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第3章玻璃配合料的制备一、玻璃成分的设计和确定(一)玻璃成分设计原则:1、根据组成、结构和性质的关系,要求设计的玻璃满足预定性能要求;2、设计的组成能形成玻璃而析晶倾向小;3、设计的玻璃必须符合熔制、成形等工艺要求;4、按设计生产的玻璃价格低、原料易得。具体地首先:根据玻璃制品的物理-化学性能和工艺性能,选择合适的氧化物系统,确定3-4种总量达90%左右的主要氧化物含量。这里,在利用相图或玻璃形成区图选择组成点时,应当使组成点接近低共熔点或相界线,远离析晶区,以降低玻璃的析晶倾向。1玻璃工艺学
此外还加入一些赋予玻璃必要性质而不使玻璃主要性质变差的氧化物,使其组成氧化物在5-6种以上。这里须结合各种氧化物的作用,以及双碱效应、硼反常、铝反常等知识。最后,还应当考虑加入适当的辅助原料如澄清剂、助熔剂等。(二)玻璃成成分的设计和确定的过程1、提出设计玻璃的性能要求:根据玻璃制品使用要求,列出以下主要性能要求:膨胀系数、软化点、热稳性、化稳性、机械强度、电学性质、光学性质等以及如熔制温度、成形温度、退火温度等工艺性能。有关的一些参数可以参照国家标准,同类产品性能要求。明确主要性能指标2玻璃工艺学
2、拟定玻璃的组成一般有两类情况:(1)对于玻璃新成分的确定有关相图选择玻璃组成点,拟定玻璃组成;玻璃形成区图(2)对于已有成分作局部调整首先:根据性能要求,参考已有成分,结合生产条件,调整玻璃中各氧化物的比例,拟定出原始组成;然后按照有关性质计算公式算出主要性质,并与预期要求对照,不符和要求时,反复调整组成,直至达到要求,最终拟定玻璃的组成。3玻璃工艺学
3、实验、测试、确定组成组成配料实验性能测试未达到要求达到要求调整中试熔制参数组成确定,投产4玻璃工艺学
(三)玻璃新成分的确定方法举例1、根据相图确定玻璃成分设计一种化学仪器玻璃,要求热膨胀系数低于38*10-7/℃SiO2现采用CaO-AlO-SiO232系统由图可知,红点与黄点平衡温度分别为1345℃和1170℃,都处于低共熔点,不易析晶。后者更易熔化,添加其它成分后,一般所须温度会高出低共熔点300-400℃,工业窑炉可以达到次温度。故可选此组成点。CaOAlO235玻璃工艺学
该点组成(%):CaO:23.3AlO14.7SiO:62.023:2另外,为了符合仪器玻璃的要求,加入一定量的其它氧化物。因为要求的膨胀系数较小,所以加入的氧化物必须有利于降低热膨胀系数,为此加入半径小、电荷高的阳离子(如Li、Mg2+、Z+n2+、B3+、Zr4+等)。最终经过性质计算,确定设计玻璃组成如下:AlO氧化物SiO2CaOMgOZnOLiOBOZrO2223235.01.53.60.6重量%62.014.77.65.06玻璃工艺学
2、根据玻璃形成区图确定玻璃成分PO设计一种色散低、折射率为1.548的磷酸盐玻璃。图中黄色部分为玻璃生成区25其次,应注意:I、满足光学性能要求;II、磷酸盐玻璃中P2O5的量不可过高,以免挥发过多不易控制光学性质;III、具有足够化学稳定性,析晶倾向小;AlOBaO23根据以上特点,选择图中红点处为玻璃组成点(%):PO61.2AlO:3.8BaO:35.025:237玻璃工艺学
为进一步减少PO的挥发,提高化稳性,降低析晶倾向和调整25光学常数,以BO代替PO,以CaO和ZnO代替BaO,通过实验23和性质测定,确定组成如下:25氧化物POBOAlOBaOCaOZnO252323重量%50.510.73.827.34.03.78玻璃工艺学
(四)对已有成分局部调整方法举例:由于实用性能的提高、生产上熔化率提高等原因,须通过少量多次的方式逐渐调整以达到所设计的成分。一般地,玻璃中AlO、ZrO等难熔物调整量要比SiO、NaOCaO的小些,后者较大,但一般也不宜超过0.1%,而对前者幅度就更小。这样可以保持正常生产,减少制品中缺陷的产生。23222现需要在近似器皿玻璃的成分基础上,设计一种刚化玻璃绝缘子成分:氧化物SiO2AlOCaOMgOROFeO23223重量%72.21.56.83.016.00.2原玻璃组成易熔制,料性太长,抗电性能不高,化稳性对绝缘子来说不高。9玻璃工艺学
所以,1、必须降低碱含量,以提高抗电性,化稳性和料性。2、提高AlO的含量,增大粘度233、二价金属氧化物具有压制效应,因此,提高CaO量,减少MgO量后加入BaO,降低电导和介电损耗,同
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