1、第三章 玻璃的工艺学,玻璃配合料的制备玻璃的熔制 玻璃的成形与退火玻璃的缺陷,本章练习,1、名词解释纯碱挥散率、芒硝含率、煤粉含率、萤石含率、玻璃熔制 2、简 答1）简述表面张力在玻璃制备工艺中的作用（主要是玻璃澄 清和成形）；2）玻璃缺陷主要有哪些，玻璃的气泡的成因是什么？3）什么是浮法玻璃，浮法玻璃是如何实现玻璃厚度控制的？,玻璃成分的设计,玻璃成分的设计要考虑的主要有如下方面：,1制品质量要求，指制品对玻璃性能的要求,2工艺要求,2.1熔制方面 应便于熔制，澄清，不易产生缺陷。,2.2成型方面 要求玻璃的粘度-温度曲线能适应成型操作的要求，在保证产品质量的前提下，有最大的成型速度，并在成
2、型时不能析晶。,2.3加工方面 如热处理时不易析晶，玻璃中的氧化物不易被还原，能满足在以后的研磨，熔接等加工时的操作要求。,原料的选择,原料选择的基本要求,1符合玻璃既定设计的成分要求，又要为成分调整留有余地,2原料质量符合技术要求,3适于熔化和澄清,4容易加工破碎,5对耐火材料的侵蚀要小,1. 玻璃配合料的制备,根据设计的玻璃组成及所选用的原料成分，将各种原料的粉料按一定比例称量，混合而成的均匀混合物称做配合料。 实践证明，成分和粘度均匀的配合料，不仅能强化玻璃的熔化和澄清过程，而且还能减少或消除影响玻璃质量的各种弊病。,组成正确和稳定 配合料的组成正确和稳定关系着玻璃成分的正确和稳定。通常
3、必须从配料计算和各原料称量的正确性两方面来保证。当原料的化学成分、水分等发生变化时，必须随时调整配方。,对配合料的质量要求,具有一定的颗粒级配 构成配合料的各种原料均有一定的颗粒组成。它直接影响到配合料的均匀度、玻璃熔化速度、玻璃液的均匀度。 不仅要求同一种原料有适宜的颗粒度，而且要求各种原料之间有一定的粒度比，其目的在于提高混合均匀度和防止配合料在运输过程中的分层。 适当减小难熔原料的粒度有利于提高熔化速度。,具有一定的水分 配合料中含有一定的水分或有润湿剂的水，润湿石英原料，使水在石英颗粒表面形成水膜，这层水膜可以溶解纯碱和芒硝达5%，有助于加速熔化。同时，可以增加原料颗粒之间粘附力，有利
4、于减少粉尘、防止分层、提高混合均匀度。 配合料的加水量随着原料粒度变化也要变化，颗粒度愈细，加水量愈多。配合料的含水量一般在3-7(质量分数)范围。,具有一定的气体率 配合料加热分解逸出的气体量与配合料质量之比称为气体率。配合料中必须含有部分能受热分解放出气体的原料，逸出一定量的气体能使玻璃熔体产生搅拌作用，有利于玻璃液的澄清和均化。气体率过高，会造成玻璃起泡，“溢料”，但气体率过低，又使玻璃“发滞”，不易澄清。不同种类的配合料，气体率要求不同，对于钠钙硅酸盐玻璃来说，合适的气体率为15-20。硼硅酸盐玻璃的气体率一般为9-15。,均匀性良好 配合料是否混合均匀，将影响玻璃制品的产量和质量。如
5、果混合不均匀，则在石英砂等难熔物较多之处熔化就困难，甚至会残留未熔化的石英颗粒，破坏了玻璃的均匀性，使玻璃中产生结石、条纹、气泡等缺陷。而在易熔物(如纯碱等)较多处，易侵蚀耐火材料，也会造成玻璃不均匀。,配合料计算中的工艺参数,纯碱挥散率 纯碱中未参与反应的挥发、飞散量与总量的比值，即它与加料方式、熔化方法、熔制温度、纯碱的本性有关。在池窑中纯碱的挥散率一般在0.23.5之间。 芒硝含率 芒硝引入的Na2O与芒硝和纯碱引入的Na2O总量之比，即：芒硝含率随原料供应和熔化情况而改变，一般为5%8%。,煤粉含率 由煤粉引入的固定碳与芒硝引入的Na2SO4之比，即：在生产上一般控制在35。萤石含率
