無機非金屬材料的組成及配料計算

1、元素周期表中的絕大多數(shù)元素的氧化物或單質(zhì)都可以元素周期表中的絕大多數(shù)元素的氧化物或單質(zhì)都可以 組成無機非金屬材料，但組成材料的性質(zhì)卻明顯不同。由此，組成無機非金屬材料，但組成材料的性質(zhì)卻明顯不同。由此， 選擇不同的氧化物或單質(zhì)，可以制得不同的無機非金屬材料。選擇不同的氧化物或單質(zhì)，可以制得不同的無機非金屬材料。v 純純C3S只只在在20651250溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定。溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定。 v 隨著溫度的降低，隨著溫度的降低，C3S在不同溫度下存在多晶轉(zhuǎn)變。在不同溫度下存在多晶轉(zhuǎn)變。 v 硅酸三鈣可以固溶少量的其它氧化物，硅酸三鈣可以固溶少量的其它氧化物，將影響它的反應(yīng)能力將影響它的反應(yīng)能力 和晶型。和

2、晶型。 v 硅酸三鈣硅酸三鈣加水調(diào)和后，初凝加水調(diào)和后，初凝45min，終凝，終凝12h。 v 水化較快水化較快。 v 硅酸三鈣硅酸三鈣可產(chǎn)生較高的強度，且強度發(fā)展比較快可產(chǎn)生較高的強度，且強度發(fā)展比較快，早期強度，早期強度 較高，且強度增進率較大，較高，且強度增進率較大，28d強度可以達到一年強度的強度可以達到一年強度的70 80%。 v 硅酸三鈣硅酸三鈣水化熱較高，抗水性較差水化熱較高，抗水性較差。 v 硅酸三鈣固溶體晶體尺寸和發(fā)育程度會影響其反應(yīng)能力。硅酸三鈣固溶體晶體尺寸和發(fā)育程度會影響其反應(yīng)能力。 硅酸三鈣單礦物在硅酸三鈣單礦物在1450合成時，需要多次重復(fù)合成時，需要多次重復(fù) 粉磨

3、再燃燒。如有粉磨再燃燒。如有足夠的熔劑足夠的熔劑(液相液相)存在存在，就可使，就可使C2S在在 液相中吸收液相中吸收CaO，比較迅速地形成硅酸三鈣。，比較迅速地形成硅酸三鈣。型型C2S水硬性微弱水硬性微弱 硅酸二鈣可固溶其它少量氧化物。固溶的氧化物不同，同一硅酸二鈣可固溶其它少量氧化物。固溶的氧化物不同，同一 晶型的硅酸二鈣與水反應(yīng)后所得的強度不同。晶型的硅酸二鈣與水反應(yīng)后所得的強度不同。 純硅酸二鈣色潔白當(dāng)有氧化鐵時呈棕黃色。純硅酸二鈣色潔白當(dāng)有氧化鐵時呈棕黃色。 硅酸二鈣固溶體與水反應(yīng)速度較慢，硅酸二鈣固溶體與水反應(yīng)速度較慢，28天僅有天僅有20%左右反應(yīng)。左右反應(yīng)。 凝結(jié)硬化較慢，早期強

4、度低，但后期強度增進率較高，一年凝結(jié)硬化較慢，早期強度低，但后期強度增進率較高，一年 后可趕上或超過硅酸三鈣固溶體。后可趕上或超過硅酸三鈣固溶體。 硅酸二鈣固溶體的水化熱較小，耐水性好。硅酸二鈣固溶體的水化熱較小，耐水性好。 等軸晶系，可固溶部分其他氧化物，呈多晶形態(tài)。等軸晶系，可固溶部分其他氧化物，呈多晶形態(tài)。 v 在偏光鏡下，無色透明。在偏光鏡下，無色透明。 在反光鏡下，快冷呈點滴狀，慢冷呈矩形或柱狀。在反光鏡下，快冷呈點滴狀，慢冷呈矩形或柱狀。 反光能力弱，呈暗灰色。反光能力弱，呈暗灰色。 v 水化迅速，放熱多，凝結(jié)很快，如不加緩凝劑，就會急凝水化迅速，放熱多，凝結(jié)很快，如不加緩凝劑，就

5、會急凝。 v 硬化很快硬化很快，它的強度，它的強度3天內(nèi)就大部分發(fā)揮出來，故天內(nèi)就大部分發(fā)揮出來，故早期強度早期強度 較高較高，但，但絕對值不高絕對值不高，以后幾乎不再增長，甚至倒縮。，以后幾乎不再增長，甚至倒縮。 v 干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。 v v密度為密度為 28d內(nèi)絕對強度內(nèi)絕對強度：C3SC4AFC3AC2S 水水 化化 速速 度度：C3A C4AF C3SC2S 水水 化化 熱熱： C3A C3S C4AF C2S 主要礦物有：主要礦物有： 莫來石莫來石 二氧化硅二氧化硅 剛玉剛玉 長石長石 液相液相組成位于低共熔點或組成位于低共熔點或界線上的熔體中

