低熔点玻璃的熔制与性能检测

一、绪论

玻璃，是一种透明，不透气，并具一定硬度的物料。玻璃在日常环境中呈化学惰性，亦不会与生物起作用。玻璃一般不溶于酸（例外：氢氟酸与玻璃反应生成SiF4，从而导致玻璃的腐蚀）；但轻微溶于强碱，例如氢氧化铯 ，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学氧化物的组成(Na2O·CaO·6SiO2),主要成份是二氧化硅。广泛应用于建筑物，用来隔风透光，属于混合物。另有混入了某些金属的氧化物或者盐类而显现出颜色的有色玻璃，和通过特殊方法制得的钢化玻璃等。有时把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也称作有机玻璃。玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固而得，约公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃装饰品和简单玻璃器皿，当时只有有色玻璃。约公元前1000年前，中国制造出无色玻璃。公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃；1874年，比利时首先制出平板玻璃。

成分结构：普通玻璃的成分主要是二氧化硅(SiO2，即石英，砂的主要成分)。而纯硅土熔点为摄氏2000度，因此制造玻璃时一般会加入碳酸钠(Na2CO3 ，即苏打)与碳酸钾(Potash，K2CO3，钾碱)，这样硅土熔点将降至摄氏1000度左右。但是碳酸钠会使玻璃溶于水中，因此通常还要加入适量的氧化钙(CaO)使玻璃不溶于水。可见光透明是玻璃最大的特点，一般的玻璃因为制造时加进了碳酸钠，所以对波长短于400nm的紫外线并不透明。如果要让紫外线穿透，玻璃必须以纯正的二氧化硅制造，这种玻璃成本较高，一般被称为石英玻璃。纯玻璃对红外线亦是透明的，可以造成数公里长，作通讯用途的玻璃纤维。

发展：玻璃产业的发展起源于欧美国家，近几年来，中国的玻璃企业产能扩张迅速，产能

已与美国、德国等国家的产能相当，随着国际玻璃产业逐渐向中国转移以及中国本土企业研发、生产能力的提高，中国在未来几年将成为全球最重要的的玻璃生产基地之一。

应用：我们使用的玻璃是由石英砂、纯碱、长石及石灰石经高温制成的。熔体在冷却过程

中黏度逐渐增大而得的不结晶的固体材料。性脆而透明。有石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟化物玻璃、高温玻璃、耐高压玻璃、防紫外线玻璃、防爆玻璃等。通常指硅酸盐玻璃，以石英砂、纯碱、长石及石灰石等为原料，经混和、高温熔融、匀化后，加工成形，再经退火而得。广泛用于建筑、日用、医疗、化学、电子、仪表、核工程等领域。

通性：

1.各向同性：均质玻璃在各个方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数等性 能相同。

2. 介稳性：当熔体冷却成玻璃体时，它能在较低温度下保留高温时的结构而不变化。 3.可逆渐变性：熔融态向玻璃态转化是可逆和渐变的。

4.连续性：熔融态向玻璃态转变时物理化学性质随温度变化是连续的。

性能分类：此外，玻璃按性能特点又分为：钢化玻璃、多孔玻璃(即泡沫玻璃，孔径约40，

用于海水淡化、病毒过滤等方面）、导电玻璃(用作电极和飞机风挡玻璃)、微晶玻璃、乳浊玻璃（用于照明器件和装饰物品等）和中空玻璃（用作门窗玻璃）等。

玻璃的通性:玻璃是一种无规则结构的非晶态固体（从微观上看，玻璃也是一种液体），

其原子不像晶体那样在空间具有长程有序的排列，而近似于液体那样具有短程有序。玻璃像固体一样保持特定的外形，不像液体那样随重力作用而流动。

防火玻璃:防火玻璃主要有五种，其一是夹层复合防火玻璃，其二是夹丝防火玻璃，其三

是特种防火玻璃，其四是中空防火玻璃，其五是高强度单层铯钾防火玻璃。当然科技是在不断的发展，所以相关的方面也是在不断的改善，不同类别的玻璃它的效用是不一样的，所以其相关的制作工艺以及使用用途是不同的，这是需要我们进行细致化考虑和分析的。

