安徽工業(yè)大學(xué)無機(jī)非金屬材料玻璃

會計學(xué)1安徽工業(yè)大學(xué)無機(jī)非金屬材料玻璃一.引言

第1頁/共157頁一、定義廣義：凡是具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的固體材料統(tǒng)稱為玻璃。狹義：從熔體中冷卻，在室溫下還保持熔體結(jié)構(gòu)的固體材料，即無機(jī)玻璃。第2頁/共157頁二、分類按成分：單質(zhì)玻璃、有機(jī)玻璃、無機(jī)玻璃。按用途：平板玻璃（建筑、日用玻璃）、器皿玻璃、工藝玻璃、光學(xué)玻璃（醫(yī)用、儀器、激光玻璃）。按生產(chǎn)工藝（平板玻璃）又分為：浮法玻璃、提拉玻璃、壓延玻璃等。第3頁/共157頁三、玻璃工業(yè)發(fā)展史

15萬年前人類首先就利用天然黑曜巖薄片做窗戶玻璃。3500～1500年前開始制造玻璃纖維。直到200A.D.才開始“平板”玻璃。1957年，英國首先首先發(fā)明浮法玻璃專利，1963年美國購買了該專利。1975年，美國發(fā)明新浮法專利。我國1971年在洛陽首先引進(jìn)浮法生產(chǎn)線，現(xiàn)有30多條生產(chǎn)線。第4頁/共157頁二.玻璃的通性

第5頁/共157頁1.玻璃的同性各向同性介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性）無固定熔點(diǎn)性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性第6頁/共157頁一、各向同性同一塊玻璃中所有物理化學(xué)性在各個方向均相同。第7頁/共157頁二、介穩(wěn)性（亞穩(wěn)性）

由于玻璃熔體在冷卻過程中粘度迅速重大，來不及結(jié)晶就成為固體。所以保留了熔體的結(jié)構(gòu)，造成體系內(nèi)能不是最小，即亞穩(wěn)態(tài)。圖3～1。

第8頁/共157頁圖3～1玻璃體系內(nèi)能隨溫度變化圖

第9頁/共157頁三、無固定熔點(diǎn)

由于玻璃形成過程中由熔體向固體轉(zhuǎn)變是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，所以其熔化過程也是在一定的溫度范圍內(nèi)而不是某一溫度點(diǎn)。四、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性

取決于其形成過程。第10頁/共157頁2.玻璃結(jié)構(gòu)的假說

第11頁/共157頁包括：一、晶子說

二、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說第12頁/共157頁一、晶子說由蘭德爾（Randell）1930年提出，認(rèn)為玻璃是由80%的直徑等于1.0～1.5nm左右的微晶組成，晶體取向無序。第13頁/共157頁二、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

由查哈里阿森（Zachariasen）1932年提出，認(rèn)為玻璃中硅氧以共價鍵結(jié)合在三維空間內(nèi)形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)。強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)玻璃的連續(xù)性、統(tǒng)計均勻性、無序性。

第14頁/共157頁兩種觀點(diǎn)的相同之處是都認(rèn)為是近程有序而遠(yuǎn)程無序，不同之處在于近程程度不同。第15頁/共157頁3.粘度

第16頁/共157頁一、玻璃粘度的定義

指面積為S的二平行液層，以一定速度梯度dv/dx移動時需要克服的內(nèi)摩擦力。

?=ηsdv∕dxη—粘度系數(shù)（Pa·S）第17頁/共157頁二、玻璃粘度參考點(diǎn)

1．應(yīng)變點(diǎn)：（1013.6Pa·S）應(yīng)力在幾小時內(nèi)消除的溫度點(diǎn)；2．轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Tg）：(1012.4Pa·S)的溫度；3．退火點(diǎn)：（1012Pa·S）應(yīng)力在幾分鐘內(nèi)消除的溫度點(diǎn)；4．變形點(diǎn)：1010～1011Pa·S的溫度；5．軟化溫度（

