第3章玻璃配合料的制備

1、玻璃工藝學(xué)1第第3章玻璃配合料的制備章玻璃配合料的制備一、玻璃成分的設(shè)計(jì)和確定一、玻璃成分的設(shè)計(jì)和確定（一）玻璃成分設(shè)計(jì)原則：（一）玻璃成分設(shè)計(jì)原則：、根據(jù)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，要求設(shè)計(jì)的玻璃滿足預(yù)定、根據(jù)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，要求設(shè)計(jì)的玻璃滿足預(yù)定性能要求；性能要求；、設(shè)計(jì)的組成能形成玻璃而析晶傾向??；、設(shè)計(jì)的組成能形成玻璃而析晶傾向??；、設(shè)計(jì)的玻璃必須符合熔制、成形等工藝要求；、設(shè)計(jì)的玻璃必須符合熔制、成形等工藝要求；、按設(shè)計(jì)生產(chǎn)的玻璃價(jià)格低、原料易得。、按設(shè)計(jì)生產(chǎn)的玻璃價(jià)格低、原料易得。具體地具體地首先：根據(jù)玻璃制品的物理首先：根據(jù)玻璃制品的物理-化學(xué)性能和工藝性能，選擇合適化學(xué)性能

2、和工藝性能，選擇合適的氧化物系統(tǒng)，確定的氧化物系統(tǒng)，確定-種總量達(dá)左右的主要氧化物含量。種總量達(dá)左右的主要氧化物含量。這里，在利用相圖或玻璃形成區(qū)圖選擇組成點(diǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使組成點(diǎn)接這里，在利用相圖或玻璃形成區(qū)圖選擇組成點(diǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使組成點(diǎn)接近低共熔點(diǎn)或相界線，遠(yuǎn)離析晶區(qū)，以降低玻璃的析晶傾向。近低共熔點(diǎn)或相界線，遠(yuǎn)離析晶區(qū)，以降低玻璃的析晶傾向。玻璃工藝學(xué)2（二）玻璃成成分的設(shè)計(jì)和確定的過(guò)程（二）玻璃成成分的設(shè)計(jì)和確定的過(guò)程、提出設(shè)計(jì)玻璃的性能要求：、提出設(shè)計(jì)玻璃的性能要求：根據(jù)玻璃制品使用要求，列出以下主要性能要求：根據(jù)玻璃制品使用要求，列出以下主要性能要求：膨脹系數(shù)、軟化點(diǎn)、熱穩(wěn)性、化穩(wěn)性、機(jī)械

3、強(qiáng)度、電學(xué)性質(zhì)、膨脹系數(shù)、軟化點(diǎn)、熱穩(wěn)性、化穩(wěn)性、機(jī)械強(qiáng)度、電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)等以及如熔制溫度、成形溫度、退火溫度等工藝性能。光學(xué)性質(zhì)等以及如熔制溫度、成形溫度、退火溫度等工藝性能。有關(guān)的一些參數(shù)可以參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同類產(chǎn)品性能要求。有關(guān)的一些參數(shù)可以參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同類產(chǎn)品性能要求。 明確主要性能指標(biāo)明確主要性能指標(biāo)最后，還應(yīng)當(dāng)考慮加入適當(dāng)?shù)妮o助原料如澄清劑、助熔劑等。最后，還應(yīng)當(dāng)考慮加入適當(dāng)?shù)妮o助原料如澄清劑、助熔劑等。此外還加入一些賦予玻璃必要性質(zhì)而不使玻璃主要性質(zhì)變差的此外還加入一些賦予玻璃必要性質(zhì)而不使玻璃主要性質(zhì)變差的氧化物，使其組成氧化物在氧化物，使其組成氧化物在-種以上。這里須結(jié)合

