第六节玻璃的熔炼与凝固ppt课件

1、第六节第六节 玻璃的熔炼与凝固玻璃的熔炼与凝固 一、玻璃概述一、玻璃概述1、玻璃态性质、玻璃态性质晶体：质点在三维空间有规则排列近程远程晶体：质点在三维空间有规则排列近程远程均有序。均有序。非晶体：近程有序但远程无序，如：玻璃、非晶体：近程有序但远程无序，如：玻璃、熔体、树脂、橡胶熔体、树脂、橡胶玻璃是由熔体过冷却形成的，为无机非晶态玻璃是由熔体过冷却形成的，为无机非晶态固体中最主要一族。固体中最主要一族。一般有：较高硬度，较大脆性，一定透明度一般有：较高硬度，较大脆性，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）（1各向同性各向同性 玻璃内部任何方向性质均是相同的，与液

2、体玻璃内部任何方向性质均是相同的，与液体类似与晶体相反，与统计结果吻合，如折射率、类似与晶体相反，与统计结果吻合，如折射率、导电性、热膨胀系数等。导电性、热膨胀系数等。 （2介稳性介稳性玻璃体是一种介稳态，即在低温下保留了高温玻璃体是一种介稳态，即在低温下保留了高温时的结构而不变化，包含有过剩内能，有析晶时的结构而不变化，包含有过剩内能，有析晶可能。可能。热力学观点：玻璃为高能量状态必然自低能量热力学观点：玻璃为高能量状态必然自低能量状态较变，即析晶。状态较变，即析晶。功能学观点：室温下玻璃粘度大，较变为晶态功能学观点：室温下玻璃粘度大，较变为晶态速率十分小，相对稳定速率十分小，相对稳定 （3

3、熔融态向玻璃态转变过程是可逆渐变的熔融态向玻璃态转变过程是可逆渐变的 A结晶过程结晶过程 温度降至温度降至TM时，出现新相，内能与体积下时，出现新相，内能与体积下降，粘度则上升。降，粘度则上升。 B玻璃化过程：折线玻璃化过程：折线ABKG，ABKFE所示所示 温度降至温度降至K、F点对应温度：溶体开始固化，点对应温度：溶体开始固化，即形成玻璃体时，变化为即形成玻璃体时，变化为KB所述所述 而而KG，KFE则为形成的玻璃体，其内能与则为形成的玻璃体，其内能与体积随温度的变化曲线在体积随温度的变化曲线在F点转折。点转折。 K、F两点均为转折点。两点均为转折点。 由于转折点有差别，则玻璃形成温度由于

4、转折点有差别，则玻璃形成温度Tg为随冷却为随冷却速度而变的温度范围，速度愈快，速度而变的温度范围，速度愈快， Tg也愈大。也愈大。 TTg 熔体熔体 玻璃体无固定熔点，仅有一定范围玻璃体无固定熔点，仅有一定范围Tg。 （4熔融态向玻璃态转化时，化学性质连续变化熔融态向玻璃态转化时，化学性质连续变化（5无固定熔点无固定熔点 玻璃态物质由熔体转变为固体是在一定温度区间转化温玻璃态物质由熔体转变为固体是在一定温度区间转化温度范围内进行的，它与结晶态物质不同，没有固定熔点。度范围内进行的，它与结晶态物质不同，没有固定熔点。 玻璃结构学说：晶子学说和无规则网络学说玻璃结构学说：晶子学说和无规则网络学说（

5、1晶子学说在前苏联较流行晶子学说在前苏联较流行) 基本观点：玻璃由无数基本观点：玻璃由无数“晶子晶子组成，它们分组成，它们分散于无定形介质中，并且散于无定形介质中，并且“晶子晶子部分到无定形部分到无定形部分过渡是逐步完成的，两者无明显界线，是部分过渡是逐步完成的，两者无明显界线，是高分散晶子的集合体。高分散晶子的集合体。 2、玻璃的结构、玻璃的结构 实验：实验： 1921年列别捷夫在研究硅酸盐玻璃时发现，年列别捷夫在研究硅酸盐玻璃时发现，玻璃加热到玻璃加热到573时其折射率发生急剧变化，时其折射率发生急剧变化，而石英正好在而石英正好在573发生发生 型的转变。在型的转变。在此基础上他提出玻璃是