Tf）(3～5)×106Pa·S的溫度；6．操作范圍：（103～106.6Pa·S）成型時玻璃表面的溫度；7．熔化溫度：（10

Pa·S）的溫度；8．自動供料機(jī)供料粘度：（102～103Pa·S）的溫度。第18頁/共157頁三、玻璃粘度與成分的關(guān)系

1．SiO2、Al2O3、ZrO2含量升高，粘度增大；2．堿金屬氧化物R2O含量升高，粘度降低；3．堿土金屬氧化物MO含量升高，粘度增大；4．PbO、CdO、Bi2O3、SnO含量升高，粘度增大；5．Li2O、ZnO、B2O3含量升高，增加低溫粘度，而降低高溫粘度。

第19頁/共157頁四、玻璃粘度與溫度的關(guān)系

總體上玻璃粘度與溫度成反比，圖3～2。滿足：Logη=a+b/T（a、b為常數(shù)）第20頁/共157頁圖3～2硅酸鹽玻璃彈性、粘度與溫度關(guān)系圖

第21頁/共157頁五、玻璃粘度的近似計算1．奧霍琴法：適用于含MgO、Al2O3的Na-Ca-Si系玻璃。且各主要氧化物含量范圍為

Na2O12%～16%，CaO+MgO5%～12%，Al2O3<5%，SiO264%～80%T=AX+BY+CZ+DT—某粘度對應(yīng)的溫度；X、Y、Z分別為Na2O、（CaO+MgO）、Al2O3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；A、B、C、D為各氧化物的特性常數(shù)，見表2～1。

第22頁/共157頁表2～1各氧化物的特性常數(shù)

玻璃粘度（Pa·S）系數(shù)數(shù)值以1%MgO代替CaO引起溫度升高ABCD102103104105.51061071081091010101110121013-22.87-17.49-15.37-12.19-10.36-8.71-9.19-8.75-8.47-7.46-7.32-6.29-16.0-9.95-6.25-2.19-1.180.471.571.922.273.213.495.246.505.905.004.584.354.245.345.205.295.525.375.241700.41381.41194.2980.72910.86815.89762.50720.80683.80632.90603.40651.509.06.05.03.52.61.41.01.01.52.02.53.0第23頁/共157頁2．富切爾法：

T=T0+B/(lgη+A)

其中A、B、T0可根據(jù)玻璃中各氧化物含量而計算。

A=1.4788Na2O+0.8350K2O+1.6030CaO+5.4936MgO-1.5183Al2O3+1.4550B=-6039.7Na2O-1439.6K2O-3919.3CaO+6285.3MgO2253.4Al2O3+5736.4T0=-25.07Na2O-321.0K2O+544.3CaO-384.0MgO+294.4Al2O3+198.1

適用范圍：SiO2=1mol,Na2O=0.15～0.2mol,CaO=0.12～0.2mol,MgO=0～0.0511mol,Al2O3=0.0015～0.073mol,η=10～1012Pa·s.

第24頁/共157頁4.玻璃的表面張力

第25頁/共157頁一、定義表面張力時指玻璃與另一相接觸的相分界面上（空氣、錫液等）在恒溫、恒容條件下增加一個單位表面積所作的功。單位：N/m或J/m2。意義：表面張力的大小在玻璃液的澄清、均化、成型以及熔體與耐火材料作用等過程中起著重大作用。

第26頁/共157頁二、表面張力的影響因素

1．玻璃組成：不同成分會影響玻璃的表面張力。玻璃的成分可分為三類，即非表面活性組分、中間性質(zhì)組分和難熔表面活性組分。一般地，前者會增大表面張力而后兩者會減小玻璃的表面張力。2．溫度：表面張力與溫度成反比，溫度每升高100℃表面張力會下降1%。3．粘度：粘度與表面張力成正比。第27頁/共157頁5.玻璃的密度

第28頁/共157頁一、意義密度的大小可以反映玻璃的質(zhì)量好壞及引起事故的原因。密度測試快速、準(zhǔn)確。二、影響因素玻璃組成

溫度

熱歷史

第29頁/共157頁玻璃組成對密度的影響1．玻璃組成成分與密度的關(guān)系可用公式表示。V=1/D=ΣVm·fmD—密度；Vm—各組分玻璃比容計算系數(shù)，可由教材P117表查出；fm—玻璃中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。查表前需要首先計算出玻璃的硅離子與氧離子比（Nsi）。Nsi=Psi/60.06ΣSm·fmNsi--玻璃的硅離子與氧離子比；Psi—玻璃中SiO2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；Sm—常數(shù)（教材P117表查出）；fm—玻璃中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