4、各種氧化物種以上。這里須結(jié)合各種氧化物的作用，以及雙堿效應(yīng)、硼反常、鋁反常等知識(shí)。的作用，以及雙堿效應(yīng)、硼反常、鋁反常等知識(shí)。玻璃工藝學(xué)3、擬定玻璃的組成、擬定玻璃的組成一般有兩類情況：一般有兩類情況：選擇玻璃組成點(diǎn)，擬定玻璃組成；選擇玻璃組成點(diǎn)，擬定玻璃組成；（）對(duì)于已有成分作局部調(diào)整（）對(duì)于已有成分作局部調(diào)整然后按照有關(guān)性質(zhì)計(jì)算公式算出主要性質(zhì)，并與預(yù)期要求然后按照有關(guān)性質(zhì)計(jì)算公式算出主要性質(zhì)，并與預(yù)期要求對(duì)照，不符和要求時(shí)，反復(fù)調(diào)整組成，直至達(dá)到要求，最終擬對(duì)照，不符和要求時(shí)，反復(fù)調(diào)整組成，直至達(dá)到要求，最終擬定玻璃的組成。定玻璃的組成。（）對(duì)于玻璃新成分的確定（）對(duì)于玻璃新成分的確定有

5、關(guān)相圖有關(guān)相圖玻璃形成區(qū)圖玻璃形成區(qū)圖首先：根據(jù)性能要求，參考已有成分，結(jié)合生產(chǎn)條件，調(diào)整玻首先：根據(jù)性能要求，參考已有成分，結(jié)合生產(chǎn)條件，調(diào)整玻璃中各氧化物的比例，擬定出原始組成；璃中各氧化物的比例，擬定出原始組成；玻璃工藝學(xué)4、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試、確定組成性能測(cè)試未達(dá)到要求達(dá)到要求中試調(diào)整熔制參數(shù)組成確定，投產(chǎn)組成配料實(shí)驗(yàn)玻璃工藝學(xué)5（三）玻璃新成分的確定方法舉例（三）玻璃新成分的確定方法舉例、根據(jù)相圖確定玻璃成分、根據(jù)相圖確定玻璃成分設(shè)計(jì)一種化學(xué)儀器玻璃，要求熱膨脹系數(shù)低于設(shè)計(jì)一種化學(xué)儀器玻璃，要求熱膨脹系數(shù)低于*-現(xiàn)采用現(xiàn)采用-系統(tǒng)由圖可知，紅點(diǎn)與黃點(diǎn)平衡溫度分系統(tǒng)由圖可知，紅點(diǎn)與黃點(diǎn)平衡溫度

6、分別為別為 和和 ，都處，都處于低共熔點(diǎn)，不易析晶。后者更易熔化，于低共熔點(diǎn)，不易析晶。后者更易熔化，添加其它成分后，一般所須溫度會(huì)高出添加其它成分后，一般所須溫度會(huì)高出低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn)- ，工業(yè)窯爐，工業(yè)窯爐可以達(dá)到次溫度。故可選此組成點(diǎn)。可以達(dá)到次溫度。故可選此組成點(diǎn)。玻璃工藝學(xué)6該點(diǎn)組成（）：該點(diǎn)組成（）：.：.：.另外，為了符合儀器玻璃的要求，加入一定量的其它氧化物。另外，為了符合儀器玻璃的要求，加入一定量的其它氧化物。因?yàn)橐蟮呐蛎浵禂?shù)較小，所以加入的氧化物必須有利于降低熱膨因?yàn)橐蟮呐蛎浵禂?shù)較小，所以加入的氧化物必須有利于降低熱膨脹系數(shù)，為此加入半徑小、電荷高的陽(yáng)離子（如脹系數(shù)，為

