實驗八玻璃材料的制備與性能測試

材料科學(xué)與工程學(xué)院-abT時間abT時間若采用燒結(jié)法制造微晶玻璃，可以不加入晶核劑，而是利用顆粒表面的界面能低的特點，在其界面誘發(fā)β-硅灰石晶體，并由表及里地形成針狀晶體，采用壓延法制造微晶玻璃通常（a）階梯式溫度制度都加入晶核劑。（b）等溫式溫度制度二、玻璃式樣的制備2.1玻璃的原料選擇用于制備玻璃配合料的各種物質(zhì)，統(tǒng)稱玻璃原料。根據(jù)它們的用量和作用同，分為主要原料和輔助原料兩類。主要原料，系指往玻璃中引入各種組成氧化物的原料，如石英砂、石灰石、長石、純堿、化合物等。按所引入的氧化物的性質(zhì)，又分為酸性氧化物原料；堿性氧化性原料；堿土金屬和二價金屬氧化物原料；多價氧化物原料。按所引入的氧化物在玻璃結(jié)構(gòu)中的作用，又分為玻璃形成氧化物原料；中間體氧化物原料；網(wǎng)絡(luò)外體氧化物原料。輔助原料，是使玻璃獲的一些必要的性質(zhì)和加速熔制過程的原料。它們的用量少，但他們的作用大，根據(jù)作用的不同，分為澄清劑、脫色劑、著色劑、乳濁劑、氧化劑、還原劑、助熔劑等。主要原料引入酸性氧化物原料二氧化硅SiO2,分子量：60.06，以[SiO4]結(jié)構(gòu)組元形成不規(guī)則的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，成為玻璃的骨架。但使用量過高需用過高的熔制溫度，而且可能導(dǎo)致析晶。引入SiO2的原料石英砂、硅沙、石英巖。在玻璃中用量較大，占配合料的60%-70%以上。石英砂石英砂又稱為硅沙，它的主要成分是SiO2含量：98.5%-99.5%以上。2.2原料的加工2.2.1玻璃原料加工流程：

（1）單系統(tǒng)流程：各種原料共同使用一個破碎、粉碎、篩分系統(tǒng)。（2）.多系統(tǒng)流程；每種原料各自使用一個破碎、粉碎、篩分系統(tǒng)。（3）.混合系統(tǒng)流程：砂巖、長石等用量大的多采用多系統(tǒng)流程，用量少的原料多采用單系統(tǒng)流程石英砂→分精篩→干燥→電磁除鐵→粉料倉

砂巖精篩→破碎→輪輾→干燥→篩分→除鐵→粉料倉

白云石→干燥→破碎→粉碎→篩分→除鐵→粉料倉

石灰石→干燥→破碎→粉碎→篩分→除鐵→粉料倉

純堿→粉碎→篩分→粉料倉

芒硝→干燥→粉碎→篩分→粉料倉

碎玻璃→精選→[破碎→除鐵]

2.2.2原料的干燥：

目的：便于儲存和配料。方法；自然干燥，強(qiáng)制干燥

2.2.3原料的粉碎：

石灰石.白云石.長石：式+錘式（反擊式）

砂巖.石英石：顎式+輥式（反擊式）

純堿.芒硝.碎玻璃：錘式（籠型碾）

2.2.4原料的篩分：

目的：將雜質(zhì)和大顆粒分離出去，使物料具有適宜的顆粒組成，以保證配合料混合均勻和避免分層。

設(shè)備：方格篩

筒型篩

搖動篩

振動篩

2.2.5原料除鐵：

鐵的來源：加工過程中機(jī)械設(shè)備的磨損和金屬鐵件的混入+原料中帶入危害；使玻璃著色成黃綠色，降低了玻璃的透明度，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