回收处理:由于玻璃的成分主要是二氧化硅，而二氧化硅是很难自然分解的，段在自然环

境下，需要100万年的时间，所以为了保护环境，我们要注意使用玻璃制品，要有回收利用的意识，每回收一个玻璃瓶所节省的能量足可以让100瓦的灯泡亮4小时。

生产原料:玻璃生产的主要原料有玻璃形成体、玻璃调整物和玻璃中间体，其余为辅助原

料。主要原料指引入玻璃形成网络的氧化物、中间体氧化物和网络外氧化物；辅助原料包括澄清剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、脱色剂、氧化剂和还原剂等。

玻璃生产工艺: 主要包括：①原料预加工。将块状原料（石英砂、纯碱、石灰石、长石等）

粉碎，使潮湿原料干燥，将含铁原料进行除铁处理，以保证玻璃质量。②配合料制备。③熔制。玻璃配合料在池窑或坩埚窑内进行高温（1550~1600度）加热，使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃。④成型。将液态玻璃加工成所要求形状的制品，如平板、各种器皿等。⑤热处理。通过退火、淬火等工艺，消除或产生玻璃内部的应力、分相或晶化，以及改变玻璃的结构状态。

保养:

1、平时不要用力碰撞玻璃面，为防玻璃面刮花，最好铺上台布。在玻璃家具上搁放东西时，要轻拿轻放，切忌碰撞。

2、日常清洁时，用湿毛巾或报纸擦拭即可，如遇污迹可用毛巾蘸啤酒或温热的食醋擦除，另外也可以使用市场上出售的玻璃清洗剂，忌用酸碱性较强的溶液清洁。冬天玻璃表面易结霜，可用布蘸浓盐水或白酒来擦拭，效果很好。

3、有花纹的毛玻璃一旦脏了，可用蘸有清洁剂的牙刷，顺着图样打圈擦拭即可去除。此外，也可以在玻璃上滴点煤油或用粉笔灰和石膏粉蘸水涂在玻璃上晾干，再用干净布或棉花擦，这样玻璃既干净又明亮。

4、玻璃家具最好安放在一个较固定的地方，不要随意地来回移动；要平稳放置物件，沉重物件应放置玻璃家具底部，防止家具重心不稳造成翻倒。另外，要避免潮湿，远离炉灶，要与酸、碱等化工试剂隔绝，防止腐蚀变质。

5、使用保鲜膜和喷有洗涤剂的湿布也可以让时常沾满油污的玻璃“重获新生”。首先，将玻璃全面喷上清洁剂，再贴上保鲜膜，使凝固的油渍软化，过十分钟后，撕去保鲜膜，再以湿布擦拭即可。要想保持玻璃光洁明亮，必须经常动手清洁，玻璃上若有笔迹，可用橡皮浸水摩擦，然后再用湿布擦拭；玻璃上若有油漆，可用棉花蘸热醋擦洗；用清洁干布蘸酒精擦拭玻璃，可使其亮如水晶。

注意事项:

1、在施工完毕后，要注意加贴防撞警告标志，一般可以用不干贴、彩色电工胶布等予以提示。

2、玻璃安装的另一面是封闭的话，要注意在安装前清洁好表面。最好使用专用的玻璃清洁剂，并且要待其干透后证实没有污痕后方可安装，安装时最好使用干净的建筑手套。

3、玻璃的安装，要使用硅酮密封胶进行固定，在窗户等安装中，还需要与橡胶密封条等配合使用。

4、在运输过程中为了避免不必要的损失，一定要注意固定和加软护垫。一般建议采用竖立的方法运输。车辆也应该注意保持稳定、慢速。

市场: 产能出清逐步完成，盈利向上趋势明确，接近09年的历史最高值，我们了解到年中

行业内仍有较多数量的生产线投产，行业产能出清在逐步完成。玻璃价格稳定，预计玻璃价格将呈现震荡上行的态势，新线点火短期会对价格形成压制，但大幅下跌的可能性很小。

二 、关键词：低熔点玻璃 熔制 性能检测 三、摘要：

玻璃的熔制实验是一项很重要的实验。在教学、科研和生产中，往往需要设计、研究和 制造玻璃的新品种，或者对传统的玻璃生产工艺进行某种改革。在这些情况下，为了寻找合 理的玻璃成分、了解玻璃熔制过程中各种因素所产生的影响、摸索合理的熔制工艺制度、提 出各种数据以指导生产实践等，一般都要先做熔制实验，制取玻璃样品，再对样品进行各种 性能测定，判断各种性能指标是否达到预期的要求。如此反复进行，直至找到玻璃的最佳配 方，满足各种性能要求为止。热稳定性是玻璃经受温度的剧变而不被破坏的能力.玻璃所经受的极限温差即是热稳定性的限度.众所周知,玻璃的热稳定性取决于它的化学组成、冷却强度或加热强度以及制品的形状和尺寸.玻璃的热稳定性是用已知方法测定的,但是,在研究和生产实践中常常是仅知道玻璃的化学组成,就需对玻璃热稳定性作出评价.

