玻璃工藝學(xué)玻璃原材料及廢玻璃利用

1、結(jié)束結(jié)束玻璃的通性玻璃的通性一、各一、各 向向 同同 性性二、二、 介穩(wěn)性介穩(wěn)性四、四、 由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、 化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性三、三、 由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的過程是可逆和漸變的由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的過程是可逆和漸變的一、各向同性一、各向同性均質(zhì)玻璃其各方向的性質(zhì)如折射率、硬度、均質(zhì)玻璃其各方向的性質(zhì)如折射率、硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等都相同。彈性模量、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等都相同。玻璃的各向同性是其內(nèi)部質(zhì)點無序排列而玻璃的各向同性是其內(nèi)部質(zhì)點無序排列而呈現(xiàn)呈現(xiàn)統(tǒng)計均質(zhì)統(tǒng)計均質(zhì) 結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)。結(jié)構(gòu)的外在表

2、現(xiàn)。二、二、 介穩(wěn)性介穩(wěn)性熔體冷卻成玻璃體時并沒有處于能量最低熔體冷卻成玻璃體時并沒有處于能量最低的狀態(tài)，仍然有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的可能的狀態(tài)，仍然有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的可能熱力學(xué)熱力學(xué)介穩(wěn)狀態(tài)介穩(wěn)狀態(tài)，有析晶的趨勢，有析晶的趨勢動力學(xué)動力學(xué)高粘度，析晶不可能，長期保高粘度，析晶不可能，長期保 留高溫時的結(jié)構(gòu)而不變化。又留高溫時的結(jié)構(gòu)而不變化。又 是非常穩(wěn)定的是非常穩(wěn)定的由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的過程是可逆的與由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的過程是可逆的與漸變的，這與熔體的結(jié)晶過程有明顯區(qū)別。漸變的，這與熔體的結(jié)晶過程有明顯區(qū)別。三、三、 凝固的漸變性和可逆性凝固的漸變性和可逆性tgtm dcbakfmevq 過冷

3、液體過冷液體晶體晶體玻璃態(tài)玻璃態(tài)液體液體快冷快冷慢冷慢冷1）對晶體，內(nèi)能和體積曲線均不連續(xù)）對晶體，內(nèi)能和體積曲線均不連續(xù) 對玻璃，內(nèi)能和體積曲線是連續(xù)對玻璃，內(nèi)能和體積曲線是連續(xù)2）幾個重要溫度）幾個重要溫度tm (熔點熔點)：當(dāng)熔體向固體轉(zhuǎn)變時，若是析晶過程，當(dāng)溫度下降至tm時，由于出現(xiàn)新相，同時伴隨體積、內(nèi)能的突然下降與黏度的劇烈上升。 tm即為熔點。 tg（玻璃形成溫度，或稱脆性溫度）：（玻璃形成溫度，或稱脆性溫度）： 是玻璃出現(xiàn)脆性的最高溫度.在這個溫度下可以消除玻璃制品因不均勻冷卻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，也稱為退火溫度上限。 三、三、 凝固的漸變性和可逆性凝固的漸變性和可逆性tgtm dc

4、bakfmevq 過冷液體過冷液體晶體晶體玻璃態(tài)玻璃態(tài)液體液體快冷快冷慢冷慢冷tg 冷卻速率會影響冷卻速率會影響tg大小，快冷時大小，快冷時tg較慢冷時較慢冷時高，高，k點在點在f點前。點前。fulda測出測出nacasi玻玻璃：璃： (a) 加熱速度加熱速度(/min) 0.5 1 5 9 tg() 468 479 493 499 (b) 加熱時與冷卻時測定的加熱時與冷卻時測定的tg溫度應(yīng)一致。溫度應(yīng)一致。 實際測定表明玻璃化轉(zhuǎn)變并不是在一個確定的實際測定表明玻璃化轉(zhuǎn)變并不是在一個確定的tg點上，而是有一個轉(zhuǎn)變溫度范圍，幾十到幾點上，而是有一個轉(zhuǎn)變溫度范圍，幾十到幾百度之間。百度之間。 結(jié)論

5、：玻璃沒有固定熔點，玻璃加熱變?yōu)槿劢Y(jié)論：玻璃沒有固定熔點，玻璃加熱變?yōu)槿垠w過程也是漸變的、可逆的體過程也是漸變的、可逆的。3）冷卻速率與熔融溫度范圍）冷卻速率與熔融溫度范圍 玻璃轉(zhuǎn)變溫度玻璃轉(zhuǎn)變溫度tg是區(qū)分玻璃與其它非晶態(tài)固體的重要特是區(qū)分玻璃與其它非晶態(tài)固體的重要特征。征。 傳統(tǒng)玻璃：傳統(tǒng)玻璃：tmtg 傳統(tǒng)傳統(tǒng) 玻璃熔體與玻璃體的轉(zhuǎn)變是可逆玻璃熔體與玻璃體的轉(zhuǎn)變是可逆的，的， 漸變的。漸變的。 無定形物質(zhì)無定形物質(zhì)：tmtg 二者的轉(zhuǎn)變不可逆。用氣相沉積等方二者的轉(zhuǎn)變不可逆。用氣相沉積等方法法 制得的制得的si、ge、bi等無定形薄膜在加熱到等無定形薄膜在加熱到tg之前就會產(chǎn)生之前就會產(chǎn)