除鐵方法：物理除鐵法（電磁除鐵）、化學(xué)除鐵法2.3配合料的制備2.3.1配合料的質(zhì)量要求：

a.具有正確性和穩(wěn)定性

b.具有一定的顆粒組成

c.具有一定的水分5%

d.具有一定氣孔率、

e.必須混合均勻

2.3.2配合料的工藝流程：

石英粉→料倉→稱量

長石粉→料倉→稱量

混合→輸送混合→爐頭料倉白云石→料倉→稱量

純堿+芒硝→料倉→稱量

碎玻璃→料倉→稱量

2.3.3配合料稱量：

要求：快速

準(zhǔn)確

方法：分別稱量、累計稱量

機(jī)械設(shè)備：臺秤、標(biāo)尺式自動秤、電子皮帶秤2.3.4配合料的混合：

a.混合的目的b加料順序、兩種

c.混合時間.2-8min

2.4玻璃的熔制玻璃的熔制過程是一個復(fù)雜的過程，它包括一系列的物理、化學(xué)及物理化學(xué)現(xiàn)象和反應(yīng)，其綜合結(jié)果是使各種原料的混合物形成透明的玻璃液。從加熱配合料直到熔成玻璃液，常可根據(jù)熔制過程中的不同變化而分為五個階段：硅酸鹽形成階段；玻璃形成階段；玻璃液的澄清階段；玻璃液的均化階段；玻璃液的冷卻階段。玻璃熔制的五個階段互不相同，但又彼此關(guān)聯(lián)，在實際熔制過程中并不嚴(yán)格按上述順序進(jìn)行。2.5玻璃的熱處理熱處理是使微晶玻璃產(chǎn)生預(yù)定結(jié)晶相和玻璃相的關(guān)鍵工序。組成確定后，微晶玻璃的結(jié)構(gòu)與性能主要取決于熱處理制度（熱處理溫度與保溫時間）。在熱處理過程中，玻璃中可能產(chǎn)生分相、晶核形成、晶體生長及二次結(jié)晶形成等現(xiàn)象。對于不同種類的微晶玻璃，上述各過程進(jìn)行的方式也不同。一般可把熱處理過程分為兩個階段：第一階段是玻璃結(jié)構(gòu)的微調(diào)及晶核形成，第二階段為晶體生長。三、玻璃性能的測試以下是對微晶玻璃，大理石，花崗巖和普通玻璃性能對比的數(shù)據(jù)玻璃的性能測定及部分其他材料的性能參數(shù)：3.1實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理微晶玻璃板大理石花崗巖普通玻璃（測試）密度（g/cm3）2.72.72.72.504抗壓強(qiáng)度（MPa）341.361-100100-220—抗折強(qiáng)度（MPa）41.56.7-209.0-24—硬度（kg/mm）53015070-720480吸水率（%）00.300.35約等于0擴(kuò)散反射率（%）895966—耐酸性（%）0.0810.21.020.58耐堿性（%）0.050.300.122.58（1h）29.77（2h）1、密度次數(shù)質(zhì)量（g）體積V1（ml）體積V2（ml）11.9412.883.6721.3493.674.2331.1684.234.71硬度次數(shù)半對角線長度1（mm）半對角線長度2（mm）12.3652.71622.3822.7213、吸水率質(zhì)量（g）紙+玻璃4.226濕濾紙2.126玻璃2.098耐酸性開始時玻璃質(zhì)量1.385g腐蝕后剩余的質(zhì)量1.109g耐堿性時間開始時玻璃質(zhì)量腐蝕后剩余的質(zhì)量1h2.025g2.006g2h2.023g2.004g四、玻璃的三種配方（一）薄壁輕量瓶是包裝容器發(fā)展的趨向之一，早在1930年，美國即開始研究包裝瓶的輕量化，我國于70年代曾由原大連玻璃制品廠和大連輕工業(yè)學(xué)院及有關(guān)單位共同進(jìn)行研制，制配出如下的配方：石英砂:68.07kg純堿:14.93kg方解石:2.80kg白云石:5.45kg紅丹:0.45kg硼砂:1.34kg硝酸鈉:4.03kg硝酸鉀：1.79kg氧化鋅：0.67kg氧化鈷：0.00009kg硒粉：0.026kg亞砷酸：0.45kg共計：100.01kg用此配方制作出的薄壁輕量玻璃包裝容器，可比原生產(chǎn)的罐頭瓶減重30%左右；性能又符合當(dāng)時輕工業(yè)部部頒罐頭瓶標(biāo)準(zhǔn)要求，總的特點是透明度好，熱穩(wěn)定性及強(qiáng)度高，工藝性能也符合要求。