲稿第四十七页，共八十页机械振动筛机械振动筛主要用来筛分砂岩。平面摇筛平面摇筛用于硅砂筛分本讲稿第四十八页，共八十页（3）配合料的制）配合料的制备备质质量要求量要求

30、 正确性、正确性、稳稳定性定性 均匀性均匀性 恰当的恰当的颗颗粒度与粒度与颗颗粒粒组组成成一定的气体含率一定的气体含率 一定的水分含率一定的水分含率加料加料顺顺序：常用序：常用顺顺序如序如 砂岩、硅砂砂岩、硅砂水水纯纯碱碱长长石石石灰石、白云石灰石、白云石石芒硝煤粉混合物芒硝煤粉混合物本讲稿第四十九页，共八十页QH式混合机V型混合机双锥混合机常用混合机常用混合机 桨叶式混合机鼓形混合机本讲稿第五十页，共八十页3、玻璃的熔制、玻璃的熔制物理过程 化学过程物理化学过程1.配合料加热 1.固相反应 1.共熔体的生成2.配合料脱水 2.各种盐类分解 2.固态溶解、液态互溶 3.各个组分熔化3.水化物分

31、解 3.玻璃液、炉气、气泡间相互作用 4.晶相转化 4.结晶水分解 4.玻璃液与耐火材料间的作用5.个别组分挥发 5.硅酸盐形成与相互作用 配合料加热时的各种过程配合料加热时的各种过程本讲稿第五十一页，共八十页（1）硅酸）硅酸盐盐的形成的形成 作用：形成硅酸作用：形成硅酸盐盐；产产物：物：SiO2和硅酸和硅酸盐盐形成的不透明形成的不透明烧结烧结物物 特点：温度特点：温度 900；速度；速度-快快本讲稿第五十二页，共八十页（2）玻璃的形成）玻璃的形成机理机理 砂粒表面砂粒表面SiO2断断键键、溶解、溶解 溶解的溶解的SiO2向熔体向熔体扩扩散散 作用、特点：作用、特点：生生产产含气泡、不均匀含气

32、泡、不均匀的玻璃液；温度的玻璃液；温度-1200；速速度度-较较快，在熔窑中几十分快，在熔窑中几十分钟钟可以完成（可以完成（2829分）。分）。本讲稿第五十三页，共八十页（3）玻璃的澄清）玻璃的澄清配合料料粒空隙、配合料水分分解与蒸配合料料粒空隙、配合料水分分解与蒸发发、挥挥发发分的分的挥发挥发、氧化物的氧化、氧化物的氧化还还原、耐火材料的原、耐火材料的孔隙及被侵孔隙及被侵蚀蚀分解、窑炉气体的孔隙及被侵分解、窑炉气体的孔隙及被侵蚀蚀分解分解澄清的两种方法澄清的两种方法 A、气泡、气泡长长大大 B、气泡、气泡变变小、溶解小、溶解 本讲稿第五十四页，共八十页澄清澄清过过程程 气泡的形成和气泡的形成

33、和长长大大 气体的气体的转转化与平衡化与平衡 炉气中气体炉气中气体气泡中气气泡中气体体漂浮排出漂浮排出玻璃液中气体玻璃液中气体本讲稿第五十五页，共八十页澄清的措施澄清的措施延延长长澄清澄清时间时间提高澄清温度提高澄清温度玻璃液沸玻璃液沸腾搅腾搅拌、鼓泡拌、鼓泡高高压压或真空冶或真空冶炼炼加澄清加澄清剂剂本讲稿第五十六页，共八十页（4）玻璃液的均化）玻璃液的均化 产产生不均生不均质质体的原因体的原因 配合料的不均匀性配合料的不均匀性 耐火材料被侵耐火材料被侵蚀蚀 熔化制度不熔化制度不稳稳定定 玻璃液玻璃液导热导热性差性差 熔窑的加熔窑的加热热和冷却和冷却本讲稿第五十七页，共八十页均化均化过过程程

