玻璃工艺学玻璃原材料及废玻璃利用

玻璃工艺学玻璃原材料及废玻璃利用第1页，共23页，2023年，2月20日，星期一玻璃的通性一、各向同性二、介稳性四、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性三、由熔融态向玻璃态转化的过程是可逆和渐变的第2页，共23页，2023年，2月20日，星期一一、各向同性均质玻璃其各方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都相同。玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质

结构的外在表现。第3页，共23页，2023年，2月20日，星期一二、介稳性熔体冷却成玻璃体时并没有处于能量最低的状态，仍然有自发转变为晶体的可能热力学——介稳状态，有析晶的趋势动力学——高粘度，析晶不可能，长期保

留高温时的结构而不变化。又是非常稳定的第4页，共23页，2023年，2月20日，星期一由熔融态向玻璃态转变的过程是可逆的与渐变的，这与熔体的结晶过程有明显区别。三、凝固的渐变性和可逆性TgTM

DCBAKFMEVQ

过冷液体晶体玻璃态液体快冷慢冷1）对晶体，内能和体积曲线均不连续对玻璃，内能和体积曲线是连续2）几个重要温度

TM(熔点)：

当熔体向固体转变时，若是析晶过程，当温度下降至TM时，由于出现新相，同时伴随体积、内能的突然下降与黏度的剧烈上升。TM即为熔点。Tg（玻璃形成温度，或称脆性温度）：

是玻璃出现脆性的最高温度.在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力，也称为退火温度上限。

第5页，共23页，2023年，2月20日，星期一三、凝固的渐变性和可逆性TgTM

DCBAKFMEVQ

过冷液体晶体玻璃态液体快冷慢冷

冷却速率会影响Tg大小，快冷时Tg较慢冷时高，K点在F点前。Fulda测出Na－Ca－Si玻璃：

(a)

加热速度(℃/min)0.5159Tg(℃)468479493499(b)

加热时与冷却时测定的Tg温度应一致。实际测定表明玻璃化转变并不是在一个确定的Tg点上，而是有一个转变温度范围，几十到几百度之间。结论：玻璃没有固定熔点，玻璃加热变为熔体过程也是渐变的、可逆的。3）冷却速率与熔融温度范围第6页，共23页，2023年，2月20日，星期一

★玻璃转变温度Tg是区分玻璃与其它非晶态固体的重要特征。

★传统玻璃：TM>Tg传统

玻璃熔体与玻璃体的转变是可逆的，渐变的。

★无定形物质：TM<Tg二者的转变不可逆。用气相沉积等方法制得的Si、Ge、Bi等无定形薄膜在加热到Tg之前就会产生析晶相变，宏观特性上也有一定差别。三、凝固的渐变性和可逆性第7页，共23页，2023年，2月20日，星期一

第一类性质：玻璃的电导、比容等第二类性质：玻璃的热容、膨胀系数、折射率等

第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等四、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性性质温度TgTfTf

：软化温度。它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。第8页，共23页，2023年，2月20日，星期一四、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性性质温度TgTf1)性质—温度曲线:

a)Tg以下的低温段和Tf以上的高温段其变化几乎成直线关系。

b)Tg以下为固体状态，Tf以上为熔体状态，它们随温度的变化分别按照固体和熔体的变化规律。

c)在Tg和Tf温度范围内是固态玻璃向玻璃熔体转变的区域，由于结构随温度急速的变化，因而性质随之突变。

第9页，共23页，2023年，2月20日，星期一四、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性性质温度TgTf2）冷却速度不同，熔体达到Tg和Tf温度的时间不同，因此原子调整自己位置的机会不同，玻璃的结构不同。