6、高分散的晶子的集合此基础上他提出玻璃是高分散的晶子的集合体，后经瓦连柯夫等人逐步完善。体，后经瓦连柯夫等人逐步完善。上述现象对不同玻璃，有一定普遍性。上述现象对不同玻璃，有一定普遍性。400-600为玻璃的为玻璃的Tg、Tf温度。温度。研究钠硅二元玻璃的研究钠硅二元玻璃的x-射线散射强度，如图。射线散射强度，如图。 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钠晶体的特征峰一致。硅酸钠晶体的特征峰一致。 要点：玻璃由无数的要点：玻璃由无数的“晶子晶子组成。所谓

7、组成。所谓“ 晶子晶子不同于一般微晶，而是带有晶格变不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，它分散于无定形的介质中，形的有序区域，它分散于无定形的介质中，并且并且“ 晶子晶子到介质的过渡是逐渐完成的，到介质的过渡是逐渐完成的，两者之间无明显界线。两者之间无明显界线。意义及评价：第一次揭示了玻璃的微不均匀意义及评价：第一次揭示了玻璃的微不均匀性，描述了玻璃性，描述了玻璃 结构近程有序的特点。结构近程有序的特点。不足之处：晶子尺寸太小，无法用不足之处：晶子尺寸太小，无法用x射线检射线检测，晶子的含量、组成也无法得知。测，晶子的含量、组成也无法得知。（2无规则网络学说无规则网络学说实验：阐明：实

8、验：阐明：A、由于石英玻璃和方石英的特征谱线重合，、由于石英玻璃和方石英的特征谱线重合，瓦伦认为石英玻璃和方石英中原子间距大致一瓦伦认为石英玻璃和方石英中原子间距大致一致。峰值的存在并不说明晶体的存在。致。峰值的存在并不说明晶体的存在。B、石英玻璃中没有象硅胶一样的小角度衍射，、石英玻璃中没有象硅胶一样的小角度衍射，从而说明是一种密实体，结构中没有不连续的从而说明是一种密实体，结构中没有不连续的离子或空隙。离子或空隙。 实验表明，玻璃物质主要部分不可能以方石实验表明，玻璃物质主要部分不可能以方石英晶体的形式存在，而每个原子的周围原子配英晶体的形式存在，而每个原子的周围原子配位对玻璃和方石英来说

9、都是一样的。位对玻璃和方石英来说都是一样的。 学说要点：学说要点： (1)形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间网络。相似的三维空间网络。 (2)这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的。向三维空间无规律的发展而构筑起来的。 (3)电荷高的网络形成离子位于多面体中心，电荷高的网络形成离子位于多面体中心，半径大的变性离子，在网络空隙中统计分布，半径大的变性离子，在网络空隙中统计分布，对于每一个变价离子则有一定的配位数。对于每一个变价离子则有一定的配位数。 (4)氧化物要形成玻璃必须具

10、备四个条件：氧化物要形成玻璃必须具备四个条件： A、每个、每个O最多与两个网络形成离子相连。最多与两个网络形成离子相连。 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个角与其它相邻多面体共个角与其它相邻多面体共用。用。评价评价 (1) 说明玻璃结构宏观上是均匀的。解释了结构上说明玻璃结构宏观上是均匀的。解释了结构上是远程无序的，是远程无序的， 揭示了玻璃各向同性等性质。揭示了玻璃各向同性等性质。 (2) 不足之处：对分相研究不利，不能完满解释玻不足之处：对分相研究不利，不能完满解释玻璃的微观

