第一節 概 述
玻璃是一種具有各種優良性能和易加工的材料,它廣泛用于各個領域,如建筑玻璃、日用玻璃、光學玻璃、電真空玻璃、藥用玻璃、儀器玻璃、激光玻璃等。它們的品種與用途雖各不相同,但它們的生產工藝卻有如下相近的生產流程:
成分設計 原料加工 配合料制備 坩堝窯熔化或池窯熔化 成型 一次制品 退火窯退火 缺陷檢驗 一次制品 深加工 檢驗 二次制品
在上述流程中,不同制品的差異處在于:有各自的成分設計和各自的成型方法;一次制品經深加工可得二次制品。例如,窗用玻璃在成分設計上采用鈉鈣硅玻璃系統,由浮法成型制得一次制品窗用玻璃;光學玻璃在成分設計上采用磷酸鹽玻璃系統,由壓制法成型,經研磨、拋光而制得一次制品光學透鏡,等等。
把一次制品經深加工后,增添了新的性質與新的用途,這種玻璃稱二次制品,常稱深加工玻璃。例如,把一次制品的窗用玻璃,經磁控離子濺射法制成二次制品鍍膜玻璃,使玻璃增加了彩色和反射光的性質,等等。以下按上述生產流程敘述玻璃生產工藝。
第二節 原料與配合料的制備
一 • 原料的選擇
原料的選擇與配合料的制備是玻璃生產工藝的重要組成部分,它直接影響制品的產量、質量與成本。因此,能否獲得優質高產的配合料對后續的熔制工藝和成型工藝的關系極大。在新品種玻璃投產前必須選用原料,有時為配合工藝要求,需要在日常生產中改變原料品種,因此選擇原料是一項重要工作。不同的玻璃品種對原料的要求不盡相同,但也有一些選擇原料的共同準則,這些準則是:
(1) 原料的質量應符合玻璃制品的技術要求,其中包括化學成分穩定、含水量穩定、顆粒組成穩定、有害雜質少 ( 主要指 Fe 2 O 3 ) 等。
(2) 便于在日常生產中調整成分;
(3) 適于熔化與澄清,揮發與分解的氣體無毒性;
(4) 對耐火材料的侵蝕要小;
(5) 原料應易加工、礦藏量大、分布廣、運輸方便、價格低等。
對所選原料在使用前應進行破粉碎試驗、熔制試驗和制品的物性檢驗。
第三節 原 料
玻璃原料通常分為主要原料及輔助原料。
主要原料:在一般玻璃中,它的主要成分有 SiO 2 、 Na 2 O 、 CaO 、 Al 2 0 3 、 MgO 等五種成分,為引入上述成分而使用的原料稱主要原料。輔助原料:為使玻璃獲得某種必要的性質,或為加速玻璃熔制過程而引入的原料通稱為輔助原料。以下分別敘述上述兩類原料。
一• 引人 SiO 2 的原料
SiO 2 是玻璃中最主要的成分,它使玻璃具有高的化學穩定性、力學性能、電學性能、熱學性能,但含量過多時使熔制的玻璃液粘度過大,為此需相應提高熔化溫度。引入 2 的原料主要有硅砂和砂巖。
1 .硅砂
也稱石英砂,它主要由石英顆粒所組成。質地純凈的硅砂為白色,一般硅砂因含有鐵的氧化物和有機質而呈淡黃色、紅褐色。 評價硅砂的質量主要有以下三個指標:
(1) 硅砂的化學組成。它的主要成分是 SiO 2 ,另含有少量的 Al 2 O 3 、 Na 2 O 、 K 2 O 、 CaO 等無害雜質。主要的有害雜質為氧化鐵,它能使玻璃著成藍綠色而影響玻璃透明度。有些硅砂中尚含有 Cr 2 0 3 ,它的著色能力比 Fe 2 O= 大 30-50 倍,使玻璃著成綠色; TiO 2 使玻璃著成黃色,若與氧化鐵同時存在可使玻璃著成黃褐色。
(2) 硅砂的顆粒組成。它是評價硅砂質量的重要指標。它的顆粒大小與顆粒組成對原料制備、玻璃熔制、蓄熱室堵塞均有直接影響。通常顆粒度越細,其鋁鐵含量也越大。硅砂的粒徑應在 0.15 ~ O .8mm 之間。
(3) 硅砂的礦物組成。與其伴生的無害礦物有長石、高嶺石、白云石、方解石等;與其伴生的有害礦物主要有赤鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦等。
2、砂巖
是由石英顆粒和粘性物質在地質高壓下膠結而成的堅實致密的巖石。根據粘性物質的性質可分為粘土質砂巖、長石質砂巖和鈣質砂巖。所以砂巖成分不僅取決于石英顆粒,而且與粘性物質的種類和含量有關。砂巖中的有害雜質是氧化鐵。
3、澄清劑
凡在玻璃熔制過程中能分解產生氣體,或能降低玻璃粘度促使玻璃液中氣泡排除的原料稱澄清劑。常用的澄清劑可分為以下三類:
1 .氧化砷和氧化銻
均為白色粉末。它們在單獨使用時將升華揮發,僅起鼓泡作用。與硝酸鹽組合作用時,它低溫吸收氧氣,在高溫放出氧氣而起澄清作用。由于 As 2 0 3 的粉狀和蒸氣都是極毒物質,目前已很少使用,大都改用 Sb 2 O 3 。
2 .硫酸鹽原料
主要有硫酸鈉,它在高溫時分解逸出氣體而起澄清作用,玻璃廠大都采用此類澄清劑。
3 .氟化物類原料
主要有螢石 (CaF 2 ) 及氟硅酸鈉 (Na 2 SiF 6 ) 。螢石是天然礦物,是由白、綠、藍、紫色組成的微透明的巖石。氟硅酸鈉是工業副產品。在熔制過程中,此類原料是以降低玻璃液粘度而起澄清作用。對耐火材料侵蝕大,產生的氣體 (HF 、 SiF 4 ) 污染環境,目前已限制使用。