玻璃工艺学12.ppt

第十二章玻璃的熔制 本章主要内容： 12.1 玻璃的熔制过程 12.2 硅酸盐形成和玻璃形成 12.3 玻璃液的澄清 12.4 玻璃液的均化 12.5 玻璃液的冷却 12.6 影响玻璃熔制过程的工艺因素 12.1玻璃的熔制过程 一、定义 玻璃的熔制：将配合料经过高温加热形成均匀的、无气泡的（即把气泡、条纹和结石等减少到容许限度），符合成型要求的玻璃液的过程。 二、物理化学变化 三、五个阶段 1、硅酸盐形成： 一系列物理、化学变化； 反应在固体状态下进行； 固相反应结束，大部分气体逸出； 硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物； 普通钠钙硅玻璃，800~900℃。 2、玻璃的形成： 低共熔混合物首先开始熔化； 硅酸盐烧结物和剩余二氧化硅互相溶解和扩散； 烧结物转变为透明体，没有未反应的颗粒； 形成玻璃液，但不均匀； 普通钠钙硅玻璃，1200℃左右。 3、澄清：消除可见气泡，普通玻璃1400~1500℃ 4、均化：通过扩散作用，使玻璃中条纹、结石消除到允许限度，组成渐趋均一。 5、冷却：降温200~300 ℃达到成形所需的粘度。 12.2 硅酸盐形成和玻璃形成 12.2.1 配合料的加热反应 12.2.1.1单组份的加热反应 多晶转变：具有多种晶型的组分，在高温下可由一种晶型转变为另一种晶型。 盐类分解：各种碳酸盐、硫酸盐和硝酸盐在一定温度下均发生分解并释放出气体。 析出结晶水和化学结合水 12.2.1.2 二组分混合物的加热反应 1、SiO2+Na2CO3混合物 相互作用在720 ℃开始明显， CO2产出的速度比单一的Na2CO3加热时大得多。 2、SiO2+CaCO3混合物 相互作用在800 ℃开始，形成硅酸盐的强烈反应在1100~1250 ℃进行。 3、Na2CO3+CaCO3混合物 在600 ℃时形成碳酸复盐CaNa2 (CO3)2，此复盐与SiO2的反应温度比二者单独与SiO2的反应温度都低。 12.2.1.3 三组分混合物的加热反应 (SiO2+Na2CO3+CaCO3配合料) 100～120℃ 水分蒸发； 600℃以下，固相反应复盐生成 ；  Na2CO3＋CaCO3=CaNa2 (CO3)2 573℃，石英晶型转变；  α-石英=β-石英 600℃以上，复盐CaNa2 (CO3)2与SiO2反应  CaNa2(CO3)2＋2SiO2 =Na2SiO3＋CaSiO3＋2CO2 720～900℃ ，碳酸钠与二氧化硅反应  Na2CO3＋SiO2= Na2SiO3+ CO2 740～800℃，CaNa2 (CO3)2—Na2CO3低共熔物形成和熔化，与SiO2 开始作用； CaNa2(CO3)2＋Na2CO3＋2SiO2  =Na2SiO3＋CaSiO3＋3CO2 813℃，CaNa2(CO3)2熔融； 855℃，Na2CO3熔融； 912℃ ，CaCO3分解， 960℃ ，CaNa2 (CO3)2分解； 1010℃左右，CaO＋SiO2 =CaSiO3 1200～1300℃ ， 开始形成玻璃，进行熔体的均化。 12.2.1.4 硅酸盐形成和玻璃形成的大致过程 加热，水分蒸发，多晶转变，复盐生成； 复盐、碳酸盐与SiO2作用； 低共熔物形成，出现少量液相，反应加速进行； 配合料反应大体完成，硅酸盐形成阶段结束； 液相不断扩大，硅酸盐和二氧化硅熔解； 熔解完全，固相转化为玻璃相，玻璃形成阶段结束。 12.2.2 硅酸盐形成过程的动力学 硅酸盐形成阶段的动力学是研究反应进行的速度和各种不同因素对它的影响。 由于玻璃熔制过程的复杂性，还没有一个系统的理论完整地叙述熔制过程中的动力学。 一些常见的氧化物在硅酸盐形成过程中的动力学图示如下： 结论 随着温度的升高，其反应速度也随之提高； 当温度不变时，反应速度随时间延长而减慢； 随反应物浓度的增加，正反应速度也相应增加。 12.2.3 玻璃形成过程的动力学 12.2.3.1 玻璃形成阶段的反应 在硅酸盐形成阶段生成的硅酸盐剩余二氧化硅的相互溶解和扩散，由不透明的半熔烧结物转化为透明的玻璃液。 玻璃形成过程的速度取决于石英砂粒的溶解-扩散速度，石英砂粒的溶解-扩散速度取决于扩散速度。 石英砂粒的熔解-扩散速度与溶解的SiO2从表面向熔体的扩散系数、砂粒表面的SiO2与熔体中SiO2的浓度差、交界层厚度及接触面积有关。 熔体的扩散系数又与熔