第30頁/共157頁溫度對密度的影響玻璃密度與溫度成反比，溫度從室溫升高到1300℃時密度會下降6～12%。

第31頁/共157頁熱歷史對密度的影響圖3～3，慢冷時密度隨溫度的降低而減??；快冷時密度隨溫度的降低而增大

圖3～3玻璃密度與熱歷史的關(guān)系

1-

慢冷；2-快冷

第32頁/共157頁6.玻璃的力學(xué)性質(zhì)

第33頁/共157頁一、理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度

評價玻璃力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)有：抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度等。

由于玻璃內(nèi)部的純共價鍵結(jié)構(gòu)，其理論強(qiáng)度很大。如平板玻璃的理論抗壓強(qiáng)度為11.76GPa、抗折強(qiáng)度為34.3～83.3Mpa。而實(shí)際抗折強(qiáng)度僅為6.86Mpa。導(dǎo)致玻璃實(shí)際強(qiáng)度下降的原因是玻璃的脆性、微裂紋、不均勻區(qū)等導(dǎo)致作用于玻璃的應(yīng)力集中而破裂。

第34頁/共157頁二、影響因素化學(xué)組成缺陷

溫度

內(nèi)應(yīng)力

第35頁/共157頁1.化學(xué)組成：純氧化物的強(qiáng)度最大，加入不同的其它元素可以提高Na-Ca-Si玻璃的抗壓/抗折強(qiáng)度。其影響順序?yàn)椋禾岣呖箯垙?qiáng)度CaO>B2O3>BaO>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>(MgO,Fe2O3)提高抗壓強(qiáng)度Al2O3>MgO>B2O3>Fe2O3>PbO第36頁/共157頁2．缺陷：（微觀、宏觀）3．溫度：圖3～4。4．內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）

圖4～4玻璃強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

第37頁/共157頁三、硬度和脆性硬度：抗其它物體的侵入能力。加入不同的氧化物可提高玻璃的硬度，其順序?yàn)镾iO2>B2O3>MgO(ZnO,BaO)>Al2O3第38頁/共157頁脆性：當(dāng)負(fù)荷超過玻璃極限強(qiáng)度時立即破裂的特性，用沖擊強(qiáng)度表示。淬火玻璃的沖擊強(qiáng)度比退火玻璃的沖擊強(qiáng)度大5～7倍。引入半徑較小的陽離子（Li2O、BeO、MgO、B2O3）可降低玻璃的脆性;引入大半徑的陽離子（Ru2O、CaO）可提高玻璃的脆性。第39頁/共157頁7.玻璃的熱學(xué)性質(zhì)

第40頁/共157頁一、熱膨脹性

熱膨脹對玻璃的成型、退火、鋼化、封接及熱穩(wěn)定性都有影響。

玻璃的熱膨脹變化范圍很大，從負(fù)膨脹（微晶玻璃）直到200×10-7/℃（非氧化物玻璃）。熱膨脹系數(shù)分為線膨脹系數(shù)和體積膨脹系數(shù)。第41頁/共157頁二、影響因素1．溫度：成正比；2．熱歷史：與玻璃退火、淬火、析晶（種類、大小）都有關(guān)系。3．化學(xué)組成：取決于陰陽離子間的吸引力。

f=2Z/a2f--陰陽離子間的吸引力；Z—電價；a—間距

f越大，熱振動越小，膨脹就越小。第42頁/共157頁8.玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性第43頁/共157頁一、侵蝕機(jī)理1．水對玻璃的侵蝕：水中的H+與玻璃中的Na+發(fā)生交換反應(yīng)，而后進(jìn)行水化、中和反應(yīng)；≡Si-Na++H+-OH==≡Si-OH+NaOH≡Si-OH+H+-OH==Si-（OH）4Si-（OH）4+NaOH==[Si（OH）30]-Na+（硅酸鈉）+H2O第44頁/共157頁2．酸對玻璃的侵蝕：高堿玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。因酸不與硅質(zhì)玻璃發(fā)生反應(yīng)，只是酸中的水與玻璃起作用。同時，玻璃侵蝕產(chǎn)生的堿可被中和，阻止侵蝕反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。