11、不均璃的微观不均 匀性和分相现象。匀性和分相现象。 结论：结论： 两种假说各具优缺点，两种观点正在逐步靠近。统两种假说各具优缺点，两种观点正在逐步靠近。统一的看法是玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点一的看法是玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形物质。的无定形物质。 晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。 无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、延续、无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、延续、均匀和统计性。均匀和统计性。 它们各自能解释玻璃的一些性质变化规律。它们各自能解释玻璃的一些性质变化规律。 通过桥氧形成网络结构玻璃称为氧化通过桥氧形成网

12、络结构玻璃称为氧化物玻璃。物玻璃。 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，在实际应用和理论研究上均很重要。实际应用和理论研究上均很重要。 3、常见玻璃类型、常见玻璃类型 （1硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃石英玻璃由硅氧四面体石英玻璃由硅氧四面体SiO2以顶角相连而以顶角相连而组成的三维网络。网络没有其晶体那样近程组成的三维网络。网络没有其晶体那样近程有序，它是其它硅酸盐玻璃的基础。有序，它是其它硅酸盐玻璃的基础。（2硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃：B2O3是硼酸盐玻璃中的是硼酸盐玻璃中的网络形成体。层之间是分子力，是一种弱键，网络形

13、成体。层之间是分子力，是一种弱键，所以所以B2O3玻璃软化温度低玻璃软化温度低(450)，表面张力，表面张力小，化学稳定性差小，化学稳定性差(易在空气中潮解易在空气中潮解) 。一般说纯一般说纯B2O3玻璃实用价值小。但玻璃实用价值小。但B2O3是是唯一能用来制造有效吸收慢中子的氧化物玻唯一能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。璃，而且是其它材料不可取代的。B2O3与与R2O、RO等配合才能制成稳定的有等配合才能制成稳定的有实用价值的硼酸盐玻璃。实用价值的硼酸盐玻璃。硼硅酸盐玻璃的实际用途：硼硅酸盐玻璃的实际用途：(1) 在氧化硼玻璃中引入轻元素氧化物在氧化硼玻璃中引入

14、轻元素氧化物(BeO、Li2O)可可使快中子减慢，若引入使快中子减慢，若引入CdO和其它稀土元素氧化物能和其它稀土元素氧化物能使中子吸收能力剧增。在核工业中有重要用途。使中子吸收能力剧增。在核工业中有重要用途。(2) 硼酐对于碱金属硼酐对于碱金属(Na、Cs)蒸汽稳定，所以含蒸汽稳定，所以含Na和和Cs的放电灯外壳用含的放电灯外壳用含2055wtB2O3的玻璃制造。的玻璃制造。放电灯内表面还可覆盖一层含放电灯内表面还可覆盖一层含87wt的的B2O3玻璃。玻璃。(3) 特种硼酸盐玻璃的另一特性是特种硼酸盐玻璃的另一特性是x射线透过率高，以射线透过率高，以B2O3为基础配方再加轻元素氧化物为基础配

15、方再加轻元素氧化物(BeO、Li2O、MgO、Al2O3)所制得的玻璃，是制造所制得的玻璃，是制造x射线管小窗的射线管小窗的最适宜材料。最适宜材料。(4) 硼酸盐玻璃电绝缘性能好，而且易熔，常作为玻璃硼酸盐玻璃电绝缘性能好，而且易熔，常作为玻璃焊剂或粘结剂。焊剂或粘结剂。(5)含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重要应用。含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重要应用。 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)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

16、光导纤维光导纤维瓶罐玻璃瓶罐玻璃4、玻璃的制备方法、玻璃的制备方法传统的熔体冷却法传统的熔体冷却法通过气相合成玻璃的气相沉积和电沉积法通过气相合成玻璃的气相沉积和电沉积法、真空蒸发法和溅射法；、真空蒸发法和溅射法；通过液相合成玻璃的超急冷却法和溶胶凝通过液相合成玻璃的超急冷却法和溶胶凝胶法胶法通过固相生成玻璃的方法，热分解法和中通过固相生成玻璃的方法，热分解法和中子照射法。子照射法。 热力学：冷却速度足够快，任何物质都有玻热力学：冷却速度足够快，任何物质都有玻璃体璃体 在低于熔点范围内保持足够长时间，均能使在低于熔点范围内保持足够长时间，均能使玻璃体析晶动力学：以多快速度使熔体冷却以玻璃体析晶