玻璃的性质与玻璃的结构是密切相关的。所以在研究玻璃的性质时，除玻璃的成分外，还要注意玻璃的热历史。第10页，共23页，2023年，2月20日，星期一2.1原料学习要点主要原料和辅助原料所引入的组成，组成对玻璃结构、性质，生产工艺的影响。原料的选用、质量控制碎玻璃的应用结束第11页，共23页，2023年，2月20日，星期一2.1.1原料的定义和分类2.1.1.1原料的定义玻璃原料：用于制备玻璃配合料的各种物质。2.1.1.2原料的分类结束1）玻璃原料主要原料给玻璃引入各种组成的原料辅助原料使玻璃获得某些必要的性质和加速熔制过程的原料第12页，共23页，2023年，2月20日，星期一2）主要原料的类别引入酸性氧化物的原料：引入SiO2、B2O3、Al2O3、P2O5原料引入碱金属氧化物的原料：引入Na2O、K2O、Li2O原料引入碱土金属氧化物和二价金属氧化物的原料：引入CaO、MgO、BaO、PbO原料引入多价金属氧化物的原料：引入TiO2（四价金属氧化物）的原料结束第13页，共23页，2023年，2月20日，星期一3）辅助原料的类别结束澄清剂、乳浊剂、助熔剂、着色剂、脱色剂、氧化剂、还原剂第14页，共23页，2023年，2月20日，星期一2.1.2原料的选用原则结束原料的选用原则:选用符合质量要求且稳定的原料选用易于加工、成本低和能大量供应的原料少用对人体和环境有害的原料使用对耐火材料侵蚀小的原料第15页，共23页，2023年，2月20日，星期一2.1.3主要原料

1引入SiO2、B2O3、Al2O3、P2O5原料引入SiO2原料:石英砂、砂岩、石英岩和石英（在日用玻璃中的用量约占配合料重量的60%~70%）结束引入B2O3原料:硼酸、硼砂和含硼矿物（硼镁石、钠硼解石、硅钙硼石）引入Al2O3原料:长石、粘土、蜡石、氧化铝、氢氧化铝、含Al2O3矿渣和废料、含长石的尾矿引入P2O5原料:磷酸铝、磷酸钠、磷酸二氢铵、磷酸钙和骨灰等第16页，共23页，2023年，2月20日，星期一2引入Na2O、K2O、Li2O原料引入Na2O原料：纯碱和芒硝结束引入K2O原料：钾碱（K2CO3）和硝酸钾引入Li2O原料：碳酸锂（Li2CO3）和天然含锂矿物[锂云母（Li2O6%）、锂辉石（Li2O8%）透锂长石（Li2O7~10%）等]第17页，共23页，2023年，2月20日，星期一3引入二价和多价金属氧化物的原料引入CaO原料：方解石、石灰石、沉淀碳酸钙和白垩等结束引入MgO原料：白云石、菱镁矿等引入BaO原料：硫酸钡、碳酸钡、硝酸钡和氢氧化钡引入PbO原料：铅丹、密陀僧和硅酸铅引入TiO2（四价金属氧化物）的原料是由钛铁矿和金红石制取的二氧化钛第18页，共23页，2023年，2月20日，星期一2.1.4辅助原料1）澄清剂：在玻璃配合料或玻璃熔体中，加入一种高温时自身能气化或分解放出气体，一促进排除玻璃中气泡的物质。2）乳浊剂：使玻璃产生不透明的乳白色的物质。3）助熔剂：能促使玻璃熔制过程加速的原料。结束第19页，共23页，2023年，2月20日，星期一2.1.4辅助原料结束4）着色剂：使玻璃显色而加入的物质5）脱色剂：消除影响玻璃质量的着色而加入的物质6）氧化剂：在玻璃的熔制过程中，能放出氧形成氧化气氛的原料7）还原剂：在玻璃的熔制过程中，能夺取氧形成还原气氛的原料第20页，共23页，2023年，2月20日，星期一2.1.5碎玻璃结束使用碎玻璃的好处：减低玻璃的生产成本、增加产量和降低环境污染原因：一是使用碎玻璃可以实现废物利用和回收，二是合理使用碎玻璃可以加速玻璃的熔制过程，降低玻璃熔制热量消耗。第21页，共23页，2023年，2月20日，星期一2.1.5碎玻璃结束碎玻璃的来源:生产过程中产生的次品和破碎的玻璃、社会上回收的玻璃制品