《玻璃工艺知识》PPT课件.ppt

玻璃工艺基础知识,主讲：肖体喜,第1章 玻璃的基础知识,1.1玻璃的定义1.2玻璃的分类1.3玻璃的特性,玻璃是一种透明或半透明的无定形物质，主要成分为硅酸盐，因此玻璃可以理解为：玻璃是熔融、冷却、固化的非结晶（在特定条件下也可能成为晶态）的无机物，是过冷液体；同时也可理解为“熔体因受冷却，粘度逐渐增大而形成的非晶态固体物质”。我厂玻璃是由SiO2、Al2O3、CaO、Na2O组成，主要是呈硅酸钙、硅酸钠及其复盐状态，基本结构是不规则的网络结构。,1.1 玻璃的定义,1.2 玻璃的分类,1、按成份分：石英玻璃、钠硅玻璃（泡花碱）、钠钙硅玻璃（窗、瓶罐、器皿、玻璃纤维）、钠铝硅玻璃（微晶玻璃、乳白玻璃）、铅晶玻璃、水晶玻璃、钙铝硅玻璃（用于微波炉的耐热、高压锅上的玻璃）、硼酸盐玻璃（电子馆、钠光灯及化学试管）、有色玻璃等；2、按用途分：瓶罐、器皿、容器玻璃、建筑玻璃（窗、玻璃砖）、光学玻璃、滤片玻璃（镜头、反射镜）、玻璃纤维、泡沫玻璃等；,1.3 玻璃的特性,1.3.1玻璃液的粘度1.3.2玻璃的表面张力1.3.3玻璃的密度1.3.4玻璃的机械强度1.3.5玻璃的硬度与脆性1.3.6玻璃的热膨胀系数及热稳定性1.3.7玻璃的化学稳定性,玻璃液的粘度,粘度是玻璃的一个重要物理性质，它与玻璃的生产工艺有密切的关系，不同的成形方法要求不同的粘度和料性，同时粘度对制品的退火应力的消除也有很大的影响，高粘度的玻璃要具有较高的退火温度，料性短的玻璃退火温度范围一般较窄。在工艺上，把在相同温度差时粘度变化范围短的叫长性玻璃。粘度变化较大，冷却较快的叫短性玻璃（料性短）。添加SiO2、Al2O3、ZrO3等氧化物将增加玻璃熔体的粘度，单价离子降低粘度效应依次是Li2ONa2OK2O，二价离子降低粘度效应依次是Ba2+Ca2+Mg2+，CaO、ZnO在低温时增加粘度，在高温时降低粘度。,表面张力即表面有收缩的趋势，这说明玻璃液表面分子间存着作用力，即表面张力。在玻璃成形中，吹制法就是依靠表面张力成形的，同时如爆口、火抛光、烘口也是借表面的张力使粗糙的表面光滑，但并非表面张力越大越好。如太大，则不利于玻璃液的均化，不利于大气泡的排除（即澄清）。Al2O3、CaO、MgO等增加表面张力；K2O、SiO2、B2O3、PbO降低表面张力；增加温度降低表面张力。,1.3.2玻璃的表面张力,一般玻璃的密度是2.5克/厘米3左右，随着温度的升高，玻璃的密度随之下降，一般钢化玻璃的的密度比正常退火玻璃的密度低。玻璃密度是一个比较敏感的性质，只要成分上发生微小的变化，密度就会立即反应出来，所以密度是测量配料准确不准确的一个重要参数。玻璃的密度=1/100XiPi其中Xi相应氧化物的性质因素。Pi某种氧化物的质量分数。平时要求0.002克/厘米3对密度的影响中有种硼反常、铝反常的现象。,运算器,控制器,输入设备,输出设备,1.3.3玻璃的密度,1.3.4玻璃的机械强度,玻璃的机械强度可由耐压、抗折、抗张、抗冲击强度来表示。影响玻璃机械强度的主要因素有：化学键强度（化学成分）、表面微裂纹、微不均匀性、结构缺陷和外界条件如温度、疲劳等。可采用退火、物理和化学钢化、表面处理与涂层、微晶化等都可提高玻璃的强度（一般SiO2含量高强度大，R2+次之，R+最差）。CaO、BaO、B2O3（15%以下）、Al2O3对强度影响较大，MgO、ZnO影响不大。,硬度可以理解为固体材料抵抗另一种固体侵入其内部而不产生残余形变的能力，一般玻璃的硬度为5-7（莫氏硬度）。脆性是指当负荷超过玻璃的极限强度时不产生明显塑性变形而立即破裂的性质，通常用破坏时的冲击强度来表示。经过热处理的产品硬度变小，碱金属氧化物含量增加则硬度降低。同样热处理（淬火）对脆性影响也比较大，让脆性变小；增加Li2O、MgO能使脆性变小。,1.3.5玻璃的硬度与脆性,1.3.6玻璃的热膨胀系数与热稳定性,它决定杯子的耐热程度，即用开水倒时炸不炸的问题。即能经受剧烈的温度变化而不被破坏。我公司高钙低碱料的膨胀系数为8910-7，低钙高碱料方的膨胀系数为9310-7对膨胀系数影响的顺序K2ONa2O3LiO，BaOCaOZnOMgO。