实验八玻璃材料的制备与性能测试

材料科学与工程学院-abT时间abT时间若采用烧结法制造微晶玻璃，可以不加入晶核剂，而是利用颗粒表面的界面能低的特点，在其界面诱发β-硅灰石晶体，并由表及里地形成针状晶体，采用压延法制造微晶玻璃通常（a）阶梯式温度制度都加入晶核剂。（b）等温式温度制度二、玻璃式样的制备2.1玻璃的原料选择用于制备玻璃配合料的各种物质，统称玻璃原料。根据它们的用量和作用同，分为主要原料和辅助原料两类。主要原料，系指往玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如石英砂、石灰石、长石、纯碱、化合物等。按所引入的氧化物的性质，又分为酸性氧化物原料；碱性氧化性原料；碱土金属和二价金属氧化物原料；多价氧化物原料。按所引入的氧化物在玻璃结构中的作用，又分为玻璃形成氧化物原料；中间体氧化物原料；网络外体氧化物原料。辅助原料，是使玻璃获的一些必要的性质和加速熔制过程的原料。它们的用量少，但他们的作用大，根据作用的不同，分为澄清剂、脱色剂、着色剂、乳浊剂、氧化剂、还原剂、助熔剂等。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]结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。但使用量过高需用过高的熔制温度，而且可能导致析晶。引入SiO2的原料石英砂、硅沙、石英岩。在玻璃中用量较大，占配合料的60%-70%以上。石英砂石英砂又称为硅沙，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）单系统流程：各种原料共同使用一个破碎、粉碎、筛分系统。（2）.多系统流程；每种原料各自使用一个破碎、粉碎、筛分系统。（3）.混合系统流程：砂岩、长石等用量大的多采用多系统流程，用量少的原料多采用单系统流程石英砂→分精筛→干燥→电磁除铁→粉料仓

砂岩精筛→破碎→轮辗→干燥→筛分→除铁→粉料仓

白云石→干燥→破碎→粉碎→筛分→除铁→粉料仓

石灰石→干燥→破碎→粉碎→筛分→除铁→粉料仓

纯碱→粉碎→筛分→粉料仓

芒硝→干燥→粉碎→筛分→粉料仓

碎玻璃→精选→[破碎→除铁]