四、正文 低熔点玻璃的熔制与性能检测

（一）.目的

玻璃的熔制实验是一项很重要的实验。在教学、科研和生产中，往往需要设计、研究和 制造玻璃的新品种，或者对传统的玻璃生产工艺进行某种改革。在这些情况下，为了寻找合 理的玻璃成分、了解玻璃熔制过程中各种因素所产生的影响、摸索合理的熔制工艺制度、提 出各种数据以指导生产实践等，一般都要先做熔制实验，制取玻璃样品，再对样品进行各种 性能测定，判断各种性能指标是否达到预期的要求。如此反复进行，直至找到玻璃的最佳配 方，满足各种性能要求为止。

通过玻璃熔制试验，主要让学生掌握在实验条件下进行玻璃成分的设计、原料的选择、 配料计算、配合料的制备、用小型柑祸进行玻璃的熔制、玻璃试样的成形等，完成一整套玻

璃材料制备过程的基本训练；了解熔制玻璃的设备及其测试仪器，掌握其使用方法；观察熔 制温度、保温时间和助熔剂含量对熔化过程的影响；根据实验结果分析玻璃成分、熔制制度 是否合理，为以后从事玻璃的研究和生产工作奠定基础。

（二.）实验原理

玻璃的熔制过程是一个相当复杂的过程，它包括一系列物理的、化学的、物理化学的现 象和反应。物理过程：指配合料加热时水分的排除，某些组成的挥发，多晶转变以及单组分 的熔化过程。化学过程：指各种盐类被加热后结晶水的排除，盐类的分解，各组分间的互相 反应以及硅酸盐的形成等过程。物理化学过程:包括物料的固相反应，共熔体的产生，各约 分生成物的互熔，玻璃液与炉气之间、玻璃液与耐火材料之间的相互作用等过程。由于有了 这些反应和现象，由各种原料通过机械混合而成的配合料一才能变成复杂的、具有一定物理化

学性质的熔融玻璃液。 应当指出，这些反应和现象在熔制过程中常常不是严格按照某些预足的顺序进行的，而 是彼此之间有着相互密切的关系。例如，在硅酸盐形成阶段中伴随着玻璃形成过程，在澄清 阶段中同样包含有玻璃液的均化。为便于学习和研究，常可根据熔制过程中的不同实质而分 为硅酸盐的形成、玻璃的形成、玻璃液的澄清、玻璃液的均化、玻璃液的冷却五个阶段。 纵观玻璃熔制的全过程，就是把合格的配合料加热熔化使之成为合乎成刑要求的玻璃 液。其实质就是把配合料熔制成玻璃液，把不均质的玻璃液进一步改善成均质的玻璃液，并 使之冷却到成型所需要的粘度。因此，也可把玻璃熔制的全过程划分为两个阶段，即配合利 的熔融阶级和玻璃液的精练阶段。

（三）、实验器材

①高温电炉;②高铝坩埚（100mL或150m1)③坩埚钳，石棉手套;④浇注玻璃样品 的模具;⑤退火用马弗炉(附控温仪表);⑥研钵:⑦烘箱;⑧大平(1毫克)。

（四）、配合料的制备

1、原料选择:原料配合料一的制备，首先是根据预先已确定的玻璃组成私}玻璃性能要求， 选择所需要原料一，选择时应考虑原材料的质量是否合格，对人体是否有害，对耐火材料和柑是否有侵蚀等。化工原料二氧化硅，纯碱，碳酸钙，，硝酸钾，硼砂等。

易熔玻璃的成分示例: 配方编号 1 SiO2 66 K2O 10 Na2O 9 B2O3 12 CaO 3 备注 氧化物百分质量 2配方计算:先确定好原料，后进行配方计算，以玻璃的重量百分组成和原料的化学成分为基

础。通常是先计算出50g玻璃所需用的各种原料一的用量，然后根据融化玻璃所选用的坩埚大小确定每付料的用量。在配方计算时，应考虑原料的水分，因此必须对原料含水率进行测定，另外，还应考虑熔化时有的原料在高温易挥发，因此在计算时应考虑补偿挥发组分。