6、，每界線上的熔體中，每種晶體的析晶能力都種晶體的析晶能力都低。同時，這些組成低。同時，這些組成的配料熔化溫度一般的配料熔化溫度一般比較低，比較低，這對玻璃的這對玻璃的熔制是有利的。熔制是有利的。硅酸鹽水泥是一種水硬性膠凝材料，因此水泥熟料礦物硅酸鹽水泥是一種水硬性膠凝材料，因此水泥熟料礦物 必須具備：必須具備：3C2SykC2SC3SC3AC3SC3A在反光顯微鏡下為黑色多角形顆粒在反光顯微鏡下為黑色多角形顆粒 在反光顯微鏡下呈圓粒狀，快冷常具有黑白交叉雙晶條紋；在反光顯微鏡下呈圓粒狀，快冷常具有黑白交叉雙晶條紋； 慢冷常具有黑白平行雙晶條紋。慢冷常具有黑白平行雙晶條紋。 鐵鋁酸四鈣和鋁酸三鈣

7、在煅燒過程中熔融成鐵鋁酸四鈣和鋁酸三鈣在煅燒過程中熔融成液相液相，又稱，又稱 熔劑礦物熔劑礦物，可以，可以促進硅酸三鈣的順利形成促進硅酸三鈣的順利形成。如果物料中熔劑礦物過少，易生燒，氧化鈣不易被吸收如果物料中熔劑礦物過少，易生燒，氧化鈣不易被吸收 完全，導(dǎo)致熟料中游離氧化鈣增加，影響熟料質(zhì)量，降完全，導(dǎo)致熟料中游離氧化鈣增加，影響熟料質(zhì)量，降 低窯的產(chǎn)量，增加燃料消耗。低窯的產(chǎn)量，增加燃料消耗。 v 如果熔劑礦物過多，在立窯內(nèi)易結(jié)大塊，結(jié)爐瘤；在回如果熔劑礦物過多，在立窯內(nèi)易結(jié)大塊，結(jié)爐瘤；在回 轉(zhuǎn)窯內(nèi)易結(jié)大塊，甚至結(jié)圈等。轉(zhuǎn)窯內(nèi)易結(jié)大塊，甚至結(jié)圈等。粘度的影響？粘度的影響？硅酸鹽水泥中含有

8、硅酸鹽水泥中含有， 相應(yīng)的組成相應(yīng)的組成。因為。因為 Fe2O3含量較低，可以合并入含量較低，可以合并入Al2O3一并考慮，一并考慮，C4AF則相應(yīng)則相應(yīng) 計入計入C3A，這樣可以用，這樣可以用CaO- Al2O3- Fe2O3三元系三元系統(tǒng)來表示統(tǒng)來表示 硅酸鹽水泥的配料組成。硅酸鹽水泥的配料組成。 性質(zhì)：性質(zhì)： 水化很慢；水化很慢； 水化生成氫氧化鈣時，水化生成氫氧化鈣時，體積膨脹體積膨脹97.9，在硬在硬 化水泥石內(nèi)部造成局部膨脹應(yīng)力?；嗍瘍?nèi)部造成局部膨脹應(yīng)力。 作用：作用： 游離氧化鈣含量增加：游離氧化鈣含量增加： 強度降低，甚至倒縮；強度降低，甚至倒縮； 嚴重時甚至引起嚴重時甚至

9、引起安定性不良安定性不良，使水泥制品變形或，使水泥制品變形或 開裂，導(dǎo)致水泥漿體的破壞。開裂，導(dǎo)致水泥漿體的破壞。 種種 類類產(chǎn)產(chǎn) 生生 原原 因因特特 點點對水泥安對水泥安定性的影定性的影響響欠燒游離氧化鈣（欠燒f-CaO）熟料煅燒過程中因欠燒、漏生，在11001200低溫下形成結(jié)構(gòu)疏松多孔、不大一次游離氧化鈣（一次f-CaO） 因配料不當(dāng)、生料過粗或煅燒不良，尚未與S、A、F反應(yīng)而殘留的CaO呈“死燒狀態(tài)”，結(jié)構(gòu)致密，大二次游離氧化鈣（二次f-CaO） 熟料慢冷或還原氣氛下，C3S分解而形成的經(jīng)過高溫，水化較慢較大游離氧化鈣（游離氧化鈣（f-CaO) 氧化鎂的作用氧化鎂的作用：熟料含有少量