6、生析晶相變，宏觀特性上也有一定差別。析晶相變，宏觀特性上也有一定差別。三、三、 凝固的漸變性和可逆性凝固的漸變性和可逆性 第一類性質(zhì)：玻璃的電導(dǎo)、比容等第一類性質(zhì)：玻璃的電導(dǎo)、比容等 第二類性質(zhì)：玻璃的熱容、膨脹系數(shù)、折射率等第二類性質(zhì)：玻璃的熱容、膨脹系數(shù)、折射率等 四、四、 由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性性質(zhì)溫度溫度tgtftf ：軟化溫度軟化溫度。它是玻璃開始出現(xiàn)液體。它是玻璃開始出現(xiàn)液體狀態(tài)典型性質(zhì)的溫度。狀態(tài)典型性質(zhì)的溫度。四、四、 由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性由熔融態(tài)向玻璃

7、態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性性性質(zhì)質(zhì)溫度溫度tgtf1) 性質(zhì)溫度曲線:a) tg以下的低溫段和tf以上的高溫段其變化幾乎成直線關(guān)系。b) tg以下為固體狀態(tài)， tf以上為熔體狀態(tài)，它們隨溫度的變化分別按照固體和熔體的變化規(guī)律。c) 在tg和tf溫度范圍內(nèi)是固態(tài)玻璃向玻璃熔體轉(zhuǎn)變的區(qū)域，由于結(jié)構(gòu)隨溫度急速的變化，因而性質(zhì)隨之突變。四、四、 由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性性性質(zhì)質(zhì)溫度溫度tgtf2） 冷卻速度不同，熔體達到tg和tf溫度的時間不同，因此原子調(diào)整自己位置的機會不同，玻璃的結(jié)構(gòu)不同。 玻璃

8、的性質(zhì)與玻璃的結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的。所以在研究玻璃的性質(zhì)時，除玻璃的成分外，還要注意玻璃的熱歷史。2.1原料學(xué)習(xí)要點學(xué)習(xí)要點l主要原料和輔助原料所引入的組主要原料和輔助原料所引入的組成，組成對玻璃結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生成，組成對玻璃結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生產(chǎn)工藝的影響。原料的選用、質(zhì)產(chǎn)工藝的影響。原料的選用、質(zhì)量控制量控制l碎玻璃的應(yīng)用碎玻璃的應(yīng)用結(jié)束結(jié)束2.1.1原料的定義和分類原料的定義和分類2.1.1.1原料的定義原料的定義玻璃原料：玻璃原料：用于制備玻璃配合料的各種物質(zhì)。用于制備玻璃配合料的各種物質(zhì)。2.1.1.2原料的分類原料的分類結(jié)束結(jié)束1）玻璃原料）玻璃原料主要原料主要原料給玻璃引入各種組成的原料給玻

9、璃引入各種組成的原料輔助原料輔助原料使玻璃獲得某些必要的性質(zhì)使玻璃獲得某些必要的性質(zhì)和加速熔制過程的原料和加速熔制過程的原料2）主要原料的類別）主要原料的類別引入酸性氧化物的原料：引入酸性氧化物的原料：引入引入sio2、b2o3、 al2o3 、 p2o5原料原料引入堿金屬氧化物的原料：引入堿金屬氧化物的原料：引入引入na2o、 k2o、li2o原料原料引入堿土金屬氧化物和二價金屬氧化物的原料：引入堿土金屬氧化物和二價金屬氧化物的原料：引入引入cao、 mgo、bao、pbo原料原料引入多價金屬氧化物的原料：引入多價金屬氧化物的原料：引入引入tio2（四價（四價金屬氧化物）的原料金屬氧化物）的

10、原料結(jié)束結(jié)束3）輔助原料的類別）輔助原料的類別結(jié)束結(jié)束澄清劑、乳濁劑、助熔劑、著色劑、脫色劑、澄清劑、乳濁劑、助熔劑、著色劑、脫色劑、氧化劑、還原劑氧化劑、還原劑2.1.2原料的選用原則結(jié)束結(jié)束原料的選用原則原料的選用原則:選用符合質(zhì)量要求且穩(wěn)定的原料選用符合質(zhì)量要求且穩(wěn)定的原料選用易于加工、成本低和能大量選用易于加工、成本低和能大量供應(yīng)的原料供應(yīng)的原料少用對人體和環(huán)境有害的原料少用對人體和環(huán)境有害的原料使用對耐火材料侵蝕小的原料使用對耐火材料侵蝕小的原料2.1.3主要原料1引入sio2、b2o3、 al2o3 、 p2o5原料引入引入sio2原料原料:石英砂、砂巖、石英巖和石英石英砂、砂巖、