投產(chǎn)后可根據(jù)成型機(jī)的機(jī)速情況，進(jìn)一步調(diào)整，加入1%左右的Al2O3，適當(dāng)提高它的CaO量，并可降低Na2O用量。是為罐頭瓶生產(chǎn)廠家應(yīng)考慮運作的一個配方（二）啤酒瓶使用時的安全性已成為近年來十分突出的問題。為此有的單位提出用高鋁配方的意見?，F(xiàn)將其配方介紹如下供作參考。石英砂52.85kg純堿14.74kg長石16.29kg石灰石6.31kg白云石7.02kg鉻礦粉1.88kg重晶石0.91kg總計100.00kg以Al2O3部分替代SiO2，玻璃的硬度、密度、彈性和粘度增大，熱膨脹系數(shù)減小。除粘度增大一項外，其它變化都以提高玻璃性能為目的。也就是通過提高玻璃中的Al2O3含量增加啤酒瓶強(qiáng)度是可能的。能保持Al2O3與SiO2含量一般為74%左右，為使料性長短適當(dāng)，對MgO和CaO的取值是很關(guān)鍵的。這一關(guān)若能把住，啤酒瓶高鋁配方是值得推廣應(yīng)用的(三)罐頭瓶玻璃配方：石英砂73.63kg純堿18.80kg方解石3.54kg螢石1.33kg硝酸鈉2.65kg氧化銻0.06kg總計100.01kg五、微晶玻璃的應(yīng)用利用微晶玻璃耐高溫、抗熱震、熱膨脹性可調(diào)等力學(xué)和熱學(xué)性能，制造出各種滿足機(jī)械力學(xué)要求的材料。據(jù)B.Porher,Amucha報道，用PVD法把Al2O3—SiO2系微晶玻璃涂層蒸鍍到汽車金屬軸承上，可提高軸承的耐磨性、表面光滑性和散熱性。利用云母的可切削性和定向取向性制備出高強(qiáng)和可切削加工的微晶玻璃。作為機(jī)械力學(xué)材料的微晶玻璃廣泛應(yīng)用于活塞、旋轉(zhuǎn)葉片、吹具的制造上，同時也用在飛機(jī)、火箭、人造地球衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)材料上。5.1建筑材料上的應(yīng)用建筑微晶玻璃作為新型綠色裝飾材料，在世界上成為最具有發(fā)展前景的建筑裝飾材料。廣泛應(yīng)用于大型建筑和知名重點工程，其裝飾效果和理化性能均優(yōu)于玻璃、瓷磚、花崗石和大理石板材；莫氏硬度615～710，抗彎強(qiáng)度50～60MPa，抗壓強(qiáng)度>500MPa，體積密度2165～2170，吸水率0，耐酸耐堿性、抗凍性耐污染性能優(yōu)異，無放射性污染，鏡面效果良好。微晶玻璃具有高的強(qiáng)度，封閉氣孔，低的吸水性和熱導(dǎo)性，質(zhì)輕可作為結(jié)構(gòu)材料、熱絕緣材料。5.2其它材料上的應(yīng)用泡沫微晶玻璃作為結(jié)構(gòu)材料、熱絕緣材料和纖維復(fù)合增韌微晶玻璃都得到了廣泛研究和應(yīng)用。核工業(yè)方面，微晶玻璃被用于制造原子反應(yīng)堆控制棒上的材料、反應(yīng)堆密封劑、核廢料存儲材料等方面。另外，1977年Scharch.KE和Ash2bee.KHG發(fā)現(xiàn)云母微晶玻璃有記憶效果，開辟了微晶玻璃在記憶材料領(lǐng)域的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[1]呂淑珍.爐渣在微晶玻璃中的應(yīng)用，中國陶瓷.1999,35(4);24～