7、此加入半徑小、電荷高的陽(yáng)離子（如、等）。等）。最終經(jīng)過(guò)性質(zhì)計(jì)算，確定設(shè)計(jì)玻璃組成如下：最終經(jīng)過(guò)性質(zhì)計(jì)算，確定設(shè)計(jì)玻璃組成如下：氧化物氧化物SiO2Al2O3CaOMgOZnOLi2OB2O3ZrO2重量重量62.014.77.65.05.01.53.60.6玻璃工藝學(xué)7P2O5Al2O3BaO、根據(jù)玻璃形成區(qū)圖確定玻璃成分圖中黃色部分為玻璃生成區(qū)設(shè)計(jì)一種色散低、折射率為1.548的磷酸鹽玻璃。其次，應(yīng)注意：I、滿足光學(xué)性能要求；II、磷酸鹽玻璃中P2O5的量不可過(guò)高，以免揮發(fā)過(guò)多不易控制光學(xué)性質(zhì)；III、具有足夠化學(xué)穩(wěn)定性，析晶傾向?。桓鶕?jù)以上特點(diǎn)，選擇圖中紅點(diǎn)處為玻璃組成點(diǎn)(%)：P2O5：

8、61.2BaO:35.0Al2O3:3.8玻璃工藝學(xué)8為進(jìn)一步減少P2O5的揮發(fā)，提高化穩(wěn)性，降低析晶傾向和調(diào)整光學(xué)常數(shù)，以B2O3代替P2O5，以CaO和ZnO代替BaO，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和性質(zhì)測(cè)定，確定組成如下：氧化物 P2O5B2O3Al2O3BaOCaOZnO重量50.510.73.827.34.03.7玻璃工藝學(xué)9(四）對(duì)已有成分局部調(diào)整方法舉例：四）對(duì)已有成分局部調(diào)整方法舉例：由于實(shí)用性能的提高、生產(chǎn)上熔化率提高等原因，須通過(guò)少量由于實(shí)用性能的提高、生產(chǎn)上熔化率提高等原因，須通過(guò)少量多次的方式逐漸調(diào)整以達(dá)到所設(shè)計(jì)的成分。多次的方式逐漸調(diào)整以達(dá)到所設(shè)計(jì)的成分。一般地，玻璃中一般地，玻璃中Al

9、2O3、ZrO等難熔物調(diào)整量要比等難熔物調(diào)整量要比SiO2、Na2O、CaO的小些，后者較大，但一般也不宜超過(guò)的小些，后者較大，但一般也不宜超過(guò)0.1%，而對(duì)前者幅度就，而對(duì)前者幅度就更小。這樣可以保持正常生產(chǎn)，減少制品中缺陷的產(chǎn)生。更小。這樣可以保持正常生產(chǎn)，減少制品中缺陷的產(chǎn)生?，F(xiàn)需要在近似器皿玻璃的成分基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種剛化玻璃絕緣現(xiàn)需要在近似器皿玻璃的成分基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種剛化玻璃絕緣子成分：子成分：氧化物氧化物SiO2Al2O3CaOMgOR2OFe2O3重量重量72.21.56.83.016.00.2原玻璃組成易熔制，料性太長(zhǎng)，抗電性能不高，化穩(wěn)性對(duì)絕緣原玻璃組成易熔制，料性太長(zhǎng)，抗電

10、性能不高，化穩(wěn)性對(duì)絕緣子來(lái)說(shuō)不高。子來(lái)說(shuō)不高。玻璃工藝學(xué)10所以，所以，、必須降低堿含量，以提高抗電性，化穩(wěn)性和料性。、必須降低堿含量，以提高抗電性，化穩(wěn)性和料性。、提高、提高Al2O3的含量，增大粘度的含量，增大粘度、二價(jià)金屬氧化物具有壓制效應(yīng)，因此，提高、二價(jià)金屬氧化物具有壓制效應(yīng)，因此，提高CaO量，減少量，減少M(fèi)gO量后加入量后加入BaO,降低電導(dǎo)和介電損耗，同時(shí)縮短了料性；降低電導(dǎo)和介電損耗，同時(shí)縮短了料性；、利用雙堿效應(yīng)，調(diào)整、利用雙堿效應(yīng)，調(diào)整NaO/K2O的比例，提高抗電性和化穩(wěn)的比例，提高抗電性和化穩(wěn)性。性。調(diào)整結(jié)果如下：調(diào)整結(jié)果如下：氧化物氧化物SiO2Al2O3Fe2O3