SiO2、Al2O3、B2O3都能使膨胀系数降低，降低玻璃机械强度的因素都能降低热稳定。,1.3.7玻璃的化学稳定性,即玻璃抵抗水、大气及化学试剂等抗侵蚀破坏的能力（有耐水性、耐酸性、耐碱性）。如玻璃的吐碱、发霉等都是稳定性较差的表现。SiO2含量大稳定性高、当K2O与Na2O为1：1时稳定性最好、但当单价离子含量增加时稳定性下降，用CaO、MgO、AI2O3、BaO等置换部分Na2O会使稳定性提高。当AI2O3：Na2O为大于1：8时化学稳定性将提高。,第2章 各氧化物对玻璃性能的影响,第3章 原料及原料选择,3.1 原料的选择原则1)原料质量符合技术要求，原料品位高，化学成分稳定，水分稳定，颗粒组成均匀以及着色矿物（Fe2O3）和难熔矿物要少。2)便于日常生产中调整玻璃成分。3)适于熔化和澄清。4)对耐火材料的侵蚀要小。5)原材易储藏、运输且价格低廉。6）少用过轻和对人体健康、环境有害的原料,3.2 主要原料 3.2.1引入SiO2的原料 石英砂：是一种矿物原料，含有很多杂质，像Na2O、K2O、Al2O3等为无害杂质，而Fe2O3、TiO2等为有害杂质。石英砂的颗粒度对玻璃的熔化有很大影响，大颗粒难熔化、并易产生结石、条纹等，太细也不利于熔化，易飞尘、结块、分层。质量要求：外观：白色细颗粒晶体，不允许有结块砂团。颗粒：30140目90%140200目6%2030目0.5%.成份低铁砂 精砂 普砂SiO299%99%99%AL2O30.5%0.5%0.5%Fe2O30.008%0.01%0.013%含水率 6%6%6%其他还有石英岩、砂岩、脉石英等,3.2.2引入氧化硼的原料B2O3有一个特性：在高温时降低玻璃的粘度，在低温时提高玻璃的粘度，所以B2O3能使玻璃的成型温度范围变窄，即料性变短。硼砂：我公司用的一般为十水硼砂，即Na2B4O7.10H2O质量要求：外观：纯白色细水小颗粒。成 份标 准 国产 进口Na2B4O710H2O 95%99%或B2O3 34.8%36%Na2O 15.4%16%其他还有五水硼砂、硼酸、含硼矿物等。,3.2.3引入氧化铝的原料引入AL2O3的原料有长石、瓷土、氢氧化铝、氧化铝等。长石：是一种矿物原料，K2O(Na2O).Al2O3.6SiO2，我厂一般用鋰长石。质量要求：外观：白色细颗粒粉末。颗粒：80200目90%4080目10%40目以上不允许有。成分SiO269%，AL2O315%，Li2O1.0%Na2O4%，K2O2.5%，Fe2O30.12%氢氧化铝：Al(OH)3 要求Al2O364%，Fe2O30.02%,3.2.4引入氧化钙的原料CaO使料性变短，一般引入量不超过12.5%。料性短的产品退火要快，否则易炸裂。方解石：矿物原料，是一种白色或浅白色细颗粒粉末质量要求：成份精方解石低铁方解石CaO55%55%MgO0.5%0.5%Fe2O30.01%0.006%,3.2.5引入氧化钠的原料Na2O的引入量一般不超过18%，引入Na2O的原料一般有纯碱、芒硝，有时也采用氢氧化钠与硝酸钠。纯碱：Na2CO3,有轻质与重质纯碱之分，轻质纯碱为白色粉末，易飞扬，分层，重质纯碱是白色颗粒，不易飞扬，分层倾向小。质量要求：轻碱：20140目通过率；重碱：2080目通过率.成分NaCO398.8%，NaCl1%，Na2SO40.2%Fe2O30.01%，含水率2%,3.3 辅助原料3.3.1澄清剂向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，以促进排除玻璃中气泡的物质称为澄清剂常用的澄清剂有白砒（As2O3)、Sb2O3、硝酸盐、硫酸盐、氟化物、二氧化铈（CeO2)等目前我们使用的是一种复合澄清剂。3.3.2助熔剂能促使玻璃熔制过程加速的原料统称为助熔剂，有效的助熔剂有氟化合物、硼化合物、硝酸盐、钡化合物（0.25%-0.5%）。,3.3.3着色与脱色,1）玻璃的着色：玻璃的颜色很多，有铜红色、绿色、黄色、蓝色、琥珀色、橙色等各种颜色，这就需要各种着色剂来着色。