34、 不均不均质质体体扩扩散：从高散：从高浓浓度到低度到低浓浓度度 玻璃液玻璃液对对流均化：流均化：纵纵向、横向、深向向、横向、深向 表面表面张张力的作用力的作用 本讲稿第五十八页，共八十页（5）玻璃液的冷却）玻璃液的冷却 目的：将玻璃液的粘度增高到成形制品所需的目的：将玻璃液的粘度增高到成形制品所需的范范围围，104PaS左右，即玻璃成形温度范左右，即玻璃成形温度范围围要求要求 适合成型的温度、不破坏玻璃液的均匀性、不适合成型的温度、不破坏玻璃液的均匀性、不产产生二次气泡生二次气泡 冷却方法：自然、冷却方法：自然、强强制制本讲稿第五十九页，共八十页（6）玻璃）玻璃熔窑熔窑把合格的配合料熔制成无气

35、泡、条把合格的配合料熔制成无气泡、条纹纹、析晶的、析晶的透明玻璃液，并使其冷却到所需的成型温度。透明玻璃液，并使其冷却到所需的成型温度。连续式窑连续式窑按熔制过程的连续性分按熔制过程的连续性分间歇式窑间歇式窑按使用的热源分按使用的热源分电热窑电热窑火焰窑火焰窑火焰火焰-电热窑电热窑 按窑内火焰流动走向分按窑内火焰流动走向分 横火焰窑横火焰窑马蹄焰窑马蹄焰窑纵火焰窑纵火焰窑换热式窑换热式窑 按废气余热回收设备分按废气余热回收设备分蓄热式窑蓄热式窑本讲稿第六十页，共八十页浮法生产用横焰窑工作原理图平面图横截面图配合料由投料口进入熔化部，由窑的一侧的小炉喷焰加配合料由投料口进入熔化部，由窑的一侧的小

36、炉喷焰加热，火焰把热量传给配合料，熔化与澄清后的玻璃液进热，火焰把热量传给配合料，熔化与澄清后的玻璃液进入冷却部，经流槽口进入锡槽。燃烧后的废气进入另一入冷却部，经流槽口进入锡槽。燃烧后的废气进入另一侧的小炉，经蓄热室、烟道、烟囱排出，侧的小炉，经蓄热室、烟道、烟囱排出，本讲稿第六十一页，共八十页4、玻璃的成形、玻璃的成形成形方法分类成形方法分类成形成形热塑成形热塑成形冷成形冷成形物物理理成成形形化化学学成成形形吹吹制制成成形形拉拉制制成成形形压压制制成成形形压压延延成成形形浇浇铸铸成成形形离离心心成成形形喷喷吹吹成成形形浮浮法法成成形形本讲稿第六十二页，共八十页机械成形方法机械成形方法如何将

37、玻璃液供如何将玻璃液供给给成形机是机械化成形的主要成形机是机械化成形的主要问问题题。供料方法主要有：。供料方法主要有：液流供料：液流供料：利用池窑中玻璃本身的流利用池窑中玻璃本身的流动动来来进进行行连连续续供料；供料；真空吸料：真空吸料：在真空的作用下，将玻璃液化吸出在真空的作用下，将玻璃液化吸出池窑池窑进进行供料的方法；行供料的方法；滴料供料：滴料供料：使池窑中的玻璃液流出达到所要求使池窑中的玻璃液流出达到所要求的成形温度，由供料机制成一定的成形温度，由供料机制成一定质质量和形状的料量和形状的料滴，送入成形机的模型中。滴，送入成形机的模型中。成形方法：成形方法：压压制法、拉制法、吹制法、制法

38、、拉制法、吹制法、压压延法、延法、浇铸浇铸法和法和烧结烧结法。法。本讲稿第六十三页，共八十页吹制法：吹制法：又分又分压压吹法、吹吹法和吹法、吹吹法和转转吹法。吹法。压压吹法吹法的特点是先用的特点是先用压压制的方法制成制品的口部制的方法制成制品的口部和和雏雏形，然后再移入成形模中吹成制品。形，然后再移入成形模中吹成制品。压吹法成形广口瓶示意图压吹法成形广口瓶示意图1.雏形模；雏形模；2.成形模；成形模；3.冲头；冲头；4.口模；口模；5.吹气头；吹气头；6.模底模底本讲稿第六十四页，共八十页吹吹法：吹吹法：在在带带有口模的有口模的雏雏形模中制成口部和吹形模中制成口部和吹成成雏雏形，再将形，再将雏