11、CaOMgOK2ONa2OBaO重量重量 71.5 3.00.27.01.53.510.5 2.5玻璃工藝學(xué)11二、配合料的計(jì)算：二、配合料的計(jì)算： 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：玻璃的重量百分比組成和原料的干濕基化學(xué)成分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：玻璃的重量百分比組成和原料的干濕基化學(xué)成分（重量百分含量）。（重量百分含量）。 計(jì)算程序計(jì)算程序 1、先以、先以100公斤玻璃為計(jì)算基準(zhǔn)，求出各原料的用量：公斤玻璃為計(jì)算基準(zhǔn)，求出各原料的用量： 對(duì)含兩種以上主要成分的原料，列出多元聯(lián)立方程式，求解對(duì)含兩種以上主要成分的原料，列出多元聯(lián)立方程式，求解各原料的需要量；各原料的需要量； 對(duì)含單一成分的原料，若對(duì)含單一成分的原料，若 2 中算

12、中已有某原料含此成分時(shí)，中算中已有某原料含此成分時(shí)，首先扣除其引入量，再計(jì)算還應(yīng)加入的量。不然，則單獨(dú)求其需首先扣除其引入量，再計(jì)算還應(yīng)加入的量。不然，則單獨(dú)求其需要量；要量； 2、計(jì)算輔助原料的需要量，若同時(shí)引入了主要成分，則須、計(jì)算輔助原料的需要量，若同時(shí)引入了主要成分，則須減去引入此成分的主要原料相應(yīng)的用量；減去引入此成分的主要原料相應(yīng)的用量； 3、對(duì)揮發(fā)性成分，補(bǔ)加所揮發(fā)的量；、對(duì)揮發(fā)性成分，補(bǔ)加所揮發(fā)的量；玻璃工藝學(xué)124、計(jì)算配料的氣體率和產(chǎn)率：、計(jì)算配料的氣體率和產(chǎn)率：%100100100 玻玻璃璃的的原原料料總總重重量量生生成成玻玻璃璃重重玻玻璃璃的的原原料料總總重重氣氣體體率

13、率KgKg%100Kg1001 配配合合料料重重量量）玻玻璃璃生生成成重重量量（氣氣體體率率產(chǎn)產(chǎn)率率 5、換算成一付配合料的原料用量并計(jì)算碎玻璃用量：、換算成一付配合料的原料用量并計(jì)算碎玻璃用量： 一 付 配 合 料 的 總 重 量 由 所 選 的 混 料 機(jī) 加一 付 配 合 料 的 總 重 量 由 所 選 的 混 料 機(jī) 加工能力決定，如工能力決定，如500公斤。公斤。玻玻璃璃所所需需原原料料總總重重一一付付配配合合料料中中生生料料總總重重增增大大系系數(shù)數(shù)增增大大系系數(shù)數(shù)玻玻璃璃各各原原料料用用量量量量一一付付配配合合料料中中各各原原料料用用KgKg100100 6、計(jì)算每付配合料原料濕基

14、用量：、計(jì)算每付配合料原料濕基用量：%1水水分分用用量量每每付付配配合合料料各各原原料料干干基基濕濕基基用用量量 玻璃工藝學(xué)137、計(jì)算配合料中生料加水量：、計(jì)算配合料中生料加水量：重重每每付付配配合合料料生生料料濕濕基基總總生生料料指指定定含含水水率率總總重重每每付付配配合合料料中中粉粉料料干干基基生生料料濕濕基基重重量量定定水水分分時(shí)時(shí)總總重重每每付付配配合合料料中中生生料料含含指指加加水水量量 1 注意：注意：計(jì)算時(shí)：計(jì)算時(shí)：先主后輔、先干基用量，后計(jì)算濕基用量先主后輔、先干基用量，后計(jì)算濕基用量； 計(jì)算配合料的氣體率應(yīng)在引入輔助原料和補(bǔ)揮發(fā)之后進(jìn)行計(jì)算配合料的氣體率應(yīng)在引入輔助原料和補(bǔ)