11、石英巖和石英（在日用玻璃中的用量約占配合料重量的（在日用玻璃中的用量約占配合料重量的60%70%）結(jié)束結(jié)束引入引入b2o3原料原料:硼酸、硼砂和含硼礦物（硼鎂石、鈉硼硼酸、硼砂和含硼礦物（硼鎂石、鈉硼解石、硅鈣硼石）解石、硅鈣硼石）引入引入al2o3原料原料:長石、粘土、蠟石、氧化鋁、氫氧化鋁、長石、粘土、蠟石、氧化鋁、氫氧化鋁、含含al2o3礦渣和廢料、含長石的尾礦礦渣和廢料、含長石的尾礦引入引入p2o5原料原料:磷酸鋁、磷酸鈉、磷酸二氫銨、磷酸鈣磷酸鋁、磷酸鈉、磷酸二氫銨、磷酸鈣和骨灰等和骨灰等2引入na2o、 k2o、li2o原料引入引入na2o原料：純堿和芒硝原料：純堿和芒硝結(jié)束結(jié)束引

12、入引入k2o原料：鉀堿（原料：鉀堿（k2co3）和硝酸鉀）和硝酸鉀引入引入li2o原料：碳酸鋰（原料：碳酸鋰（li2co3）和天然含鋰）和天然含鋰礦物礦物鋰云母鋰云母（ li2o6%）、鋰輝石、鋰輝石（ li2o8%）透鋰長石透鋰長石（ li2o710%）等等3引入二價和多價金屬氧化物的原料引入引入cao原料原料：方解石、石灰石、沉淀碳酸鈣和白：方解石、石灰石、沉淀碳酸鈣和白堊等堊等結(jié)束結(jié)束引入引入 mgo原料原料：白云石、菱鎂礦等：白云石、菱鎂礦等引入引入bao原料：硫酸鋇、碳酸鋇、硝酸鋇和氫氧原料：硫酸鋇、碳酸鋇、硝酸鋇和氫氧化鋇化鋇引入引入pbo原料原料：鉛丹、密陀僧和硅酸鉛：鉛丹、密陀

13、僧和硅酸鉛引入引入tio2（四價金屬氧化物）（四價金屬氧化物）的原料是由的原料是由鈦鐵礦和金紅石制取的二氧化鈦鈦鐵礦和金紅石制取的二氧化鈦2.1.4輔助原料1）澄清劑：）澄清劑：在玻璃配合料或玻璃熔體中，在玻璃配合料或玻璃熔體中，加入一種高溫時自身能氣化或分解放出氣加入一種高溫時自身能氣化或分解放出氣體，一促進排除玻璃中氣泡的物質(zhì)。體，一促進排除玻璃中氣泡的物質(zhì)。2）乳濁劑：）乳濁劑：使玻璃產(chǎn)生不透明的乳白色的使玻璃產(chǎn)生不透明的乳白色的物質(zhì)。物質(zhì)。3）助熔劑：）助熔劑：能促使玻璃熔制過程加速的原能促使玻璃熔制過程加速的原料。料。結(jié)束結(jié)束2.1.4輔助原料結(jié)束結(jié)束l4）著色劑：）著色劑：使玻璃顯

14、色而加入的物質(zhì)使玻璃顯色而加入的物質(zhì)l5）脫色劑：）脫色劑：消除影響玻璃質(zhì)量的著色而加入消除影響玻璃質(zhì)量的著色而加入的物質(zhì)的物質(zhì)l6）氧化劑：）氧化劑：在玻璃的熔制過程中，能放出氧在玻璃的熔制過程中，能放出氧形成氧化氣氛的原料形成氧化氣氛的原料l7）還原劑：）還原劑：在玻璃的熔制過程中，能奪取氧在玻璃的熔制過程中，能奪取氧形成還原氣氛的原料形成還原氣氛的原料2.1.5碎玻璃碎玻璃結(jié)束結(jié)束使用碎玻璃的好處：減低玻璃的生產(chǎn)成本、使用碎玻璃的好處：減低玻璃的生產(chǎn)成本、增加產(chǎn)量和降低環(huán)境污染增加產(chǎn)量和降低環(huán)境污染原因：原因：一是使用碎玻璃可以實現(xiàn)廢物利用和一是使用碎玻璃可以實現(xiàn)廢物利用和回收，二是合理使用碎玻璃可以加速玻璃回收，二是合理使用碎玻璃可以加速玻璃的熔制過程，降低玻璃熔制熱量消耗。的熔制過程，降低玻璃熔制熱量消耗。2.1.5碎玻璃碎玻璃結(jié)束結(jié)束碎玻璃的來源碎玻璃的來源:生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的次品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的次品和破碎的玻璃、社會上回收的玻璃制品和破碎的玻璃、社會上回收的玻璃制品以及將玻璃液在水中驟冷得到的玻璃碎以及將玻璃液在水中驟冷得到的玻璃碎塊。塊。碎玻璃使用注意