17、动力学：以多快速度使熔体冷却以避免产生晶体避免产生晶体（1形成玻璃的动力学条件形成玻璃的动力学条件 物质结晶由两个速度决定：物质结晶由两个速度决定： 晶核生成速率和晶体生长速率晶核生成速率和晶体生长速率 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，此时，晶核生长和晶体成长阻力均很大，熔体此时，晶核生长和晶体成长阻力均很大，熔体易形成玻璃而不析晶。易形成玻璃而不析晶。 析晶还与玻璃与过冷度，粘度，成核速率，析晶还与玻璃与过冷度，粘度，成核速率，生长速率均有关。生长速率均有关。 5、 玻璃的形成玻璃的形成 晶体混乱分布于熔体中，晶体的体积分数晶体混乱分布于熔体中

18、，晶体的体积分数Vs/V为为10-6时，即可探测。时，即可探测。Vs晶体体积，晶体体积，V熔体体积熔体体积Iv成核速率，成核速率，生长速率生长速率t时间时间 做三做三T图时间图时间-温度温度-熔点）熔点） 三三T图头部弯曲出现时的转折点对应析，出图头部弯曲出现时的转折点对应析，出晶体积分数晶体积分数10-6时最短间。时最短间。为避免形成给定结晶分数，所需冷却速度为避免形成给定结晶分数，所需冷却速度 凡熔体在溶点有高粘度，且随温度降低而剧烈凡熔体在溶点有高粘度，且随温度降低而剧烈上升，使析晶位垒升熔体易成玻璃反之易析晶。上升，使析晶位垒升熔体易成玻璃反之易析晶。 Tg/Tm转变温度与熔点之比亦为

19、判别转变温度与熔点之比亦为判别形成玻璃的标志，玻璃形成玻璃的标志，玻璃2/3。在。在Tg/Tm上方易上方易成玻璃氧化物在下方则难形成。成玻璃氧化物在下方则难形成。 二、非晶态玻璃的制备工艺二、非晶态玻璃的制备工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1、原料、原料主要原料：在一般玻璃中，主要成分有主要原料：在一般玻璃中，主要成分有SiO2、Al2O3、Na2O、CaO、MgO等五种等五种成分，为引入上述成分而使

20、用的原料称主成分，为引入上述成分而使用的原料称主要原料。要原料。辅助原料：为使玻璃获得某种必要的性质辅助原料：为使玻璃获得某种必要的性质，或为加速玻璃熔制过程而引入的原料通，或为加速玻璃熔制过程而引入的原料通称为辅助原料。称为辅助原料。碎玻璃碎玻璃（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），砂岩有害杂质是氧化铁）害杂质是氧化铁） 引入引入Al2O3的原料：长石，高岭土的原料：长石，高岭土 引入引入B2O3的原料的原料 引入引入P2O5的原料的原料常用硅砂常用硅砂纯净纯净硅砂

21、硅砂硅砂矿硅砂矿硅砂颗粒放大图硅砂颗粒放大图砂岩砂岩高岭土高岭土煅烧高岭土煅烧高岭土高岭土粉高岭土粉钠长石钠长石钙长石钙长石钾长石钾长石 引入碱金属氧化物引入碱金属氧化物 纯碱纯碱 （Na2CO398；NaCl1；Na2SO40.1；Fe2O30.1。）。） 芒硝芒硝(Na2SO4)：不仅可以代碱，而且又是：不仅可以代碱，而且又是常用的澄清剂，缺陷：热耗大、对耐火材常用的澄清剂，缺陷：热耗大、对耐火材料的侵蚀大、易产生芒硝泡。料的侵蚀大、易产生芒硝泡。天然芒硝天然芒硝无水芒硝无水芒硝纯碱 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