15、揮發(fā)之后進(jìn)行，必，必要的情況下需調(diào)整氣體率，可用引入同量組成氧化物條件下氣體生要的情況下需調(diào)整氣體率，可用引入同量組成氧化物條件下氣體生成量大的原料代替生成量小的原料，增加氣體率；相反的替換則降成量大的原料代替生成量小的原料，增加氣體率；相反的替換則降低氣體率。如碳酸鈉與硝酸鈉、白云石與堿式碳酸鎂等之間的替換低氣體率。如碳酸鈉與硝酸鈉、白云石與堿式碳酸鎂等之間的替換等。等。 若原料化學(xué)組成為濕基，則需求出干基總重，然后求加水量。若原料化學(xué)組成為濕基，則需求出干基總重，然后求加水量。 玻璃工藝學(xué)14 經(jīng)過(guò)計(jì)算，應(yīng)得出下列結(jié)果：經(jīng)過(guò)計(jì)算，應(yīng)得出下列結(jié)果： 熔制熔制100公斤玻璃液時(shí)所需的各種原料用

16、量；公斤玻璃液時(shí)所需的各種原料用量； 配合料氣體率；配合料氣體率； 各揮發(fā)性原料補(bǔ)入量；各揮發(fā)性原料補(bǔ)入量； 校正后配合料的料方；校正后配合料的料方； 按每付配料量（除去碎玻璃）求出增大系數(shù)，計(jì)算出每付配按每付配料量（除去碎玻璃）求出增大系數(shù)，計(jì)算出每付配合料的干基料方；合料的干基料方； 濕基原料的用量；濕基原料的用量； 配合料的加水量；配合料的加水量； 每付配合料中碎玻璃用量。每付配合料中碎玻璃用量。玻璃工藝學(xué)15 另外，已知配合料料方以及各原料的化學(xué)組成，求玻璃的化學(xué)另外，已知配合料料方以及各原料的化學(xué)組成，求玻璃的化學(xué)組成的過(guò)程：組成的過(guò)程： 根據(jù)各原料的成分和用量，計(jì)算出每種原料引入玻

17、璃中的氧根據(jù)各原料的成分和用量，計(jì)算出每種原料引入玻璃中的氧化物數(shù)量；化物數(shù)量； 除去揮發(fā)性原料的揮發(fā)損失；除去揮發(fā)性原料的揮發(fā)損失； 求各氧化物的總和，再計(jì)算出各氧化物的百分?jǐn)?shù)，即所求的求各氧化物的總和，再計(jì)算出各氧化物的百分?jǐn)?shù)，即所求的玻璃成分。玻璃成分。舉例：舉例：玻璃工藝學(xué)16原料的化學(xué)成分原料的化學(xué)成分/mass%SiO2Al2O3B2O3Fe 2O3CaONa2OZnOAs 2O3石英粉石英粉99.890.180.01長(zhǎng)石粉長(zhǎng)石粉66.0918.040.200.8314.80純堿純堿57.80氧化鋅氧化鋅99.86硼砂硼砂36.2116.45硝酸鈉硝酸鈉36.35方解石方解石55.

18、78螢石螢石68.40白砒白砒99.90SiO270.5%，Al2O35.0%,B2O36.2%，CaO3.8%，ZnO2.0%，R2O(Na2O+ K2O)12.5% 玻璃工藝學(xué)17三、配合料的制備三、配合料的制備（一）配合料的質(zhì)量要求：（一）配合料的質(zhì)量要求： 1、具有正確性和穩(wěn)定性：、具有正確性和穩(wěn)定性： 即各原料的即各原料的化學(xué)成分化學(xué)成分，配合料的，配合料的水分水分和和粒度粒度要求正確并保持要求正確并保持穩(wěn)定。這就要求原料組成正確、穩(wěn)定，料方計(jì)算正確，針對(duì)原料成穩(wěn)定。這就要求原料組成正確、穩(wěn)定，料方計(jì)算正確，針對(duì)原料成分變化及時(shí)調(diào)整，經(jīng)常校正稱量設(shè)備，做到稱量準(zhǔn)確。分變化及時(shí)調(diào)整，經(jīng)