第45頁/共157頁3．堿對玻璃的侵蝕：Si-（OH）4+NaOH==[Si（OH）30]-Na+（硅酸鈉）+H2O可破壞玻璃中的Si-O鍵，從而腐蝕嚴(yán)重。第46頁/共157頁4．大氣對玻璃的侵蝕：薄膜。是H2O、CO2、SO2的綜合侵蝕，可形成Si-OH薄膜。

第47頁/共157頁二、影響因素

1．化學(xué)組成：R2O越高，抗腐越差；2．熱處理：在酸氣爐中退火可提高玻璃的抗腐性；鋼化（淬火）可提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性；3．溫度：溫度越高侵蝕越強(qiáng)；4、壓力：壓力越大侵蝕加劇。

第48頁/共157頁9.玻璃的光學(xué)性質(zhì)

第49頁/共157頁一、折射率

影響因素：1.化學(xué)組成：

n=n1P1+n2P2+……+nnPnP1…Pn---玻璃中各氧化物的質(zhì)量白分含量；n1…nn---玻璃中各氧化物的折射率計算系數(shù)(P127表)；2.溫度：折射率隨溫度的升高而增大；3.熱歷史：退火可消除光學(xué)不均勻性。

第50頁/共157頁二、玻璃的著色

1．離子致色：過度族金屬離子的電子躍遷，可引起選擇吸收而致色。不同離子致不同顏色。如：Ti4+（黃棕色）、Ti4++Cu+（綠色）、V（雜色）等。2．硫、硒化合物著色：單質(zhì)硫、硒（淡紫色）；硫、碳（琥珀）；硫（硒）化鎘（黃、紅）。3、金屬膠體著色：膠體顆粒對光線的散射而引起的選擇吸收從而致色。

第51頁/共157頁三、玻璃的生產(chǎn)工藝

第52頁/共157頁第一節(jié)

概述

第53頁/共157頁玻璃的生產(chǎn)工藝過程：

成分設(shè)計→原料加工→配合料制備→（池窯、坩堝窯熔化）→成型→退火→缺陷檢驗(yàn)→一次制品或深加工→檢驗(yàn)→二次制品。

第54頁/共157頁第二節(jié)

原料與配合料的制備

第55頁/共157頁玻璃的主要原料或主料是SiO2輔料有Al2O3、Na2O、CaO、MgO澄清劑、著色劑、脫色劑、氧化—還原劑、乳濁劑及其它。第56頁/共157頁一、原料及選擇原則1．雜質(zhì)少；2．易調(diào)整；3．易熔化、無毒氣；4．對耐火材料侵蝕小；5．成本低、易加工。

第57頁/共157頁二、引入SiO2的原料

1.硅砂，即石英砂2.砂巖要求：可含有少量無害礦物（長石、高嶺石、白云石、方解石等），有害礦物（赤鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦等）含量盡量少。

第58頁/共157頁三、引入Al2O3的原料1．長石；2.高嶺石。第59頁/共157頁四、引入Na2O的原料1．純堿（Na2CO3）；2．芒硝（Na2SO4）；3．鈉硝石（NaNO3）第60頁/共157頁五、引入CaO的原料

1．石灰石；2．方解石。第61頁/共157頁六、引入MgO的原料白云石

第62頁/共157頁七、引入澄清劑的原料

1．As2O3、Sb2O3與芒硝共用；2．芒硝；3.螢石、氟硅酸鈉（Na2SiF6）第63頁/共157頁八、著色劑各種含致色離子的氧化物，具體見第九節(jié)玻璃的著色。

第64頁/共157頁九、脫色劑能使Fe2O3減少能產(chǎn)生與綠色互補(bǔ)色的各種氧化物。分為物理脫色劑（Se、MnO2、NiO、Cr2O3）和化學(xué)脫色劑（As2O3、Sb2O3、Na2S及硝酸鹽）第65頁/共157頁十、氧化--還原劑1.氧化劑（硝酸鹽）；2．還原劑（碳、SnO2等）

第66頁/共157頁十一、乳濁劑1．氟化物；2．磷酸鹽第67頁/共157頁十二、其它1．天然堿；2．珍珠巖（含SiO273%）；3．鈮、鉭尾礦（含SiO270%）；4．碎玻璃。