10、氧化鎂時，能降低熟料液相：熟料含有少量氧化鎂時，能降低熟料液相 生成溫度，增加液相數(shù)量，降低液相粘，有利于熟生成溫度，增加液相數(shù)量，降低液相粘，有利于熟 料形成，還能改善熟料色澤。料形成，還能改善熟料色澤。 方鎂石性質(zhì)：方鎂石的水化比游離氧化鈣更為緩慢；方鎂石性質(zhì)：方鎂石的水化比游離氧化鈣更為緩慢； 水化生成氫氧化鎂時，體積膨脹水化生成氫氧化鎂時，體積膨脹148，也會，也會 導(dǎo)致安定性不良。水化時會導(dǎo)致導(dǎo)致安定性不良。水化時會導(dǎo)致安定性不良安定性不良。 水泥熟料是一種多礦物集合體，而這些礦物又是由四種水泥熟料是一種多礦物集合體，而這些礦物又是由四種 主要氧化物化合而成。因此，在生產(chǎn)控制中，不僅

11、要控制熟料主要氧化物化合而成。因此，在生產(chǎn)控制中，不僅要控制熟料 中各氧化物的含量，中各氧化物的含量，。 這樣，可以這樣，可以， 明確地明確地。因此，在生產(chǎn)中，。因此，在生產(chǎn)中， 用率值作為用率值作為。 我國目前采用的是石灰飽和系數(shù)我國目前采用的是石灰飽和系數(shù)KH、硅率硅率SM和和 鋁率鋁率IM三個率值。三個率值。 當(dāng)當(dāng)A2O3/Fe2O30.64時，時，熟料熟料CaO與另外三種酸性氧與另外三種酸性氧 化物化合形成化物化合形成C3S、C2S、C3A、C4AF四個主要熟料礦物。四個主要熟料礦物。 將將C4AF看作為看作為“C3A”和和“CF”，并把，并把“C3A”與與C3A 視為同一相。視為同一

12、相。 理論上在熟料四個主要氧化物中，酸性氧化物應(yīng)形成堿理論上在熟料四個主要氧化物中，酸性氧化物應(yīng)形成堿性最高的熟料礦物性最高的熟料礦物C3S、C3A、C4AF。 1酸性氧化物所需石灰量，既石灰理論極限含量計算公式：酸性氧化物所需石灰量，既石灰理論極限含量計算公式： CaO 2.8SiO2 十十 1.65 Al2O3 + 0.35 Fe2O3 KH = （CaO 1.65 Al2O3 0.35 Fe2O3 ）/ 2.8SiO2 石灰飽和系數(shù)石灰飽和系數(shù)KH是熟料中全部氧化硅生成是熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣硅酸鈣(C3S十十C2S)所需的氧化鈣量與全部二所需的氧化鈣量與全部二氧化硅理論上全部生成硅

13、酸三鈣所需的氧化氧化硅理論上全部生成硅酸三鈣所需的氧化鈣含量的比值。即鈣含量的比值。即KH表熟料中二氧化硅被表熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。 石灰飽和系數(shù)石灰飽和系數(shù)KH與熟料礦物組成的關(guān)系式：與熟料礦物組成的關(guān)系式： 因此，在正常硅酸鹽水泥熟料中，石因此，在正常硅酸鹽水泥熟料中，石灰飽和系數(shù)灰飽和系數(shù)KHKH應(yīng)控制在應(yīng)控制在0.6670.6671.01.0之之間。為了使水泥具有較好的力學(xué)性能，間。為了使水泥具有較好的力學(xué)性能，應(yīng)適當(dāng)提高應(yīng)適當(dāng)提高C3S在熟料中的含量，在熟料中的含量，KH一般控制在一般控制在0.880.94。 通常，硅酸鹽水泥熟料

14、的硅率在通常，硅酸鹽水泥熟料的硅率在 1.72.7之間，之間， 有的白色硅酸鹽水泥熟料的硅率可高達有的白色硅酸鹽水泥熟料的硅率可高達 4.0左右。左右。 熟料礦物組成可用熟料礦物組成可用巖相分析巖相分析、X射線定量分析射線定量分析等方法等方法 測定，也可以測定，也可以根據(jù)化學(xué)成分進行計算根據(jù)化學(xué)成分進行計算。巖相分析巖相分析 v X射線定量分析射線定量分析 v 紅外光譜分析紅外光譜分析 v X射線光譜分析儀射線光譜分析儀 常用的從化學(xué)成分計算熟料礦物組成的方法有兩種，即常用的從化學(xué)成分計算熟料礦物組成的方法有兩種，即 石灰飽和系數(shù)法石灰飽和系數(shù)法和和鮑格法鮑格法。先列出有關(guān)摩爾質(zhì)量的比值：先列

15、出有關(guān)摩爾質(zhì)量的比值： C3S中的中的MC3S/MCaO = 4.07; C2S中的中的2MCaO/MSiO2=1.87; C4AF中的中的MC4AF/MFe2O3=3.04; C3A中的中的MC3A/MAl2O3=3.04 CaSO4中的中的MCaSO4 /MSO3=3.04 MAl2O3/MFe2O3=0.64 = 2.8KHSc C3S = 4.07（Cs-1.87Sc）= 4.07Cs-7.6Sc （3）KH = （CaO 1.65 Al2O3 0.35 Fe2O3 ）/ 2.8SiO2 CaO 1.65 Al2O3 0.35 Fe2O3 = 2.8KH SiO2C2S中的中的2MCa