22、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（2辅助原料辅助原料澄清剂澄清剂氧化砷和氧化锑：与硝酸盐组合作用时，氧化砷和氧化锑：与硝酸盐组合作用时，它低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄它低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。清作用。 As2O3是极毒物质，目前已很少是极毒物质，目前已很少使用。使用。硫酸盐原料：主要有硫酸钠，它在高温时硫酸盐原料：主要有硫酸钠，它在高温时分解逸出气体而起澄清作用。分解逸出气体而起澄清作用。氟化物类原料：以降低玻璃液粘度而起澄氟化物类原料：以降低玻璃液粘度而起澄清作用。萤石，氟硅酸钠。清

23、作用。萤石，氟硅酸钠。着色剂着色剂离子着色剂：离子着色剂：锰化合物：氧化锰锰化合物：氧化锰(Mn2O3) 使玻璃着成紫色使玻璃着成紫色，若还原成，若还原成MnO则为无色。则为无色。钴化合物的原料：绿色粉末的氧化亚钴钴化合物的原料：绿色粉末的氧化亚钴(CoO)、深紫色的、深紫色的Co2O3和灰色的和灰色的Co3O4。铬化合物：热分解后的铬化合物：热分解后的Cr2O3使玻璃着成绿使玻璃着成绿色。色。 铜化合物的：热分解后的铜化合物的：热分解后的CuO使玻璃着成湖使玻璃着成湖蓝色。蓝色。 胶体着色剂胶体着色剂 金化合物的原料：主要是三氯化金金化合物的原料：主要是三氯化金(AuCl3)的溶液，为得到稳

24、定的红色玻璃的溶液，为得到稳定的红色玻璃，应在配合料中加入，应在配合料中加入SnO2。 银化合物的原料：硝酸银银化合物的原料：硝酸银(AgNO3)、氧化银氧化银(Ag2O)、碳酸银、碳酸银(Ag2CO3)。其中。其中以以AgNO3所得的颜色最为均匀，添加所得的颜色最为均匀，添加SnO2能改善玻璃的银黄着色。能改善玻璃的银黄着色。 铜化合物的原料有：铜化合物的原料有：Cu2O及及CuSO4，添加，添加SnO2能改善铜红着色。能改善铜红着色。铜红盘金红玻璃三氧化二铬硫酸铜化合物着色剂化合物着色剂 硒与硫化镉：常用原料有金属硒粉硒与硫化镉：常用原料有金属硒粉、硫化镉、硒化镉。、硫化镉、硒化镉。 单体

25、硒使玻璃着成肉红色；单体硒使玻璃着成肉红色；CdSe着着成红色；成红色；CdS使玻璃着成黄色；使玻璃着成黄色；Se与与CdS的不同比例可使玻璃着成由黄到红的系的不同比例可使玻璃着成由黄到红的系列颜色。列颜色。 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脱色剂脱色剂 减弱铁氧化物对玻璃着色的影响。减弱铁氧化物对玻璃着色的影响。按脱色机理可分为化学脱色剂和物理按脱色机理可分为化学脱色剂和物理脱色剂两类。脱色剂两类。 常用物理脱色剂有常用物理脱色剂有Se、MnO2、NiO、Co2O3等等 常用的化学脱色剂有常用的化学脱色剂有As2O3、Sb2O3、Na2S、硝酸盐等。、硝酸盐等。乳浊剂乳