第68頁/共157頁四、玻璃原料加工

第69頁/共157頁一、工藝流程第70頁/共157頁即各原料分別粉碎篩分入庫，后稱量混合再入庫，最后投料。

第71頁/共157頁二、原料的破碎與粉碎可用①顎式破碎機(jī)，圖3～1；②反擊式破碎機(jī)，圖3～2；③對輥式破碎機(jī)，圖3～3；④錘式破碎機(jī)，圖3～4。

第72頁/共157頁圖3～1顎式破碎機(jī)

第73頁/共157頁圖3～2反擊式破碎機(jī)

第74頁/共157頁圖3～3對輥機(jī)

第75頁/共157頁圖3～4錘式破碎機(jī)

第76頁/共157頁三、篩分利用六角篩和振動篩對各種原料進(jìn)行篩分，而振動篩的優(yōu)點(diǎn)較多，圖3～5。

第77頁/共157頁圖3～5振動篩

第78頁/共157頁四、配合料制備先稱量后混合?；旌蠙C(jī)可分為轉(zhuǎn)動式、盤式和槳葉式。影響配料混合均勻性的因素有原料物性、加料順序、加水方式、混合時間及是否加入碎玻璃等。第79頁/共157頁五、配合料質(zhì)量控制1．原料成分；2．原料水分；3．原料粒度；4．稱量誤差；

5．均勻度控制。第80頁/共157頁第五節(jié)

玻璃的熔制

第81頁/共157頁一、概述

將配料進(jìn)行高溫加熱形成均一的、無缺陷的并符合成型要求的玻璃液的過程稱為玻璃的熔制過程。

熔制過程對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、成品率、能耗、窯爐壽命等關(guān)系密切。第82頁/共157頁熔制過程中發(fā)生的物理化學(xué)變化

物理過程化學(xué)過程物理化學(xué)過程配合料加熱脫水熔化相變揮發(fā)固相反應(yīng)鹽類分解水化物分解脫水結(jié)晶硅酸鹽形成與相互作用共熔體形成固態(tài)溶解、液態(tài)互溶玻璃液、爐氣、氣泡間的相互作用玻璃液與耐火材料作用第83頁/共157頁二、玻璃的熔制過程及影響因素

熔制過程分為五個階段：硅酸鹽形成玻璃液的形成玻璃液的澄清玻璃液的均化玻璃液的冷卻

第84頁/共157頁1.硅酸鹽形成

T=800～900℃，CaO+SiO2==CaSiO3（Na2Si03··）特點(diǎn)：時間短，平板玻璃3～4min。

第85頁/共157頁2．玻璃液的形成

T=1200～1250℃，硅酸鹽溶解和擴(kuò)散，形成透明體，但不均勻，有大量氣泡，性質(zhì)不均勻。特點(diǎn)：時間長，平板玻璃28min。

第86頁/共157頁3．玻璃液的澄清

T=1400～1500℃，澄清的過程是指排除可見氣泡的過程，是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。玻璃液中的氣泡有：CO2、O2、N2、H2O、SO2、NO2。第87頁/共157頁澄清過程：①氣體轉(zhuǎn)化與平衡第88頁/共157頁②氣體與玻璃液的相互作用O2與玻璃液的相互作用:包括物理的溶解和發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成氧化物(氧化鐵、硅酸鹽等)CO2與玻璃液的相互作用:CO2與硅酸鹽作用形成碳酸鹽和氧化硅。H2O與玻璃液的相互作用:即玻璃的水化反應(yīng)。第89頁/共157頁③澄清劑及作用機(jī)理變價氧化物：機(jī)理是低溫吸熱，高溫放熱使氣泡長大而釋放。As2O3+O2===As2O5（可逆反應(yīng)）硫酸鹽：Na2SO4===Na20+SO2↑（大于1400℃時分解）鹵化物：CaF2、NaF可使SiO2的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)斷裂而達(dá)到澄清的目的。第90頁/共157頁④

玻璃性質(zhì)與澄清：澄清速度

V=2/9gr2（d-d1）/ηg-重力加速度；r-氣泡半徑；d-玻璃密度；、d1-氣泡中氣體密度；η-玻璃液的粘度。即玻璃液越粘澄清速度越小。

第91頁/共157頁4．玻璃液的均化：

包括化學(xué)均化和熱均化。有三種方式：①不均勻體的溶解與擴(kuò)散的均化過程（成分不同造成）；②玻璃液的對流均化過程（溫度不同造成）③因氣泡上升而引起的攪拌均化作用。