16、O/MSiO2=1.87C3S中的中的MC3S/MCaO = 4.07C2S = 8.6（1- KH）SiO2 （6） C3S=3.8（3KH-2）SiO2 C2S=8.6（1- KH）SiO2 C4AF=3.04 Fe2O3 C3A=265（Al2O3-0.64 Fe2O3） CaSO4=1.7SO3以以C3S、C2S、C3A、C4AF、CaSO4以及以及CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分別代表熟料中各礦物和氧化物的百分分別代表熟料中各礦物和氧化物的百分含量，則四種礦物和硫酸鈣的化學(xué)成分百分數(shù)可列成下表。含量，則四種礦物和硫酸鈣的化學(xué)成分百分數(shù)可列成下表。 硅酸鹽水泥熟料礦物

17、組成的計算，是假設(shè)熟料平衡冷卻，硅酸鹽水泥熟料礦物組成的計算，是假設(shè)熟料平衡冷卻， 并生成并生成C3S、C2S、C3A和和C4AF四種純礦物，其計算結(jié)果與熟四種純礦物，其計算結(jié)果與熟 料真實礦物組成并不完全一致，有時甚至相差很大。料真實礦物組成并不完全一致，有時甚至相差很大。盡管計算的礦物組成與實測值有一定差異，但它能基本盡管計算的礦物組成與實測值有一定差異，但它能基本 上說明對熟料燃燒和性能的影響。當(dāng)設(shè)計某一礦物組成水泥上說明對熟料燃燒和性能的影響。當(dāng)設(shè)計某一礦物組成水泥 熟料時，利用理論計算生料組成是唯一可行的方法，因此，熟料時，利用理論計算生料組成是唯一可行的方法，因此， 在水泥工業(yè)中應(yīng)

18、用廣泛。在水泥工業(yè)中應(yīng)用廣泛。 幻燈片 10 熟料組成的選擇，一般應(yīng)該根據(jù)水泥品種、原料、燃料熟料組成的選擇，一般應(yīng)該根據(jù)水泥品種、原料、燃料 的品質(zhì)、生料制備、生料的易燒性與熟料煅燒工藝等進行綜合的品質(zhì)、生料制備、生料的易燒性與熟料煅燒工藝等進行綜合 考慮，以達到保證水泥質(zhì)量、提高產(chǎn)量、降低消耗和設(shè)備長期考慮，以達到保證水泥質(zhì)量、提高產(chǎn)量、降低消耗和設(shè)備長期 安全運轉(zhuǎn)的目的。安全運轉(zhuǎn)的目的。 硅酸鹽水泥：凡由硅酸鹽水泥熟料，石灰石或?；郀t礦渣硅酸鹽水泥：凡由硅酸鹽水泥熟料，石灰石或粒化高爐礦渣 適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽水泥（即國適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽水

19、泥（即國 外通稱的外通稱的波特蘭水泥波特蘭水泥）硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥型硅酸鹽水泥（P.）（混合材料摻量5）（不摻加混合材料）型硅酸鹽水泥（P. ）硅酸鹽水泥強度等級n普通型：42.5 52.5 62.5 n早強型：42.5R 52.5R 62.5R 注：“R”表示早強型P、P硅酸鹽水泥生產(chǎn)所采用的原料是：石灰石、粘土以及硅酸鹽水泥生產(chǎn)所采用的原料是：石灰石、粘土以及 校正原料。而原料的化學(xué)成分與工藝性能，往往對熟料組成校正原料。而原料的化學(xué)成分與工藝性能，往往對熟料組成 的選擇有很大影響。在一般情況下，為了簡化工藝流程，便的選擇有很大影響。在一般情況下，為了簡化工藝流程，便 于生產(chǎn)控制，即使熟

20、料組成略為偏離理想要求，也仍然應(yīng)采于生產(chǎn)控制，即使熟料組成略為偏離理想要求，也仍然應(yīng)采 用兩種或三種原料的配料方案，除非這種配料不能保證正常用兩種或三種原料的配料方案，除非這種配料不能保證正常 生產(chǎn)時，才考慮更換某種原料或摻加另一種校正原料。為此，生產(chǎn)時，才考慮更換某種原料或摻加另一種校正原料。為此， 必須進行全面的必須進行全面的技術(shù)經(jīng)濟分析技術(shù)經(jīng)濟分析。用煤作燃料時，用煤作燃料時，煤的灰分煤的灰分將大部分或全部摻入熟料中。將大部分或全部摻入熟料中。 據(jù)統(tǒng)計，由于煤灰的摻入，將使熟料飽和系數(shù)降低據(jù)統(tǒng)計，由于煤灰的摻入，將使熟料飽和系數(shù)降低0.040.16； 硅率降低硅率降低0.050.20；鋁