26、浊剂使玻璃产生乳白不透明的原料称乳浊剂使玻璃产生乳白不透明的原料称乳浊剂。 最常用的原料有氟化物、磷酸盐等。最常用的原料有氟化物、磷酸盐等。助熔剂助熔剂2、配合料的制备、配合料的制备（1原料的选择原则原料的选择原则原料的质量应符合玻璃制品的技术要求，包原料的质量应符合玻璃制品的技术要求，包括化学成分稳定、含水量稳定、颗粒组成括化学成分稳定、含水量稳定、颗粒组成稳定、有害杂质少稳定、有害杂质少(主要指主要指Fe2O3)等。等。便于在日常生产中调整成分；便于在日常生产中调整成分；适于熔化与澄清，挥发与分解的气体无毒性适于熔化与澄清，挥发与分解的气体无毒性；对耐火材料的侵蚀要小；对耐火材料的侵蚀要小

27、；原料应易加工、矿藏量大、分布广、运输方原料应易加工、矿藏量大、分布广、运输方便、价格低等。便、价格低等。（2原料加工工艺流程原料加工工艺流程枯燥枯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，动颚靠近定颚，压碎物料，动颚远离定颚，则进料和动颚远离定颚，则进料和出料。出料。颚式破碎机颚式破碎机反击式破碎机反击式破碎机 物料在打击板与反物料在打击板与反击板之间反复受到击板之间反复受到打击、碰撞而破碎打击、碰撞而破碎对辊粉碎机对辊粉碎机 相对转动的主动辊和相对转动的主动辊和从动辊，将物料拽入从动辊，将物料拽入两辊之间，压碎物料。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

28、、物料经受锤头冲击、衬板碰撞，合格物衬板碰撞，合格物料从蓖条缝排除。料从蓖条缝排除。原料的筛分：控制物料粒度原料的筛分：控制物料粒度原料的除铁原料的除铁粉状原料的输送粉状原料的输送 适用于筛分砂岩、白云适用于筛分砂岩、白云石、长石、石灰石、纯石、长石、石灰石、纯碱、芒硝等粉料碱、芒硝等粉料六角筛六角筛机械振动筛机械振动筛主要用来筛分砂岩。主要用来筛分砂岩。平面摇筛平面摇筛用于硅砂筛分用于硅砂筛分（3配合料的制备配合料的制备质量要求质量要求 正确性、稳定性正确性、稳定性 均匀性均匀性 恰当的颗粒度与颗粒组成恰当的颗粒度与颗粒组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顺序：

29、常用顺序如加料顺序：常用顺序如 砂岩、硅砂砂岩、硅砂水水纯碱纯碱长石长石石灰石石灰石、白云石、白云石芒硝煤粉混合物芒硝煤粉混合物QH式混合机式混合机V型混合机型混合机双锥混合机双锥混合机常用混合机常用混合机 桨叶式混合机桨叶式混合机鼓形混合机鼓形混合机3、玻璃的熔制、玻璃的熔制物理过程物理过程 化学过程化学过程物理化学过程物理化学过程1.配合料加热配合料加热 1.固相反应固相反应 1.共熔体的生成共熔体的生成2.配合料脱水配合料脱水 2.各种盐类分解各种盐类分解 2.固态溶解、液固态溶解、液态态互溶互溶 3.各个组分熔化各个组分熔化3.水化物分解水化物分解 3.玻璃液、炉气、玻璃液、炉气、气泡

30、间相互作用气泡间相互作用 4.晶相转化晶相转化 4.结晶水分解结晶水分解 4.玻璃液与耐火玻璃液与耐火材材料间的作用料间的作用5.个别组分挥发个别组分挥发 5.硅酸盐形成与硅酸盐形成与相互作用相互作用 配合料加热时的各种过程配合料加热时的各种过程（1硅酸盐的形成硅酸盐的形成 作用：形成硅酸盐；作用：形成硅酸盐；产物：产物：SiO2和硅酸盐形成的不透明烧结物和硅酸盐形成的不透明烧结物 特点：温度特点：温度 900；速度；速度-快快（2玻璃的形成玻璃的形成机理机理 砂粒表面砂粒表面SiO2断键、溶解断键、溶解 溶解的溶解的SiO2向熔体扩散向熔体扩散 作用、特点：作用、特点： 生产含气泡、不均匀的