原料成分表 原料名称 SiO2 二氧化硅 硝酸钾 纯碱 碳酸钙 硼酸 99.00 KNO3 99.71

3配料当配方计算确定之后，将原料按配比的先后顺序排列、放置，以配比先后次 序精确称量，对于块状原料或颗粒度大的原料应事先研磨过筛后再称量，混合时先将石英砂 置入研钵中，然后加助熔的纯碱等，预混10-15分钟，再将其他原料一加入混合均匀。可以 根据个人情沉选择配合料种类。

原料用量表

原料名称 1 二氧化硅 33.33 硝酸钾 10.53 纯碱 7.84 碳酸钙 2.68 硼酸 10.63 合计 65.01 氧化物名称及质量% Na2CO3 99.80 H3BO3 99.00 CaCO3 94.00 （五）、熔制与成型

①检查电源线路。

②把配合料装入高铝坩埚中。为防比增竭意外破裂造成电炉损坏，可在浅的耐火匣钵 底部中垫以A 1203粉，再将泪锅放人匣钵中，然后推人电炉的炉膛。给电炉通电，以4-6 ℃/min的升温速度升温到900℃，并保温1h后。

③以3 ℃/min升温速度，继续升温到1200 ℃，保温l lm

④以3 ℃/min升温速度，继续升温到1300 ℃，保温2h。各玻璃保漏温度和保温时间因玻璃配方不同而异，本实验的熔制温度在1300-1450℃之内，保温2-3h，使玻璃液完成均化和澄清过程。对于硼酸醉等类含有高温下产气物质的配合料，则升温速度要降低，以防物料溢出。

对于未知熔制温度的新配方玻璃的熔制，可以根据有关文献初步确定玻璃的熔制温度， 实验中可在此温度上卜约100 ℃的范围内，每隔20-30℃各取出一只柑锅，据此确定玻璃的 熔制温度和保温时间。

⑤保温结束后，从炉中取出钳锅，采用“模型浇注法”将浇注好的模型放人退火炉中退 火，关上退火炉门，保温l0min,断电，让其自然冷却。

在实验室中，玻璃的成型一般采用“模型浇注法”或“破塌法”在完成上述的熔制后，连同增锅一起冷却并退火，冷却后再除去柑竭，得到所需要的试样是“破祸法”将完成熔制的高温玻璃液，倾注入经预热过的金属或耐火材料模具中，然后立即置人预热至500-600℃ 的马弗炉中，按一定的温度制度缓慢降温则是“模型浇注法，，。浇铸成一定形状的玻璃可以作理化性能和工艺性能测试用的样品。

⑥待装有玻璃的增祸冷却到室后，用小铁锤尖端敲打增锅底和内壁，使之裂成两半研究所

得的一半，观察增锅中心、表面、底和周壁的硅酸盐形成、玻璃形成、熔透和澄清情况气泡多少，未熔透颗粒数量，玻璃液表面有否泡沫、颜色、透明度及玻璃液的其他特征，此外，应仔细研究增锅壁特别是玻璃液面上的侵蚀特征。

（六）.玻璃性能检测

用制备的玻璃棒做热稳定性能检测。

1.实验目的

玻璃的热稳定性又称耐极冷极热性，也称耐热温差等，是玻璃抵抗冷热急变的能力，它 在玻璃热加厂方面和日常使用中特别重要。

本实验的目的是了解测定玻璃热稳定性的实际意义，掌握淬冷法测足玻璃热稳定性的原 理和测定方法。

2.实验原理

决定玻璃热稳定性的基本因素是玻璃的热膨胀系数，热膨胀系数大的玻璃热稳定性差; 膨胀系数小的玻璃，热稳定性好。而玻璃的膨胀系数，主要取决于它的化学组成。其次，玻 璃的退火质量，亦将影响耐急冷急热性。另外玻璃表面的擦伤或裂纹以及各种缺陷，都能使 其热稳定性降低。玻璃的导热性能很低，由于热胀冷缩，在温度突然发生变化的过程中，玻 璃中产生分布不均匀的应力，如果应力超过了它的抗张强度，玻璃即行破裂。因为热应力值 随温差的大小而变化，故可以用温差来表示热稳足性。我们把玻璃不开裂所能承受的最低温 度差，称为耐热温差。