21、率提高；鋁率提高0.050.30。 v 生料均勻性好，生料均勻性好，KH可高些可高些; v 若生料成分波動大：若生料成分波動大： 對回轉(zhuǎn)窯而言，其熟料對回轉(zhuǎn)窯而言，其熟料KH應(yīng)適當(dāng)降低；應(yīng)適當(dāng)降低； 對立窯而言，由于低對立窯而言，由于低KH易引起立窯結(jié)大塊，易引起立窯結(jié)大塊， 為了保證立窯正常燃燒，宜采用高為了保證立窯正常燃燒，宜采用高KH低低SM方案。方案。 v 若生料粒度粗，由于化學(xué)反應(yīng)難以進行完全，若生料粒度粗，由于化學(xué)反應(yīng)難以進行完全，KH 也應(yīng)適當(dāng)降低也應(yīng)適當(dāng)降低。 水泥生料的易燒性可用如下兩種表達方式：水泥生料的易燒性可用如下兩種表達方式： 第一種方式：在某一已知溫度下測量經(jīng)規(guī)定時

22、間后的第一種方式：在某一已知溫度下測量經(jīng)規(guī)定時間后的f-CaO， f-CaO的降低數(shù)值與易燒性的改善相對應(yīng)；的降低數(shù)值與易燒性的改善相對應(yīng)； 測量規(guī)定溫度下達到測量規(guī)定溫度下達到f-CaO2.0的時間（的時間（t），），t的減少的減少 數(shù)值與易燒性的改善相對應(yīng)。數(shù)值與易燒性的改善相對應(yīng)。 所謂所謂“實用易燒性實用易燒性”即是在即是在1350恒溫下，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒恒溫下，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒 生料達到生料達到CaO2所需的時間。所需的時間。 影響生料易燒性的主要因素：影響生料易燒性的主要因素： 100100SPAQSqAGyyyA 0.1 0.165.131/0.5313=122.612216.158

23、/0.7025=232.814/0.4827=5.829 5.81.772/0.7025=2.522 2.60.157/0.4827=0.3250.3玻璃的化學(xué)組成是計算玻璃配合料的主要依據(jù)，與玻璃的玻璃的化學(xué)組成是計算玻璃配合料的主要依據(jù)，與玻璃的 物理和化學(xué)性質(zhì)有重要的關(guān)系。改變玻璃的組成即可以改變玻物理和化學(xué)性質(zhì)有重要的關(guān)系。改變玻璃的組成即可以改變玻 璃的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，從而使玻璃在性質(zhì)上發(fā)生變化。璃的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，從而使玻璃在性質(zhì)上發(fā)生變化。 能單獨形成玻璃，在玻璃中能單獨形成玻璃，在玻璃中的氧化物，稱為玻璃的網(wǎng)絡(luò)形成體。如的氧化物，稱為玻璃的網(wǎng)絡(luò)形成體。如SiO2，B2O3，P2O5等。等。

24、v F-O鍵是共價鍵與離子鍵的混合鍵；鍵是共價鍵與離子鍵的混合鍵； v 陽離子陽離子(F)的配位數(shù)是的配位數(shù)是3或或4，陰離子，陰離子O2-的配位數(shù)為的配位數(shù)為2； v 構(gòu)成的配位多面體構(gòu)成的配位多面體FO4或或FO3一般以一般以頂角相連頂角相連。 凡不能單獨生成玻璃，一般不進入網(wǎng)絡(luò)而是處于網(wǎng)絡(luò)之外凡不能單獨生成玻璃，一般不進入網(wǎng)絡(luò)而是處于網(wǎng)絡(luò)之外 的氧化物，稱為玻璃的網(wǎng)絡(luò)外體。其作用為的氧化物，稱為玻璃的網(wǎng)絡(luò)外體。其作用為調(diào)整玻璃一些性質(zhì)調(diào)整玻璃一些性質(zhì)。 常見的有常見的有Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和和BaO等。等。 v M-O鍵是離子鍵，電場強度較小，鍵是離子鍵，電

25、場強度較小，氧離子易擺脫陽離子的氧離子易擺脫陽離子的 束縛，成為束縛，成為“游離氧游離氧”，在玻璃結(jié)構(gòu)中，往往起在玻璃結(jié)構(gòu)中，往往起斷網(wǎng)斷網(wǎng)作用；作用； v 陽離子給出陽離子給出“游離氧游離氧”的能力與其電場強度的大小有關(guān)的能力與其電場強度的大小有關(guān)。陽。陽 離子場強越小、則給氧能力越大，反之，給氧能力越??；離子場強越小、則給氧能力越大，反之，給氧能力越小； v 陽離子陽離子(特別是高電價、小半徑的陽離子特別是高電價、小半徑的陽離子)的場強較大時，可的場強較大時，可 對非橋氧起積聚作用對非橋氧起積聚作用，使結(jié)構(gòu)變得較為緊密而在一定程度上，使結(jié)構(gòu)變得較為緊密而在一定程度上 改善玻璃的性質(zhì)，但對玻

