玻璃的配合料制备

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1、第11章配合料制备11.1玻璃组成的设计和确定玻璃的组成（成分）是决定玻璃物理化学性质的主要因素，也是计算玻璃配合料的主要依据。改变玻璃的组成即可以改变玻璃的结构状态，从而使玻璃在性质上发生变化。在生产中，往往通过改变玻璃的组成来调整性能和控制生产。对于新品种玻璃的研制或对现有玻璃性质的改进，都必须首先从设计和确定它们的组成开始。设计合适的玻璃化学组成是投资者与企业首要考虑的问题之一，它涉及企业的经济效益、产品结构、质量和企业效益等诸多因素。玻璃的化学组成不仅决定了玻璃制品的性能，而且很大程度上还决定了成本。如

2、特种玻璃化学组成中按照性质要求，需引入稀土元素成分，价格昂贵，在设计成分时选用性质相近的其他成分代替稀土元素，则可降低成本。所以成分设计不当，会造成产品质量下降，废品增加，成本提高。玻璃的化学组成通常是以组成玻璃的化合物或元素的质量比（质量分数%）、摩尔比（摩尔分数%）、原子比来表示，一般采用质量分数和摩尔分数，实用玻璃以质量分数最为常用。但对于特种玻璃如硫系玻璃，用原子比更为合适。在工业玻璃中，玻璃化学组成以质量分数表示，使用方便，直接可进行配方计算。摩尔分数使用中不如质量分数简便，但由于玻璃的许多性质与化学

3、组成的摩尔分数往往呈直线关系，而与质量分数呈复杂的曲线关系，因此许多学者在研究化学组成与性能计算体系中常常采用摩尔分数。玻璃的科学研究，特别是性质和组成依从关系的研究，为玻璃组成的设计提供了重要的理论基础。但是理论只能定性地指出设计的方向，要得到合乎预定要求的玻璃，还必须通过实践，对拟定的玻璃组成进行反复的试验调整，最后才能够把组成确定下来。在设计玻璃组成时，应当注意以下原则：(1)根据组成、结构和性质的关系，使设计的玻璃能满足预定的性能要求。(2)根据玻璃形成图和相图，使设计的组成能够形成玻璃，析晶倾向小(微

4、晶玻璃除外)。(3)根据生产条件使设计的玻璃能适应熔制、成形、加工等工序的实际要求。(4)玻璃化学组成设计必须满足绿色、环保的要求。(5)所设计的玻璃应当价格低廉，原料易于获得。据此，在设计玻璃组成时，应从以下几个方面考虑：首先，要依据玻璃所要求的性能选择适宜的氧化物系统，以确定玻璃的主要组成，通常玻璃的主要组成氧化物为3～4种，它们的总量往往达到90%。在此基础上再引入其他改善玻璃性质的必要氧化物，拟定出玻璃的设计组成。例如设计耐热和耐蚀性要求较高的化工设备用玻璃时，先要考虑采用热膨胀系数小、化学稳定性好、机

5、械强度高的R2O-B2O3-Si02或RO-Al2O3-SiO2系统的玻璃等。其次，为了使设计的玻璃析晶倾向小，可以参考有关相图，在接近共熔点或相界线处选择组成点。这些组成点在析晶时会形成二种以上不同的晶体，引起相互干扰，成核的几率减小，不易析晶。同时这些组成点熔制温度也低。应用玻璃形成图时，应当远离析晶区选择组成点，设计的组成应当是多组份的，这也有利于减小折晶倾向，一般工业玻璃其组成氧化物在5～6种以上。235再次，对于引入其他氧化物及其含量，则主要考虑它们对玻璃性能的影响。例如引入离子半径小的氧化物有利于减

6、小膨胀系数和改善化学稳定性，也可以利用双碱效应来改善玻璃的化学稳定性和电性能等，有时可应用性能计算公式进行预算。也要考虑对〔BO3〕与〔BO4〕和〔AlO4〕与〔AlO6〕的转变影响。最后，为了使设计的组成能付诸工艺实践，即工业尚能进行熔制、成形等工艺，还要添加适当的辅助原料。如添加助熔剂和澄清剂，以使玻璃易于熔制；添加氧化或还原剂，以调节玻璃熔制气氛；添加着色剂或脱色剂，以使玻璃得到所需的颜色。它们的用量通常不大，但从工艺上考虑是必不可少的。实际上，在设计玻璃组成时，一般要通过多次熔制实践和性能测定，对成分进

7、行多次校正。在实际的操作中，可采用现代的实验设计方法，如正交实验、多因素优化设计等，并借助计算机等手段进行优化，可以减少工作量。在玻璃组成设计的工作中，通常分为两大类。一类是人们试图在玻璃的物理、化学性能上有较大突破时，如为了研制新型玻璃，往往哪个要求实际新的组成；一类是在工业生产实践中，一般并不抛弃原有的基础玻璃，而为了改善某些性能和某些改进工艺操作条件，仅仅需要对成分作局部调整。11.1.1设计与确定玻璃组成的步骤通常玻璃组成的设计与确定采取如下步骤：(1)列出设计玻璃的性能要求列出主要的性能要求，作为设计

8、组成的指标。针对设计玻璃制品的不同分别有重点地列出其热膨胀系数、软化点、热稳定性、化学稳定性、机械强度、光学性质、电学性质等。有时还要将工艺性能的要求一并列出，如熔制温度、成形操作性能和退火温度等，作为考虑因素。(2)拟定玻璃的组成根据经验和查阅大量的文献，按照玻璃组成设计的基本原则进行。按照玻璃设计组成设计类型的不同，采用不同的方法。对于新品种玻璃，参考有关相图或玻璃形成图，选择组成