测定玻璃热稳定性的基本方法是骤冷法。可以用试样加热骤冷，也可以用制品加热骤冷。 用制品直接作为试样具有实际的子比表意义。

淬冷法测定玻璃热稳定性的原理是:当玻璃被加热到一定温度后，如予以极冷，则表面 温度很快降低，产生强烈的收缩，但此时内部温度仍较高，处于相对膨胀状态，阻碍了表面 层的收缩，使表面产生较大的张应力，如张应力超过极限强度时，制品即破坏。淬冷法需把 玻璃制成一定大小的试样，加热使试样内外的温度均匀，然后使之骤冷，观察它是否碎裂。 但是同样的玻璃，由于各种原因，其质量也往往是不完全相同的，因而所能承受的不开裂温 差也不相同，所以要测定一种玻璃的热稳定性，必须取若干块样品，将它加热到一定温度后，进行淬冷，观察并记录其中碎裂的样品的块数，把碎裂的样品拣出后，将剩余未碎裂的样品继续加热至较高的温度，待样品热至均匀后，重复进行第二次淬冷，按同样手续拣出碎裂的样品，记下碎裂的块数。重复以上手续，直至加入的样品全部碎裂为止。

玻璃的耐热温度可由下式计算： ΔT=（n1Δt1 +n2Δt2 +n3Δt3 +Λ+niΔti）/（ n1 +n2 +n3 +Λ+ni） ΔT——玻璃的耐热温度

Δt1Δt2Δt3Λti——淬冷加热温度和冷水温度之差 n1 n2 n3 Λni——在相应温度下破碎的块数。

3.实验步骤

I)将样品放入电炉中，以3-50C/min的升潺速度，将炉温升高到低于预估耐热温度约 40-50 0C。保温10min.

2)测量并记录冷水温度。开启炉门，使试样落入冷水中。30s后取出试样，擦干，用 放大镜检查，记录已破裂试样数。

3)将未破裂试样重新放入小篓中，作第二次测定，炉混比前一次升高100C，继续实验 直至试样全部破裂为比。

4.实验记录及数据处理

试样直径=(0.244+0.257+0.261)/3=0.254mm 破裂温度差=320-24=296℃

将实验结果记录于表内，计算试样的耐热混度△T平均值。

玻璃热稳定行测定记录表

试样名称 第六组 冷水温度°C 24

试样直径mm 0.254 炉温°C 320 试样长度mm 10.702 破裂块数 4 室温°C 28.5 破裂温度°C 296 七.思考题

1、说明你所选用的各种原料在玻璃熔制过程中的作用。

答：石英砂：主要引入二氧化硅（SiO2）。二氧化硅是重要的玻璃形成氧化物，在玻璃中以硅氧四面体[SiO4]的结构单元形成不规则的连续结构，构成玻璃的骨架。二氧化硅能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度、机械强度、透明度和粘度。

硼砂：熔制时同时引入Na2O和B2O3，B2O3易挥发。B2O3能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性，改善玻璃的光泽，提高玻璃的机械强度。B2O3在高温时能降低玻璃的粘度，在低温时则提高玻璃的粘度。B2O3还起助熔作用。

硝酸钾：KNO3熔点和分解温度较低，受热分解为Na2O、N2、O2，可与二氧化硅（SiO2）形成低共熔物，同时还具有强氧化和澄清作用，因而加速了玻璃的熔制。

碳酸镁：高温分解生成MgO，MgO在玻璃中能提高玻璃的化学稳定性，增加机械强度，

并能降低玻璃的析晶倾向。MgO还能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性，减轻玻璃熔体对耐火材料的侵蚀，但是，MgO含量增加会使玻璃熔体的粘度大幅度提高。

纯碱: 网络外体使O/Si增加而降低粘度,是良好的助熔剂,但使热膨胀系数增加,化稳性下降,强度降低.一般玻璃中引入量不超过18%

2、 根据热稳定性实验结果，总结实验过程中的问题及解决方案。

答：热稳定性是玻璃经受温度的剧变而不被破坏的能力.玻璃所经受的极限温差即是热稳定性的限度.众所周知,玻璃的热稳定性取决于它的化学组成、冷却强度或加热强度以及制品的形状和尺寸.玻璃的热稳定性是用已知方法测定的,但是,在研究和生产实践中常常是仅知道玻璃的化学组成,就需对玻璃热稳定性作出评价.

五、参考文献：

1、谢丽美 孙大海 等 《建筑玻璃与工业玻璃》 2001 第2期； 2、《玻璃钢/复合材料》编辑部 玻璃钢/复合材料》期刊 2004年6月。

班级：无机102

姓名：齐向群