26、璃的析晶也有一定的促進作用，改善玻璃的性質(zhì)，但對玻璃的析晶也有一定的促進作用， 一般不能單獨形成玻璃，一般不能單獨形成玻璃，稱之為中間體。如，稱之為中間體。如A12O3，BeO，ZnO， Ga2O3，TiO2、PbO等。等。 v 陽離子配位數(shù)主要根據(jù)玻璃結(jié)構(gòu)中陽離子配位數(shù)主要根據(jù)玻璃結(jié)構(gòu)中“游離氧游離氧”的數(shù)目而定。的數(shù)目而定。 v “游離氧游離氧”充足時，陽離子可以奪取充足時，陽離子可以奪取“游離氧游離氧”以四配位參加以四配位參加 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； v “游離氧游離氧”不足時，則以其他配位數(shù)不足時，則以其他配位數(shù)(比如六配位等比如六配位等)，處于網(wǎng)，處于網(wǎng) 絡(luò)之外，與網(wǎng)絡(luò)外體作用相似。絡(luò)

27、之外，與網(wǎng)絡(luò)外體作用相似。 玻璃結(jié)構(gòu)是指玻璃中質(zhì)點在空間的幾何配置、有序程度玻璃結(jié)構(gòu)是指玻璃中質(zhì)點在空間的幾何配置、有序程度 以及它們彼此間的結(jié)合狀態(tài)。以及它們彼此間的結(jié)合狀態(tài)。0.21nm的尺度或原于排布范圍；的尺度或原于排布范圍； v 3至幾百納米的尺度或亞微結(jié)構(gòu)范圍；至幾百納米的尺度或亞微結(jié)構(gòu)范圍； v 在微米到毫米或其以上的尺度，即在顯微組織或宏觀在微米到毫米或其以上的尺度，即在顯微組織或宏觀 結(jié)構(gòu)的范圍。結(jié)構(gòu)的范圍。 1930年蘭德爾提出。年蘭德爾提出。 晶子學(xué)說和查氏無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)說的異同晶子學(xué)說和查氏無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)說的異同晶體石英中晶體石英中SiO鍵距為鍵距為1.61 ，而在

28、石英玻璃中，而在石英玻璃中SiO 鍵距為鍵距為1.62 說明后者原子間距稍大，結(jié)構(gòu)較為疏松。說明后者原子間距稍大，結(jié)構(gòu)較為疏松。 （b）(a)相鄰兩硅氧四面體之間的相鄰兩硅氧四面體之間的SiOSi鍵角鍵角 (b)石英玻璃和方石英晶體的石英玻璃和方石英晶體的 SiOSi鍵構(gòu)分布曲線鍵構(gòu)分布曲線OSi R2OSiO2在在R2OB2O3二元玻璃中，堿金屬氧化物提供的氧，二元玻璃中，堿金屬氧化物提供的氧， 可使硼從三配位轉(zhuǎn)變成四配位，即在一定范圍內(nèi)，它們可使硼從三配位轉(zhuǎn)變成四配位，即在一定范圍內(nèi)，它們 提供的氧不像在熔融石英玻璃中使網(wǎng)絡(luò)斷裂而成為非橋提供的氧不像在熔融石英玻璃中使網(wǎng)絡(luò)斷裂而成為非橋 氧

29、，相反是氧，相反是這種與這種與 相同條件下堿硅酸鹽玻璃相比出現(xiàn)相反變化的現(xiàn)象，人相同條件下堿硅酸鹽玻璃相比出現(xiàn)相反變化的現(xiàn)象，人 們稱為們稱為“硼氧反常性。硼氧反常性。” 當(dāng)當(dāng)Na2OB2O31時，認為時，認為B3+以四面體結(jié)構(gòu)為主，與以四面體結(jié)構(gòu)為主，與 SiO4組成均勻、連續(xù)、統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，組成均勻、連續(xù)、統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Na+則以網(wǎng)則以網(wǎng) 絡(luò)外離子配置在絡(luò)外離子配置在BO4四面體附近，以維持電荷平衡。四面體附近，以維持電荷平衡。 v 當(dāng)當(dāng)Na2OB2O31時，結(jié)構(gòu)中有部分時，結(jié)構(gòu)中有部分B3+離子仍處于離子仍處于BO3 結(jié)構(gòu)狀態(tài)且不能與結(jié)構(gòu)狀態(tài)且不能與SiO4組成統(tǒng)一、均勻、連續(xù)的結(jié)構(gòu)