39、雏形移入成形模中吹成制品。形移入成形模中吹成制品。翻转料泡吹制法示意图翻转料泡吹制法示意图(a)落料扑气；落料扑气；(b)倒吹气；倒吹气；(c)发转入成形模；发转入成形模；(d)吹制吹制本讲稿第六十五页，共八十页真空吸料成真空吸料成形示意形示意图图1.吸气吸气头头；2.口模；口模；3.雏雏形模；形模；4.咸形模；咸形模；5.模底板；模底板；6.闷头闷头；7.吹气吹气头头；8.制品制品本讲稿第六十六页，共八十页拉制法：拉制法：拉制法主要用子生拉制法主要用子生产产玻璃管、棒、平板玻璃管、棒、平板玻璃等。玻璃等。丹纳拉管法示意图丹纳拉管法示意图本讲稿第六十七页，共八十页维罗拉管法示意图维罗拉管法示意

40、图本讲稿第六十八页，共八十页5、玻璃的退火、玻璃的退火在生在生产过产过程中，玻璃制品程中，玻璃制品经经受激烈的、不均匀受激烈的、不均匀的温度的温度变变化，会化，会产产生生热应热应力力。这这种种热应热应力能降低玻璃制品的力能降低玻璃制品的强强度和度和热稳热稳定定性。性。热热成型的制品若不成型的制品若不经经退火令其自然冷却，退火令其自然冷却，则则在冷却、存放、使用、加工在冷却、存放、使用、加工过过程中会程中会产产生生炸裂。炸裂。本讲稿第六十九页，共八十页玻璃的玻璃的应应力：力：热应热应力、力、结结构构应应力及机械力及机械应应力。力。热应热应力力是由于玻璃中存在温差而是由于玻璃中存在温差而产产生的生

41、的应应力，按其力，按其产产生的特点可分生的特点可分为为暂时应暂时应力（温度梯度）和永久力（温度梯度）和永久应应力力两两类类。玻璃因化学玻璃因化学组组成不均成不均导导致致结结构上的不均而构上的不均而产产生的生的应应力称力称结结构构应应力。它是属于永久力。它是属于永久应应力，玻璃即使力，玻璃即使经经退火也不能消除退火也不能消除这这种种应应力。力。本讲稿第七十页，共八十页由外力作用在玻璃上引由外力作用在玻璃上引 起的起的应应力，当外力除力，当外力除去去时该应时该应力随之消失，此力随之消失，此应应力称力称机械机械应应力力。在生在生产过产过程中，若程中，若对对玻璃制品施加玻璃制品施加过过大的机大的机械力

42、也会使玻璃制品破裂。械力也会使玻璃制品破裂。本讲稿第七十一页，共八十页（1）退火温度：）退火温度：为为了消除玻璃中的永久了消除玻璃中的永久应应力，必力，必须须把玻璃加把玻璃加热热到到低于玻璃低于玻璃转变转变温度温度Tg附近某一温度附近某一温度进进行保温行保温均均热热，以消除玻璃各部分的温度梯度，使，以消除玻璃各部分的温度梯度，使应应力力松弛，松弛，这这个个选选定的保温均定的保温均热热温度称玻璃的退火温度称玻璃的退火温度温度。本讲稿第七十二页，共八十页退火下限温度和退火上限温度：退火下限温度和退火上限温度：经过经过3min能能消除消除95的的应应力的保温温度力的保温温度为为退火上限温度退火上限温