31、玻璃液；温度生产含气泡、不均匀的玻璃液；温度-1200； 速度速度-较快，在熔窑中几十分钟可以完成较快，在熔窑中几十分钟可以完成2829分）。分）。（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发、配合料料粒空隙、配合料水分分解与蒸发、挥发分的挥发、氧化物的氧化还原、耐火挥发分的挥发、氧化物的氧化还原、耐火材料的孔隙及被侵蚀分解、窑炉气体的孔材料的孔隙及被侵蚀分解、窑炉气体的孔隙及被侵蚀分解隙及被侵蚀分解澄清的两种方法澄清的两种方法 A、气泡长大、气泡长大 B、气泡变小、溶解、气泡变小、溶解 澄清过程澄清过程 气泡的形成和长大气泡的形成和长大 气体的转化与平衡气体的转化与平衡 液液

32、炉炉AAPP 液液炉炉AAPP 液液泡泡AAPP 液液泡泡AAPP 炉气中气体炉气中气体气泡中气泡中气体气体漂浮排出漂浮排出玻璃液中气体玻璃液中气体澄清的措施澄清的措施延长澄清时间延长澄清时间提高澄清温度提高澄清温度玻璃液沸腾搅拌、鼓泡玻璃液沸腾搅拌、鼓泡高压或真空冶炼高压或真空冶炼加澄清剂加澄清剂（4玻璃液的均化玻璃液的均化 产生不均质体的原因产生不均质体的原因 配合料的不均匀性配合料的不均匀性 耐火材料被侵蚀耐火材料被侵蚀 熔化制度不稳定熔化制度不稳定 玻璃液导热性差玻璃液导热性差 熔窑的加热和冷却熔窑的加热和冷却均化过程均化过程 不均质体扩散：从高浓度到低浓度不均质体扩散：从高浓度到低浓

33、度 玻璃液对流均化：纵向、横向、深向玻璃液对流均化：纵向、横向、深向 表面张力的作用表面张力的作用 （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目的：将玻璃液的粘度增高到成形制品所需的范围，的范围，104PaS左右，即玻璃成形温度左右，即玻璃成形温度范围范围要求要求 适合成型的温度、不破坏玻璃液的均匀性适合成型的温度、不破坏玻璃液的均匀性、不产生二次气泡、不产生二次气泡 冷却方法：自然、强迫冷却方法：自然、强迫（6玻璃熔窑玻璃熔窑把合格的配合料熔制成无气泡、条纹、析晶把合格的配合料熔制成无气泡、条纹、析晶的透明玻璃液，并使其冷却到所需的成型的透明玻璃液，并使其冷却到所需

34、的成型温度。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浮法生产用横焰窑工作原理图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配合料由投料口进入熔化部，由窑的一侧的小炉喷焰加热，火焰把热量传给配合料，熔化与澄清后的玻璃加热，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，

35、经流槽口进入锡槽。燃烧后的废气进液进入冷却部，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，入另一侧的小炉，经蓄热室、烟道、烟囱排出，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机械成形方法机械成形方法如何将玻璃液供给成形机是机械化成形的主如何将玻璃液供给成形机是机械化成形的主要问题。供料方法主要有：要问题。供料方法主要有：液流供料：利用池窑中玻璃本身的流动来进液流供

36、料：利用池窑中玻璃本身的流动来进行连续供料；行连续供料；真空吸料：在真空的作用下，将玻璃液化吸真空吸料：在真空的作用下，将玻璃液化吸出池窑进行供料的方法；出池窑进行供料的方法；滴料供料：使池窑中的玻璃液流出达到所要滴料供料：使池窑中的玻璃液流出达到所要求的成形温度，由供料机制成一定质量和求的成形温度，由供料机制成一定质量和形状的料滴，送入成形机的模型中。形状的料滴，送入成形机的模型中。成形方法：压制法、拉制法、吹制法、压延成形方法：压制法、拉制法、吹制法、压延法、浇铸法和烧结法。法、浇铸法和烧结法。吹制法：又分压吹法、吹吹法和转吹法。吹制法：又分压吹法、吹吹法和转吹法。压吹法的特点是先用压制的