30、組成統(tǒng)一、均勻、連續(xù)的結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)，而獨立形成層狀結(jié)構(gòu)，玻璃會產(chǎn)生分相現(xiàn)象，網(wǎng)絡(luò)，而獨立形成層狀結(jié)構(gòu)，玻璃會產(chǎn)生分相現(xiàn)象，BO3 三角體數(shù)量越多，則分相區(qū)域也越大。三角體數(shù)量越多，則分相區(qū)域也越大。 列出主要的性能要求，作為設(shè)計組成的指標(biāo)。列出主要的性能要求，作為設(shè)計組成的指標(biāo)。 v 針對設(shè)計玻璃制品的不同，分別有重點的列出其熱膨脹針對設(shè)計玻璃制品的不同，分別有重點的列出其熱膨脹 系數(shù)、軟化點、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機械強度、光學(xué)系數(shù)、軟化點、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機械強度、光學(xué) 性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等。性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等。 v 有時還要將工藝性能的要求一并列出，如熔制溫度、成型有時還要將工藝性能的要求

31、一并列出，如熔制溫度、成型 操作性能和退火溫度等，作為考慮因素。操作性能和退火溫度等，作為考慮因素。 v 原始組成原始組成：按上述設(shè)計原則，根據(jù)玻璃的性能要求，參考：按上述設(shè)計原則，根據(jù)玻璃的性能要求，參考 現(xiàn)有玻璃組成，采用適當(dāng)?shù)牟Ａ到y(tǒng)并結(jié)合給定的生產(chǎn)工藝條現(xiàn)有玻璃組成，采用適當(dāng)?shù)牟Ａ到y(tǒng)并結(jié)合給定的生產(chǎn)工藝條 件，擬定出設(shè)計玻璃的最初組成。件，擬定出設(shè)計玻璃的最初組成。 試驗組成試驗組成：按有關(guān)玻璃性質(zhì)計算公式，預(yù)算設(shè)計玻璃的主：按有關(guān)玻璃性質(zhì)計算公式，預(yù)算設(shè)計玻璃的主 要性質(zhì)，如不合要求，則進行組成氧化物的增刪和量的調(diào)整，要性質(zhì)，如不合要求，則進行組成氧化物的增刪和量的調(diào)整， 然后，再

32、預(yù)算、調(diào)整，直至初步合乎要求時，即作為設(shè)計玻璃然后，再預(yù)算、調(diào)整，直至初步合乎要求時，即作為設(shè)計玻璃 的試驗組成。的試驗組成。 對于新品種玻璃則參考有關(guān)相圖和玻璃形成圖選擇組成點，對于新品種玻璃則參考有關(guān)相圖和玻璃形成圖選擇組成點， 擬出玻璃的原始組成，再進一步設(shè)計出玻璃的試驗組成。擬出玻璃的原始組成，再進一步設(shè)計出玻璃的試驗組成。 v 按照擬定的玻璃試驗組成，制備配合料，在實驗室電爐中按照擬定的玻璃試驗組成，制備配合料，在實驗室電爐中 進行熔制試驗，并對熔好的玻璃進行有關(guān)性能的測試。進行熔制試驗，并對熔好的玻璃進行有關(guān)性能的測試。 v 通過試驗和測試，對組成逐次調(diào)整修改，直至設(shè)計的玻璃通過試

33、驗和測試，對組成逐次調(diào)整修改，直至設(shè)計的玻璃 達到給定的性能要求和工藝要求。達到給定的性能要求和工藝要求。 v 然后在池爐中進行生產(chǎn)試驗。在生產(chǎn)試驗時對熔化、澄清、然后在池爐中進行生產(chǎn)試驗。在生產(chǎn)試驗時對熔化、澄清、 成型、退火等都應(yīng)取得數(shù)據(jù)。必要時，再對組成氧化物進行成型、退火等都應(yīng)取得數(shù)據(jù)。必要時，再對組成氧化物進行 調(diào)整，最后即確定為新設(shè)計玻璃的組成。調(diào)整，最后即確定為新設(shè)計玻璃的組成。 80)(450ASS相對機速 正數(shù)為不析晶，負數(shù)為有析晶潛力。即當(dāng)玻璃在低溫正數(shù)為不析晶，負數(shù)為有析晶潛力。即當(dāng)玻璃在低溫 供料，成形大尺寸制品或壓制成型時，有析晶可能。供料，成形大尺寸制品或壓制成型時

34、，有析晶可能。配合料計算基礎(chǔ)配合料計算基礎(chǔ)玻璃的玻璃的 重量百分組成重量百分組成原料的化原料的化學(xué)成分學(xué)成分熔化熔化100公斤玻璃公斤玻璃 所需的各種原料用量所需的各種原料用量算出每付配合料中算出每付配合料中 各種原料的用量。各種原料的用量。玻璃以分子玻璃以分子百分組成或百分組成或分子式表示。分子式表示。精確計算精確計算：應(yīng)補足各組成氧化物的揮發(fā)損失。：應(yīng)補足各組成氧化物的揮發(fā)損失。 如：飛揚損失，耐火材料對玻璃成分的改變等。如：飛揚損失，耐火材料對玻璃成分的改變等。配料計算方法配料計算方法 ？ 1 10 00 0純純堿堿用用量量純純堿堿揮揮散散量量純純堿堿揮揮散散率率芒硝含率芒硝含率100