影響因素：玻璃液的粘度和表面張力。第92頁/共157頁5．玻璃液的冷卻：T=1000℃主要注意二次氣泡（再生泡）的形成，即塵泡（直徑小于0.1mm）的形成。第93頁/共157頁三、影響玻璃熔制過程的因素

1．化學(xué)成分：氧化硅和氧化鋁越高越難熔，而堿含量越高越易熔；2．配料的狀態(tài)：包括原料的粒度、不同原料的分層等；3．熔窯的溫度制度：提高熔窯溫度有利于熔制，但能耗大且對耐火材料侵蝕大；4．加速劑和澄清劑：有助澄清；5．高壓與真空熔煉：可迅速排除可見氣泡；6．輔助電熔：可提高熔化率；7．機(jī)械攪拌與鼓泡：可提高澄清與均化速度。第94頁/共157頁四、玻璃熔窯

分類：按形狀主要分為池窯與坩堝窯。產(chǎn)品單一，產(chǎn)量大的用池窯；品種多產(chǎn)量小的用坩堝窯。

池窯按熱源又分為火焰窯、電熱窯及火焰-電熱窯。按熔制過程分為間歇式與連續(xù)式。按廢氣預(yù)熱回收分為蓄熱式和換熱式。按火焰流動分為橫火焰窯、縱火焰窯和馬蹄窯。第95頁/共157頁五、窯用耐火材料

1．硅氧質(zhì)耐火材料（SiO2系）；2．硅鋁質(zhì)耐火材料（SiO2-Al2O3系）3．電熔耐火材料（Al2O3-SiO2-ZrO2系）4．堿性耐火材料（MgO系）第96頁/共157頁六、熔窯節(jié)能

1．高溫熔化制度（高熱燃料、富氧燃燒、空氣預(yù)熱、優(yōu)質(zhì)耐火）；2．熔窯保溫；3．廢氣余熱利用；4．改進(jìn)熔化工藝；5．改進(jìn)燃燒技術(shù)；6．鼓泡與機(jī)械攪拌；7．熔窯結(jié)構(gòu)改進(jìn)；8．輔助電熔及生產(chǎn)自動化。

第97頁/共157頁第六節(jié)

玻璃的成型

第98頁/共157頁分類：

熱塑成型：提拉（平板玻璃）、浮法（平板玻璃）、吹制（空心玻璃）、壓制（煙缸）、壓延（壓花玻璃）、澆鑄（光學(xué)玻璃）、燒結(jié)（泡沫玻璃）、噴吹（玻璃珠）；

冷成型：研磨、拋光。第99頁/共157頁一、浮法成型1．概念：是指熔窯熔融的玻璃在流入錫槽后在熔融金屬錫液的表面上形成平板玻璃的方法。

浮法成型的熔窯見圖3～6、3～7。浮法成型見圖3～8。

第100頁/共157頁圖3～6浮法窯平面圖

1-投料口；2-熔化部；3、6-小爐；4-冷卻部；5-流口料

第101頁/共157頁圖3～7浮法窯立面圖

1-小爐口；2-蓄熱室；3-格子體；4-底煙道；5-連通煙道；6-支煙道；7-燃油噴嘴

第102頁/共157頁圖3～8浮法生產(chǎn)示意圖

1-流槽；2-玻璃液；3-碹頂；4-玻璃帶；5-錫液；6-槽底；7-保護(hù)氣體管道；8-拉邊器；9-過度輥臺；10-閘板

第103頁/共157頁2．成型機(jī)理：

①

浮起高度h=（1-dg/dt）·HH-自由厚度；dg-玻璃的密度；dt-錫液的密度。自由厚度：

g-重力加速度；σg-玻璃表面張力；σt-錫液表面張力；σgt-玻璃與錫液界面上表面張力。

第104頁/共157頁圖3～9玻璃在錫液上的浮起高度

第105頁/共157頁①

拋光時間：玻璃液呈正弦波在錫液上運(yùn)動。t=λ/V，V=σg/ηλ-正弦波長；η-玻璃液的粘度；V-拋光速度；t-拋光時間。④拉?。悍譃楦邷乩『偷蜏乩?，圖3～10。第106頁/共157頁圖3～10玻璃的高溫拉薄和低溫拉薄曲線

第107頁/共157頁3．錫液的特點(diǎn)