43、度；经经3min只能消除只能消除5的的应应力的温度力的温度为为退火下限退火下限温度温度。退火温度范退火温度范围围：退火下限温度：退火下限温度退火上限温度。退火上限温度。不同玻璃退火上限：不同玻璃退火上限：大部分器皿玻璃大部分器皿玻璃55020，平板玻璃平板玻璃550570，瓶罐玻璃瓶罐玻璃550600。本讲稿第七十三页，共八十页（2）退火工）退火工艺艺将玻璃制品重新加将玻璃制品重新加热热退火消除或减小永久退火消除或减小永久应应力的力的过过程。程。退火温度曲线退火温度曲线本讲稿第七十四页，共八十页加加热阶热阶段：段：玻璃表面玻璃表面产产生生压应压应力，速度可以力，速度可以较较快。如快。如果玻璃制

44、品厚度的一半果玻璃制品厚度的一半为为a cm，则则加加热热速度速度为为20/a230/a2/min，如果是光学玻璃，如果是光学玻璃则应则应5/a2。保温保温阶阶段：段：消除消除应应力的关力的关键阶键阶段，一般把比退火上限段，一般把比退火上限温度低温度低2030作作为为退火温度。保温退火温度。保温时间时间可按可按70a2120a2进进行行计计算，或者按算，或者按应应力容力容许值许值n进进行行计计算：算：本讲稿第七十五页，共八十页慢冷慢冷阶阶段：段：慢冷的目的在于避免在冷却慢冷的目的在于避免在冷却过过程中因玻璃程中因玻璃中温度梯度中温度梯度过过大而大而重新重新产产生生过过大的永久大的永久应应力。力

45、。慢冷的慢冷的终终了温度了温度应应低于低于应变应变点，慢冷速度点，慢冷速度为为本讲稿第七十六页，共八十页快冷快冷阶阶段段 因因处处于于应变应变点以下，不点以下，不产产生永久生永久应应力，只力，只要要暂时应暂时应力不超力不超过过机械机械强强度，冷却速度可以尽度，冷却速度可以尽量快。量快。最大冷却速度最大冷却速度为为：hc=65a2，一般技，一般技术术玻璃采用玻璃采用该值该值的的1520%，有的玻璃冷却速度，有的玻璃冷却速度控制控制为为hc2a2本讲稿第七十七页，共八十页（3）退火）退火设备设备网带退火窑及断面示意图网带退火窑及断面示意图1、驱动滚轮；、驱动滚轮；2、耐热钢丝网；、耐热钢丝网；3、

46、冷却风扇；、冷却风扇；4、循环风扇；循环风扇；5、排气孔；、排气孔；6、辐射加热器、辐射加热器A-加热及加热及慢冷阶段；慢冷阶段；B-窑内快冷部分；窑内快冷部分；C-窑外快冷部分；窑外快冷部分；D-产产品入口；品入口；E-产品出口产品出口间歇式退火窑示意图间歇式退火窑示意图本讲稿第七十八页，共八十页6、玻璃制品的加工、玻璃制品的加工（1）玻璃制品的冷加工：在常温下，通）玻璃制品的冷加工：在常温下，通过过机械机械方法来改方法来改变变玻璃制品外形和表面状玻璃制品外形和表面状态态的的过过程。程。冷加工的基本方法：研磨抛光、切割、冷加工的基本方法：研磨抛光、切割、钻钻孔、切孔、切削等。削等。（2）玻璃

47、制品的）玻璃制品的热热加工：加工：原理：玻璃制品的原理：玻璃制品的热热加工原理与成形的原理相加工原理与成形的原理相似。似。本讲稿第七十九页，共八十页 玻璃制品的主要玻璃制品的主要热热加工方法加工方法烧烧口：口：制品口部常具有尖制品口部常具有尖锐锐、锋锋利利边缘边缘。用集中。用集中的高温火焰将其局部加的高温火焰将其局部加热热，依靠表面，依靠表面张张力的作用力的作用使玻璃在使玻璃在软软化化时变时变得得圆圆滑。滑。火抛光：火抛光：表面微裂表面微裂纹纹、折、折纹纹及波及波纹纹等缺陷，可用等缺陷，可用火抛光来消除。火抛光来消除。火焰切割与火焰切割与钻钻孔：孔：高速火焰加高速火焰加热热，使玻璃局部达，使玻璃局部达到熔化流到熔化流动动的状的状态态本讲稿第八十页，共八十页