6、由萤石引入的CaF2量与原料总量之比，即：一般为1826。,计算步骤,第一步先粗算。即假定玻璃中全部SiO2和Al2O3均由硅砂和砂岩引入；Ca O和Mg O均由白云石和菱镁矿引入。在粗算时，可选择含氧化物种类最少，或用量最多的原料开始计算。,第二步进行校正。例如，在粗算硅砂和砂岩用量时，没有考虑其他原料所带入的SiO2和Al2O3，所以应加以校正。,第三步把计算结果换算成配料单。,配料计算实例,高强度低膨胀微晶玻璃（Li2O-Al2O3-SiO2系统）配料计算,性能要求,化学组成,原料选用 硅砂（含SiO299%） 磷酸铝AlPO4(CP) 氢氧化铝Al(OH)3(CP) 氧化钛TiO2 (
7、CP) 氧化锆ZrO2 (工业级) 碳酸镁 MgCO3（CP） 硝酸钾KNO3(CP) 氟化钠NaF(CP) 碳酸锂Li2CO3(CP) 氧化砷 As2O3 (CP) 硝酸铵NH4NO3（AR）,挥散量设定（%）；P2O5 50 ZrO2 25 TiO2 10 Li2O 6,配合料计算,硅砂 SiO2 65.400.99=66.06 磷酸铝 P2O5 1.31 0.50=2.62AlPO4 2.620.58=4.52 Al2O3 4.52 0.42=1.90 氢氧化铝 Al2O3 22.80-1.90=20.90 Al(OH)3 20.900.654=31.96 氧化锆 ZrO2 2.170.
8、75=2.89 氧化钛 TiO2 2.070.90=2.30 碳酸镁 MgCO3 0.440.478=0.92 氟化钠 NaF 0.460.74=0.62 硝酸钾 KNO3 0.310.446=0.67 碳酸锂 Li2O 4.150.94=4.41Li2CO3 4.410.405=10.90,配合料的要求,配合料的质量对玻璃制品的质量有较大的影响，基本要求是：,1颗粒组成,2水分,3气体含量,4配合料的均匀性,2. 玻璃的熔制,玻璃的熔制是将配合料投入耐火材料砌筑的熔窑中，经高温加热，得到无固体颗粒、符合成形要求的均匀、无气泡的、并符合成形要求的玻璃液的过程。它是配合料（粉末或块体）在窑炉中通
9、过热的传递、质的传递和动量传递，完成一系列物理的、化学的和物理化学过程。,配合料在加热形成玻璃过程中的变化,玻璃熔制过程,玻璃熔制过程包括硅酸盐形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷却五个阶段。,1.硅酸盐形成过程,配合料各组分在加热过程中经过一系列的物理变化和化学变化，主要的固相反应结束了，大部分气态产物从配合料中逸出。在这一阶段结束时，配合料变成由硅酸盐和未反应完的SiO2组成的半熔融烧结物。对于普通钠钙硅酸盐玻璃时，硅酸盐形成阶段在800900基本完成。,2. 玻璃的形成,随着温度升高，烧结物熔融，变为含有大量气泡、极不均匀的透明玻璃液的过程。硅酸盐形成阶段生成的各种硅酸盐烧结物和没有反应完的
10、石英颗粒相互溶解和扩散。平板玻璃形成大约在12001400完成。由于以上过程中以SiO2的扩散同化最慢，硅酸盐半熔融烧结构的熔融相对较快。因此，整个玻璃形成的速度取决于SiO2的扩散速度。,玻璃形成速度与熔制温度、砂粒和玻璃成分大小有关：,一般工业玻璃 硼酸盐玻璃 铅硅酸盐玻璃,索林诺夫 鲍特维金沃尔夫(M.Valf)提出玻璃熔化速度常数,不同值的配合料所对应的熔化温度,总之：石英颗粒愈小，反应时间愈短，玻璃形成速度愈快,3.玻璃的澄清,玻璃的澄清即是使玻璃液继续加热，降低熔体粘度，排除可见气泡（CO2、O2、SO2、NO2等）的过程。熔制平板玻璃时澄清过程在l400-1500完成。此时玻璃液