35、21.1217028. 0CaF%85. 02X原料總量含量螢石 設(shè)有設(shè)有30的的CaF 2與與SiO2反應(yīng)，生成反應(yīng)，生成SiF4而揮發(fā)，設(shè)而揮發(fā)，設(shè)SiO2的揮發(fā)量為的揮發(fā)量為 X kg，SiO2的摩爾質(zhì)量為的摩爾質(zhì)量為60.09，CaF2的摩爾質(zhì)量為的摩爾質(zhì)量為78.08，則：，則： kg12. 008.7821%3028.7047. 109.60X5 .144147. 0ONaONaONa%15222X純堿引入的芒硝引入的芒硝引入的需純堿帶入的需純堿帶入的 Na2O量量玻璃中玻璃中Na2O含量含量 9503. 024. 58411. 0XSONaC%7 . 442含量芒硝含量煤粉玻璃中

36、的玻璃中的 SiO2玻璃中的玻璃中的 Al2O3Y82.19Y100%1 . 3純堿用量純堿揮散量VII. 校正硅砂和砂巖用量校正硅砂和砂巖用量 VIII. 把上述計算結(jié)果匯成用原料量表把上述計算結(jié)果匯成用原料量表粉料濕基水分粉料干基加水量1kg96.1734.98230.100034.9824129.960加水量配料工藝流程：配料工藝流程：砂巖砂巖 硅砂硅砂石灰石石灰石 白云石白云石 螢石螢石 純堿純堿 芒硝芒硝 煤粉煤粉 碎玻璃碎玻璃煅燒煅燒水冷水冷粗碎粗碎粉碎粉碎篩分篩分粉庫粉庫稱量稱量水水混合混合運輸運輸窯頭料倉窯頭料倉投料機投料機選礦選礦干燥干燥篩分篩分粗碎粗碎粉碎粉碎篩分篩分粗碎粗

37、碎粉碎粉碎篩分篩分粗碎粗碎粉碎粉碎篩分篩分粉碎粉碎篩分篩分水洗水洗拆包拆包拆包拆包粉庫粉庫粉庫粉庫粉庫粉庫粉庫粉庫 粉庫粉庫 粉庫粉庫 粉庫粉庫 粉庫粉庫稱量稱量混合混合洗滌洗滌破碎破碎稱量稱量粉碎粉碎篩分篩分篩分篩分陶瓷材料的鍵性：主要是離子鍵與共價鍵，而且往往是陶瓷材料的鍵性：主要是離子鍵與共價鍵，而且往往是 兩種鍵雜交在一起。兩種鍵雜交在一起。 v 陶瓷材料中原子或分子的排列方式和結(jié)構(gòu)也是決定性能陶瓷材料中原子或分子的排列方式和結(jié)構(gòu)也是決定性能 的重要依據(jù)。的重要依據(jù)。 v 結(jié)構(gòu)缺陷對陶瓷材料的性能也有顯著的影響。結(jié)構(gòu)缺陷對陶瓷材料的性能也有顯著的影響。 。 降低其總氣孔率，且控制好氣孔

38、的大小、形狀和分布。降低其總氣孔率，且控制好氣孔的大小、形狀和分布。 還要控制晶粒的大小、數(shù)量和形狀。還要控制晶粒的大小、數(shù)量和形狀。 降低脆性降低脆性(即增韌即增韌)對提高強度有利。對提高強度有利。 增韌方法：一般有表面補強、復(fù)合增韌和增韌方法：一般有表面補強、復(fù)合增韌和相變增韌相變增韌。 配料比（量）表示法配料比（量）表示法 產(chǎn)品的物理產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)、使用要求是考慮坯、釉料組成化學(xué)性質(zhì)、使用要求是考慮坯、釉料組成 的主要依據(jù)。的主要依據(jù)。 v 在擬定配方時可采用一些工廠或研究單位積累的數(shù)據(jù)和在擬定配方時可采用一些工廠或研究單位積累的數(shù)據(jù)和 經(jīng)驗，這樣可以節(jié)省試驗時間，提高效率。經(jīng)驗，這樣可以節(jié)省試驗時間，提高效率。 v 了解各種原料對產(chǎn)品性質(zhì)的影響是配料的基礎(chǔ)。了解各種原料對產(chǎn)品性質(zhì)的影響是配料的基礎(chǔ)。 v 配方要能滿足生產(chǎn)工藝的要求。配方要能滿足生產(chǎn)工藝的要求。 v 希望采用的原料來源豐富，質(zhì)量穩(wěn)定、運輸方便、價格希望采用的原料來源豐富，質(zhì)量穩(wěn)定、運輸方便、價格