如二氧化锰（紫色）、氧化铒、氧化铜（青色）、钴、铬、硒、硫化镉等等都能使玻璃着成不同的颜色。2）玻璃的脱色：脱色主要是指减弱铁化合物对玻璃着色的影响，在玻璃中FeO使玻璃成蓝绿色，Fe2O3使玻璃成黄绿色。主要有化学脱色与物理脱色两种，化学脱色剂有白砒、硝酸盐、氟化物、氧化锑，物理脱色剂有硒粉、MnO2、Co2O3、NiO、稀土化合物。使用硒粉脱色受窑气氛影响，单晶硒呈紫红色，但氧化气氛过强将生成无色SeO2和硒酸盐，,二价四价六价状态的硒是无色的，在退火时有时因还原气体使无色的亚硒酸盐分解成单晶硒使玻璃呈红色。,3.4碎玻璃的使用碎玻璃可以作为一种玻璃原料加入，可以加速玻璃的熔制过程，降低玻璃熔制的热量消耗，从而减低生产成本，也是废物利用,一般加入量为配合料的25-30%为宜。碎玻璃的表面有很快吸附水汽与大气的倾向，使表面形成胶态，与玻璃成分形成差异，同时碎玻璃中也缺少一部分易挥发的氧化物（B2O3、Na2O），一些氧化物的增加（AL2O3、Fe2O3），由于这些原因，引起玻璃不均匀的现象，使玻璃发脆。,第4章 混合料的配制 4.1配料过程中的注意事项4.2自动配料过程的介绍,4.1配料过程中的注意事项,1、原料成分的控制：进厂时成分要稳，质量要好；不同成分要分码堆放；同一种原料进厂时间不同时不能相互掺杂；去除原材中的杂质。2、水份的控制：进厂时要严把水份关；对如石英砂可采用自然干燥或加水的办法；严防受潮。3、颗粒度的控制：遇到大块硝钠要砸碎等。4、称量精度的控制：称量粒度取决于秤的精度、称量的多少和操作误差。5、混合均匀度的控制：混合机的影响；放料顺序的影响，要先加石英砂，再加纯碱，最后再加各种料；水温度的影响：配合料在混合时保持适当的湿度、温度（35）能提高拌料的均匀度；拌料时间的影响：配合料的混合质量随混合时间达到最高点后，再继续混合将降低混合质量。,6、分料、飞料的控制：控制颗粒度及湿度。7、碎玻璃的使用：碎玻璃的加入量增加，配合料的熔化时间缩短，但碎玻璃加入量过多则将延长澄清时间。二次挥发：重熔后的Na2O比以前低0.15%；二次积累：增加了玻璃中的Fe2O3和Al2O3含量（对耐火材料的侵蚀）；重熔时产生相当于二次气泡的微小气泡，难于澄清，引起玻璃色泽的变化，即易发暗、不光亮。,4.2自动配料的介绍,1、自动配料的流程,批量原料,储料仓,斗式提升机,闸板、活化器,称量罐,电磁振动给料机,集料皮带,电磁振动给料机,混料机,输料皮带,碎玻璃,中小原料,五楼场地,货梯,中料：硼砂、硝钠、氢铝,人工配置,小料,破碎系统,储料仓,称量系统,送料车,2、称料精度的保证1）采用的是电子感应器，精确度比较高2）可根据不同的原料、电磁振动给料机的振幅等因素调整提前量、粘结值，确保称料精确3）定期对电子称进行校验，吹灰。3、自动配料的不足1）过程中带入的铁质带入量增加2）石英砂水分的不均匀3）受原料场地的影响比较大,第5章 玻璃的熔制,从加热配合料直到熔制成玻璃液，可根据熔制过程中不同实质分为如下五个阶段。1、硝酸盐形成阶段 配合料中的各组分在加热过程中经过一系列的物理和化学变化，大部分气态产物逸散，到这一阶段结束时配合料变成了由硅酸盐和SiO2组成的烧结物，这一阶段在8001000。2、玻璃的形成阶段 烧结物继续加热，即开始熔解，原先形成的硅酸盐与SiO2相互扩散溶解，烧结物变成了透明玻璃液，但此时有大量气泡、条纹，此温度在1200。3、玻璃液的澄清阶段 在继续加热时玻璃液的粘度进一步降低，并放出玻璃液中的可见气泡，直到可见气泡全部排除，此温度为14001500。,4、玻璃液的均化阶段 玻璃液长时间处于高温下，其化学组成逐渐趋向于均一，玻璃液中的条纹扩散、清除。它受配合料的均匀度、熔制工艺的稳定及耐火材料的侵蚀等影响。5、玻璃液的冷却阶段 将已澄清的、均化好的玻璃液冷却，在冷却阶段有两个因素会影响产量和质量，那就是玻璃液的热均匀性和是否产生二次气泡，热不均匀易产生波筋、条纹。二次气泡直径小（0.1mm）、数量多、分布均匀。二次气泡产生的原因主要是因冷却后的玻璃重新加热及耐火材料中的小气泡成核作用重新引起二次气泡。,