19、常校正稱量設(shè)備，做到稱量準(zhǔn)確。 2、具有一定量的水分：、具有一定量的水分： 加入一定量的水分，可以起加入一定量的水分，可以起減少粉塵減少粉塵、防止分層防止分層、加速熔化加速熔化（先潤(rùn)濕石英原料，形成水膜，溶解（先潤(rùn)濕石英原料，形成水膜，溶解3-5%的純堿和芒硝）、提高的純堿和芒硝）、提高混合混合均勻度均勻度的作用。的作用。 含水量：一般純堿配合料在含水量：一般純堿配合料在3-5%，芒硝配合料在，芒硝配合料在3-7%，砂，砂粒越細(xì)，所需水量越多。粒越細(xì)，所需水量越多。注意純堿配合料的水化特性造成的影響和針對(duì)措施。注意純堿配合料的水化特性造成的影響和針對(duì)措施。水分測(cè)定：水分測(cè)定：%10011032

20、 干干重重恒恒重重）干干重重（克克）濕濕重重（水水分分C玻璃工藝學(xué)18 3、具有一定的氣體率：、具有一定的氣體率： 受熱分解后所逸出的氣體對(duì)配合料和玻璃液的攪拌作用有利受熱分解后所逸出的氣體對(duì)配合料和玻璃液的攪拌作用有利于硅酸鹽形成和玻璃均化。于硅酸鹽形成和玻璃均化。 過(guò)高和過(guò)低的氣體率都不利于澄清。鈉鈣硅玻璃配合料氣體過(guò)高和過(guò)低的氣體率都不利于澄清。鈉鈣硅玻璃配合料氣體率應(yīng)在率應(yīng)在15-20%內(nèi)，硼硅酸鹽玻璃配合料則在內(nèi)，硼硅酸鹽玻璃配合料則在9-15%內(nèi)。內(nèi)。%100%100100100 配配合合料料重重量量逸逸出出氣氣體體量量玻玻璃璃的的原原料料總總重重量量生生成成玻玻璃璃重重玻玻璃璃的

21、的原原料料總總重重氣氣體體率率KgKg 4、具有高均勻度：、具有高均勻度： 配合料均勻度高是熔制均勻玻璃液的前提。均勻度低會(huì)造成配合料均勻度高是熔制均勻玻璃液的前提。均勻度低會(huì)造成熔制的不同步，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生和對(duì)耐火材料侵蝕的加劇。熔制的不同步，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生和對(duì)耐火材料侵蝕的加劇。玻璃工藝學(xué)19 均勻性的測(cè)定：均勻性的測(cè)定： 測(cè)定方法有滴定法、電導(dǎo)法、比重法、篩分析法等?，F(xiàn)有人測(cè)定方法有滴定法、電導(dǎo)法、比重法、篩分析法等?，F(xiàn)有人提出在線監(jiān)測(cè)法（如通過(guò)檢測(cè)配合料的溫度間接地分析出配合料的提出在線監(jiān)測(cè)法（如通過(guò)檢測(cè)配合料的溫度間接地分析出配合料的均勻度）。均勻度）。 表示方法：表示方法： 均勻度均勻度=(Min測(cè)定值測(cè)定值Max測(cè)定值測(cè)定值) 100% 一般均勻度要求一般均勻度要求95% 也可用允許誤差表示：一般要求也可用允許誤差表示：一般要求 水不溶物：小于水不溶物：小于0.1%； 酸不溶物：小于酸不溶物：小于 0.1%； 含含 堿堿