①雜質(zhì)少；②比重大（大于玻璃）；③熔點(diǎn)低；④表面張力高（大于玻璃）；⑤粘度低（流動性好）。第108頁/共157頁4．保護(hù)氣體

N2+H2注意：防止錫氧化。第109頁/共157頁二、垂直引上法（提拉法）

1．有槽垂直引上法：槽子磚為主要的成型設(shè)備，圖3～11、3～12。分為：板根成型；邊子成型；原板的拉伸力。1．無槽垂直引上法2．平拉成型壓延成型

第110頁/共157頁圖3～11有槽垂直引上室

1-通路；2-小眼；3-大梁；4-槽子磚；5-主水包；6-輔助水包；7-板根；8-石棉輥；9-引上機(jī)；10-原板

第111頁/共157頁圖3～12槽子磚

第112頁/共157頁圖3～13無槽垂直引上室

1-大梁；2-L型磚；3-玻璃液；4-引磚；5-冷卻水包；6-引上機(jī)；7-石棉輥；8-板根；9-原板；10-八字水包

第113頁/共157頁圖3～14平拉成型示意圖

1-玻璃液；2-引磚；3-拉邊器；4-轉(zhuǎn)向輥；5-水冷卻器；6-玻璃帶

第114頁/共157頁圖3～15壓延法

第115頁/共157頁第七節(jié)

玻璃的缺陷

第116頁/共157頁缺陷:

玻璃的缺陷指玻璃中的氣泡、線道、節(jié)瘤、結(jié)石及永久應(yīng)力（未退火）等。

第117頁/共157頁一、氣泡的類型與形成原因1．殘留氣泡：玻璃熔制過程中鹽類分解產(chǎn)生氣泡，澄清不徹底而殘留的。2．二次氣泡：多為塵泡，澄清后次升穩(wěn)或未盡的化學(xué)反應(yīng)。3．耐火材料引起4．鐵器引起5．其它：電極附近等。第118頁/共157頁二、玻璃狀夾雜物及其形成原因

結(jié)構(gòu)仍為非晶態(tài)，但物性與玻璃主體不同。如：條紋、線道、節(jié)瘤等。成分多為硅質(zhì)或硅鋁質(zhì)。是均化不夠的結(jié)果。

第119頁/共157頁三、結(jié)石的類型與成因

玻璃中已經(jīng)結(jié)晶的不均勻相。是玻璃中的最大缺陷，也是引起玻璃爆炸的原因。形成原因：1．配合料結(jié)石（未熔化）；2．耐火材料結(jié)石；3．析晶結(jié)石；4．硫酸鹽夾雜物；5．黑色夾雜物（鐵、鉻、鎳的氧化物等）。第120頁/共157頁第八節(jié)

玻璃的退火

第121頁/共157頁一、基本概念

1．退火：將玻璃內(nèi)部的熱應(yīng)力消除或減少至允許值的熱處理過程。2．淬火：將加熱的玻璃在介質(zhì)中急冷，使玻璃表面產(chǎn)生有規(guī)律的、均勻分布的壓應(yīng)力，從而提高玻璃的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。（鋼化玻璃）第122頁/共157頁3．玻璃中的應(yīng)力

包括熱應(yīng)力（暫時應(yīng)力、永久應(yīng)力）結(jié)構(gòu)應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力第123頁/共157頁①暫時應(yīng)力：玻璃在經(jīng)受不均勻溫度變化時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。該應(yīng)力隨溫度梯度的存在而存在，同時隨溫度梯度的消失而消失。②永久應(yīng)力：當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度相等時所殘留的熱應(yīng)力。退火即消除此應(yīng)力。③結(jié)構(gòu)應(yīng)力：因化學(xué)組成不均勻?qū)е陆Y(jié)構(gòu)上的不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力。該應(yīng)力無法去除。

④機(jī)械應(yīng)力：外力作用在玻璃上而產(chǎn)生的應(yīng)力，外力消除時應(yīng)力也消除。第124頁/共157頁二、退火工藝

將玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg附近，進(jìn)行保溫均熱，以消除玻璃各部分的溫度梯度，使應(yīng)力松弛。該溫度稱為退火溫度。