37、方法制成制品的压吹法的特点是先用压制的方法制成制品的口部和雏形，然后再移入成形模中吹成制口部和雏形，然后再移入成形模中吹成制品。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.模底模底吹吹法：在带有口模的雏形模中制成口部吹吹法：在带有口模的雏形模中制成口部和吹成雏形，再将雏形移入成形模中吹成和吹成雏形，再将雏形移入成形模中吹成制品。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)吹制吹制真空吸料成真空吸料成形示意图

38、形示意图1.吸气头；吸气头；2.口模；口模；3.雏形模；雏形模；4.咸形模；咸形模；5.模底板；模底板；6.闷头；闷头；7.吹气头；吹气头；8.制品制品拉制法：拉制法主要用子生产玻璃管、棒拉制法：拉制法主要用子生产玻璃管、棒、平板玻璃等。、平板玻璃等。丹纳拉管法示意图丹纳拉管法示意图维罗拉管法示意图维罗拉管法示意图5、玻璃的退火、玻璃的退火在生产过程中，玻璃制品经受激烈的、不在生产过程中，玻璃制品经受激烈的、不均匀的温度变化，会产生热应力。均匀的温度变化，会产生热应力。这种热应力能降低玻璃制品的强度和热稳这种热应力能降低玻璃制品的强度和热稳定性。热成型的制品若不经退火令其自然定性。热成型的制品

39、若不经退火令其自然冷却，则在冷却、存放、运用、加工过程冷却，则在冷却、存放、运用、加工过程中会产生炸裂。中会产生炸裂。玻璃的应力：热应力、结构应力及机械应力。玻璃的应力：热应力、结构应力及机械应力。 热应力是由于玻璃中存在温差而产生的应力，热应力是由于玻璃中存在温差而产生的应力，按其产生的特点可分为暂时应力温度梯度按其产生的特点可分为暂时应力温度梯度和永久应力两类。和永久应力两类。 玻璃因化学组成不均导致结构上的不均而产生玻璃因化学组成不均导致结构上的不均而产生的应力称结构应力。它是属于永久应力，玻璃的应力称结构应力。它是属于永久应力，玻璃即使经退火也不能消除这种应力。即使经退火也不能消除这种

40、应力。由外力作用在玻璃上引由外力作用在玻璃上引 起的应力，当外力起的应力，当外力除去时该应力随之消失，此应力称机械应除去时该应力随之消失，此应力称机械应力。在生产过程中，若对玻璃制品施加过力。在生产过程中，若对玻璃制品施加过大的机械力也会使玻璃制品破裂。大的机械力也会使玻璃制品破裂。（1退火温度：退火温度：为了消除玻璃中的永久应力，必须把玻璃加为了消除玻璃中的永久应力，必须把玻璃加热到低于玻璃转变温度热到低于玻璃转变温度Tg附近某一温度进附近某一温度进行保温均热，以消除玻璃各部分的温度梯行保温均热，以消除玻璃各部分的温度梯度，使应力松弛，这个选定的保温均热温度，使应力松弛，这个选定的保温均热温度称玻璃的退火温度度称玻璃的退火温度 。 退火下限温度和退火上限温度：经过退火下限温度和退火上限温度：经过3min能消除能消除95的应力的保温温度为退火上限的应力的保温温度为退火上限温度；经温度；经3min只能消除只能消除5的应力的温度为的应力的温度为退火下限温度。退火下限温度。 退火温度范围：退火下限温度退火温度范围：退火下限温度退火上限温退火上限温度。度。 不同玻璃退火上限：不同玻璃退