2.2.2原料的干燥：

目的：便于储存和配料。方法；自然干燥，强制干燥

2.2.3原料的粉碎：

石灰石.白云石.长石：式+锤式（反击式）

砂岩.石英石：颚式+辊式（反击式）

纯碱.芒硝.碎玻璃：锤式（笼型碾）

2.2.4原料的筛分：

目的：将杂质和大颗粒分离出去，使物料具有适宜的颗粒组成，以保证配合料混合均匀和避免分层。

设备：方格筛

筒型筛

摇动筛

振动筛

2.2.5原料除铁：

铁的来源：加工过程中机械设备的磨损和金属铁件的混入+原料中带入危害；使玻璃着色成黄绿色，降低了玻璃的透明度，影响产品质量。

除铁方法：物理除铁法（电磁除铁）、化学除铁法2.3配合料的制备2.3.1配合料的质量要求：

a.具有正确性和稳定性

b.具有一定的颗粒组成

c.具有一定的水分5%

d.具有一定气孔率、

e.必须混合均匀

2.3.2配合料的工艺流程：

石英粉→料仓→称量

长石粉→料仓→称量

混合→输送混合→炉头料仓白云石→料仓→称量

纯碱+芒硝→料仓→称量

碎玻璃→料仓→称量

2.3.3配合料称量：

要求：快速

准确

方法：分别称量、累计称量

机械设备：台秤、标尺式自动秤、电子皮带秤2.3.4配合料的混合：

a.混合的目的b加料顺序、两种

c.混合时间.2-8min

2.4玻璃的熔制玻璃的熔制过程是一个复杂的过程，它包括一系列的物理、化学及物理化学现象和反应，其综合结果是使各种原料的混合物形成透明的玻璃液。从加热配合料直到熔成玻璃液，常可根据熔制过程中的不同变化而分为五个阶段：硅酸盐形成阶段；玻璃形成阶段；玻璃液的澄清阶段；玻璃液的均化阶段；玻璃液的冷却阶段。玻璃熔制的五个阶段互不相同，但又彼此关联，在实际熔制过程中并不严格按上述顺序进行。2.5玻璃的热处理热处理是使微晶玻璃产生预定结晶相和玻璃相的关键工序。组成确定后，微晶玻璃的结构与性能主要取决于热处理制度（热处理温度与保温时间）。在热处理过程中，玻璃中可能产生分相、晶核形成、晶体生长及二次结晶形成等现象。对于不同种类的微晶玻璃，上述各过程进行的方式也不同。一般可把热处理过程分为两个阶段：第一阶段是玻璃结构的微调及晶核形成，第二阶段为晶体生长。三、玻璃性能的测试以下是对微晶玻璃，大理石，花岗岩和普通玻璃性能对比的数据玻璃的性能测定及部分其他材料的性能参数：3.1实验数据的记录与处理微晶玻璃板大理石花岗岩普通玻璃（测试）密度（g/cm3）2.72.72.72.504抗压强度（MPa）341.361-100100-220—抗折强度（MPa）41.56.7-209.0-24—硬度（kg/mm）53015070-720480吸水率（%）00.300.35约等于0扩散反射率（%）895966—耐酸性（%）0.0810.21.020.58耐碱性（%）0.050.300.122.58（1h）29.77（2h）1、密度次数质量（g）体积V1（ml）体积V2（ml）11.9412.883.6721.3493.674.2331.1684.234.71硬度次数半对角线长度1（mm）半对角线长度2（mm）12.3652.71622.3822.7213、吸水率质量（g）纸+玻璃4.226湿滤纸2.126玻璃2.098耐酸性开始时玻璃质量1.385g腐蚀后剩余的质量1.109g耐碱性时间开始时玻璃质量腐蚀后剩余的质量1h2.025g2.006g2h2.023g2.004g四、玻璃的三种配方（一）薄壁轻量瓶是包装容器发展的趋向之一，早在1930年，美国即开始研究包装瓶的轻量化，我国于70年代曾由原大连玻璃制品厂和大连轻工业学院及有关单位共同进行研制，制配出如下的配方：石英砂:68.07kg纯碱:14.93kg方解石:2.80kg白云石:5.45kg红丹:0.45kg硼砂:1.34kg硝酸钠:4.03kg硝酸钾：1.79kg氧化锌：0.67kg氧化钴：0.00009kg硒粉：0.026kg亚砷酸：0.45kg共计：100.01kg用此配方制作出的薄壁轻量玻璃包装容器，可比原生产的罐头瓶减重30%左右；性能又符合当时轻工业部部颁罐头瓶标准要求，总的特点是透明度好，热稳定性及强度高，工艺性能也符合要求。投产后可根据成型机的机速情况，进一步调整，加入1%左右的Al2O3，适当提高它的CaO量，并可降低Na2O用量。是为罐头瓶生产厂家应考虑运作的一个配方（二）啤酒瓶使用时的安全性已成为近年来十分突出的问题。为此有的单位提出用高铝配方的意见。现将其配方介绍如下供作参考。石英砂52.85kg纯碱14.74kg长石16.29kg石灰石6.31kg白云石7.02kg铬矿粉1.88kg重晶石0.91kg总计100.00kg以Al2O3部分替代SiO2，玻璃的硬度、密度、弹性和粘度增大，热膨胀系数减小。除粘度增大一项外，其它变化都以提高玻璃性能为目的。也就是通过提高玻璃中的Al2O3含量增加啤酒瓶强度是可能的。能保持Al2O3与SiO2含量一般为74%左右，为使料性长短适当，对MgO和CaO的取值是很关键的。这一关若能把住，啤酒瓶高铝配方是值得推广应用的(三)罐头瓶玻璃配方：石英砂73.63kg纯碱18.80kg方解石3.54kg萤石1.33kg硝酸钠2.65kg氧化锑0.06kg总计100.01kg五、微晶玻璃的应用利用微晶玻璃耐高温、抗热震、热膨胀性可调等力学和热学性能，制造出各种满足机械力学要求的材料。据B.Porher,Amucha报道，用PVD法把Al2O3—SiO2系微晶玻璃涂层蒸镀到汽车金属轴承上，可提高轴承的耐磨性、表面光滑性和散热性。利用云母的可切削性和定向取向性制备出高强和可切削加工的微晶玻璃。作为机械力学材料的微晶玻璃广泛应用于活塞、旋转叶片、吹具的制造上，同时也用在飞机、火箭、人造地球卫星的结构材料上。5.1建筑材料上的应用建筑微晶玻璃作为新型绿色装饰材料，在世界上成为最具有发展前景的建筑装饰材料。广泛应用于大型建筑和知名重点工程，其装饰效果和理化性能均优于玻璃、瓷砖、花岗石和大理石板材；莫氏硬度615～710，抗弯强度50～60MPa，抗压强度>500MPa，体积密度2165～2170，吸水率0，耐酸耐碱性、抗冻性耐污染性能优异，无放射性污染，镜面效果良好。微晶玻璃具有高的强度，封闭气孔，低的吸水性和热导性，质轻可作为结构材料、热绝缘材料。5.2其它材料上的应用泡沫微晶玻璃作为结构材料、热绝缘材料和纤维复合增韧微晶玻璃都得到了广泛研究和应用。核工业方面，微晶玻璃被用于制造原子反应堆控制棒上的材料、反应堆密封剂、核废料存储材料等方面。另外，1977年Scharch.KE和Ash2bee.KHG发现云母微晶玻璃有记忆效果，开辟了微晶玻璃在记忆材料领域的应用。参考文献[1]吕淑珍.炉渣在微晶玻璃中的应用，中国陶瓷.1999,35(4);24～