最高退火溫度：能在3min之內(nèi)消除玻璃中95%應(yīng)力的溫度。

最低退火溫度：能在3min之內(nèi)消除玻璃中5%應(yīng)力的溫度。

退火溫度范圍：最高退火溫度和最低退火溫度之間的范圍。

一般玻璃的退火溫度為550℃±20℃。第125頁/共157頁退火工藝一般分為四個階段：1.加熱階段;2.均熱階段;3.慢冷階段;4.快冷階段。圖3～16。

圖3～16玻璃退火工藝圖3～16玻璃退火工藝圖3～16玻璃退火工藝第126頁/共157頁第四章

玻璃工業(yè)的環(huán)境保護(hù)

第127頁/共157頁第一節(jié)大氣污染

第128頁/共157頁一、燃料產(chǎn)生的廢氣1．SO2：會形成酸雨。防治措施：高空排放和排煙脫硫（用CaCO3、Ca（OH）2、Na2SO4等）2.NOX：其毒性比CO大數(shù)百倍且與人體的血色素有很強(qiáng)的親和力。

防治措施：用NH3氣體將其還原。NOX+NH3===N2+H2O第129頁/共157頁二、原料分解氣體1．F：CaF4熔融后會形成SiF4、HF等，這些氟化物在大氣中的濃度大于百萬分之一時即可引起中毒。防治措施：用水（堿水、清水、海水）吸收。2．Cd、Pb、As等重金屬，它們本身為有毒元素，會引起中毒。防治措施：用電收塵或其它除塵法將其回收。3．粉塵：大量吸入會引起矽肺。防治措施：采用洗塵器回收。第130頁/共157頁第二節(jié)

廢水污染

第131頁/共157頁廢水中主要是As、氟化物、酚以及Pb、Hg、Cd、Cr等。其中酚易溶于水，是最主要的污染物。它來自于煤氣，在洗滌過程中溶于水。防治措施：用活性炭等吸附、萃取或用微生物分解。

第132頁/共157頁第三節(jié)

噪聲污染

第133頁/共157頁防治措施：1.降低噪聲強(qiáng)度；2.阻止噪聲傳播；

3.噪聲控制；

4.勞動保護(hù)。

第134頁/共157頁5.新型玻璃材料及發(fā)展方向

第135頁/共157頁一、玻璃馬賽克

即乳化彩色不透明玻璃。外墻飾面材料，常用熔融法制備，壓延法成型。少用燒結(jié)法。工藝流程：原料（石英砂、著色劑、乳濁劑等）→配合料→池窯熔化（色彩均勻、色澤穩(wěn)定）→連續(xù)壓延（出現(xiàn)花紋）→退火（消除應(yīng)力）→折斷（拆成小塊）→挑選（去除次品）→拼裝（12×12、15×15）→粘貼紙皮（固定小塊）→成品→入庫第136頁/共157頁二、微晶玻璃

微晶玻璃的制備工藝與熔融玻璃的生產(chǎn)過程相似，只是多了晶化處理的過程。常用來代替建筑石材。微晶玻璃與大理巖、花崗巖相比具有熱膨脹小、耐壓強(qiáng)度大、硬度大、吸水率小、熱傳導(dǎo)小、耐酸、堿性好等特點(diǎn)。其性能取決于析晶的種類、粒徑大小、數(shù)量等。根據(jù)其析晶的種類分為硅灰石型、石英型、氟金云母型、霞石型、鈣黃長石型、堇青石型等。第137頁/共157頁工藝流程：晶核劑→配合料→熔制→壓延成型→拆切→晶化處理。

微晶玻璃也可以采用燒結(jié)方式制備，其故意過程為：晶核劑→配合料→成型→燒結(jié)→晶化處理。

微晶玻璃的晶化處理一般采用階梯式升溫，圖5～1。

第138頁/共157頁圖5～1微晶玻璃的熱處理溫度曲線

第139頁/共157頁三、鋼化玻璃

研究表明，玻璃的實(shí)際強(qiáng)度大大低于理論強(qiáng)度是由于玻璃表面存在大量的微裂紋，有人測定：300個/mm2。消除玻璃表面的微裂紋或避免表面損傷，抑制微裂紋增長等使玻璃強(qiáng)度增加的過程為鋼化過程。

第140頁/共157頁1．熱鋼化熱鋼化是將玻璃做淬火處理在玻璃的內(nèi)部和表面形成很大的溫度梯