11、粘度约为10Pas。,存在于玻璃液中的气体有三种形态： 可见气泡：占玻璃中气体总体积约1； 溶解气体：与玻璃不反应的气体（如N2）存在网络间隙，溶解量与网络结构之密性与气体的分子直径有关； 化学结合气体：OH基，盐类（Na2SO4），变价氧化物等形式存在玻璃结构中，其溶解量与组成、气体种类有关。,气体的平衡状态气体从过饱和的玻璃液中分离出来，进入气泡或炉气中气泡中所含的气体分离出来进入炉气或溶解于玻璃液中气体从炉气中扩散到玻璃液中,在澄清过程中，可见气泡的排除，按下列两种方式进行： 气泡体积增大上升，漂浮于玻璃液表面后破裂消失； 小气泡中的气体组分溶解于玻璃液，小气泡被吸收而消失。 前一种情况
12、主要在熔化部进行；气泡的大小和玻璃液的粘度是气泡能否漂浮的决定因素。玻璃液中气泡的消除与表面张力所引起的气泡内压力的变化有关。,气泡的消除与气泡内压力的变化有关。,影响气泡排除的因素,气泡的上升速度与气泡半径的平方成正比，而与玻璃液粘度成反比。【斯托克斯定律】,表面张力,粘 度,半 径,影响玻璃液澄清的因素,配合料中的气体率 气体率过低，玻璃液形成不了翻腾，气泡难于排除，气体率过高，熔制时形成泡沫过多，不仅延长了澄清时间，气泡难以消除； 熔制温度 温度过高或过低使得澄清时间过长或不足，都不利于澄清； 压力制度 窑炉中必须保持微正压或零压； 引入澄清剂,变价氧化物类澄清剂 这类澄清剂有As2O3
13、、Sb2O3、CeO2、Mn2O3等。其中As2O3、Sb2O3最为常用。一般认为：As2O3澄清机理是基于在低温时吸收硝酸盐放出的O2而形成As2O5，高温时分解又放出O2而促使玻璃液澄清。其反应式为：As2O3 + O2 As2O5,澄清剂作用机理及应用,利用澄清剂生成大量溶解于玻璃液中的气体，在玻璃液中呈过饱和状态，提高了它们在玻璃液中的分压，并向残留于玻璃液中的气泡析出，降低气泡中已有其他气体的分压，重新加强它从玻璃液中吸取那些气体的能力。,硫酸盐类澄清剂 玻璃生产上常用硫酸盐类澄清剂，它分解后产生O2和SO2，对气泡的长大与溶解起重要作用。例如用芒硝(Na2SO4)作为澄清剂，高温分
14、解放出O2和SO2。,卤化物类澄清剂 这类澄清剂以不同方式降低熔体粘度。属于这类澄清剂的有氟化物、氯化物、溴化物、碘化物。氟化物在熔体中通过断裂玻璃结构而起澄清作用。SiOSi + NaF SiONa + FSi,玻璃液的沸腾与澄清作用相类似。一般在高温时将某纵含水的物体如湿木块、马铃薯等插入玻璃液底部，含水物体放出水分形成大量气泡而引起剧烈的沸腾搅动作用，以促进澄清。 还有鼓泡措施也对玻璃液产生沸腾搅拌作用。,4.玻璃的均化,均化作用就是在玻璃液中消除条纹和其他不均体，使玻璃液各部分在化学组成上达到预期的均匀一致。促进均化的主要因素有：,扩 散 扩散速度受熔体温度和粘度的制约。,表面张力 熔
15、体的表面张力对玻璃液均化的难易，比粘度更具有决定意义。,玻璃液的对流 由于玻璃液不同部位存在温度差，形成玻璃液的对流，成形引起的玻璃液流动，也会起一定的搅拌作用。,5.玻璃液的冷却,玻璃液的冷却为了将玻璃液的粘度增高到成形制度所需的范围。冷却过程中玻璃液温度通常降低200300，粘度范围为102103Pas。 玻璃液冷却过程中热均匀性和二次气泡会影响玻璃产量和质量。,二次气泡产生的原因,碳酸盐或硫酸盐的继续分解（残留的碳酸盐、芒硝，炉气中的SO2，O2和Na2O反应 ）含钡玻璃在高温和降温时易产生气泡 由于部分BaO在高温下被氧化成BaO2，当温度降低时，又分解放出氧气：BaO2BaOO2 溶
16、解的气体被析出 由于温度升高，溶解度减小,纵观玻璃熔制全过程，其实质：一是把配合料熔制成玻璃液；二是把不均质的玻璃液进一步改善成均质的玻璃液，并使之冷却到成形所需粘度。因此，也有把玻璃液熔制全过程划分为两个阶段，即配合料的熔融阶段和玻璃液的精炼阶段。,玻璃的熔化制度,温度制度 温度制度是决定影响玻璃熔制过程的重要因素，决定玻璃的熔化速度，温度越高，玻璃的熔化越快。同时又需考虑耐火材料的使用温度及其寿命的限制。,玻璃的熔化制度,压力制度 压力制度是直接影响到温度制度，压力制度的准确和稳定对玻璃的熔制起到了一定保障作用。一般保持微正压或零压。,玻璃的熔化制度,气氛制度 气氛制度分氧化、中性和还原气
17、氛。玻璃熔制过程中炉气的气氛性质要根据配合料和玻璃的组成和工艺要求而定。如对以CuO为着色剂的淡蓝色玻璃，需要保持氧化气氛。,影响玻璃熔制的因素,玻璃成分 玻璃的化学组成对玻璃大的熔制速度有决定性的影响。不同组成的玻璃其相应配合料熔化速度不同，一般玻璃中的高熔点组分(SiO2、Al2O3)含量越多熔化速度就越慢，而配合料中助熔剂含量越高熔化速度就越快。玻璃组成中碱金属和碱土金属与高熔点的比值越高，配合料的熔化速度就越快。,配合料的性质 品 种 组成原料不同，影响配合料分层、挥发量、熔化温度等。 颗粒度 配合料的颗粒组成影响熔化速度和熔化时间。颗粒度越小，熔化速度越快；过小引起分层 均匀度 影响
18、熔体的质量和熔制速度。,加速剂 加速剂可以降低熔体的表面张力和粘度，增加透热性，有利于熔体气泡的消除和化学均化，提高玻璃液的质量。如B2O3、As2O3、CaF2、(NH4)2SO4等加速剂降低玻璃熔体的粘度，加速玻璃液的澄清和均化。,加料方式 加料方式影响到熔化速度、熔化区的温度、液面状态和液面高度的温度，从而影响产量和产品质量。 采用薄层加料，配合料容易在上层受到火焰的辐射和对流加热，在下层接收玻璃液传导的热量，配合料中各组分保持均匀使硅酸盐形成和玻璃形成速度增加。,温度制度 熔化各阶段所需温度和时间决定于温度制度。温度越高，配合料易于熔融，有利于玻璃液的澄清和均化，熔制过程所需时间就越短
19、，当然温度的提高又必须考虑耐火材料的使用温度和配合料组分的挥发。最后，又必须冷却到一定温度，以形成合适于玻璃制品成形所需的粘度要求。,3. 玻璃的成形,玻璃的成形是指从熔融的玻璃液转变为具有固定几何形状的制品的过程。,玻璃的成形方法有压制法(制水杯、烟灰缸等)、压延法(压花玻璃等)、浇铸法(光学玻璃、熔铸耐火材料、铸石等)、吹制法(瓶罐等空心玻璃)、拉制法(窗用玻璃、玻璃管、玻璃纤维等)、喷吹法(玻璃珠、各种耐火空心球)、浮法(板玻璃等) 等。,吹 制,拉 制,压 制,浮 法,玻璃的成形性质,粘 度玻璃的粘度随温度下降而增大的特性是玻璃制品成形和定形的基础。在吹制成形中可自动调节制品壁的厚薄，
20、局部薄壁会引起冷却速度加快，粘度快速增长，流动减慢。而厚壁部分降温慢、温度高，粘度小，易于拉伸，加快变薄，最后，使制品壁的厚薄比较均匀。利用玻璃粘度随温度变化的可逆性，在成形过程中多次加热玻璃，使之反复达到所需的成形粘度，反复加工，以制造复杂的制品。,表面张力玻璃液的表面张力使自由的玻璃液滴成为球形；可不用模型吹制料泡；自动调节料滴的形状；在玻璃纤维和玻璃管的拉制中能自然得到圆形；在爆口和烘口时，表面张力能使边缘变圆。 但表面张力对成形也有不利之处，如引上平板玻璃时会使原板发生收缩，压制时使制品的锐棱变圆，得不到清晰的花纹等。,弹 性在大多数玻璃成形过程中，可能已达到了弹性发生作用的温度，因此
21、，有可能产生暂时应力，所以，弹性及消除弹性影响所需要的时间，就变得很重要。高粘性的玻璃具有弹性，虽然其弹性系数比处于固体状态的弹性系数小若干数量级，但如果应力作用过快，粘滞的玻璃也可能发生脆裂。在成形的低温阶段，弹性的作用更明显。弹性大的玻璃能抵抗较大的温度差，可减少缺陷的发生。,比热、热导率、表面辐射强度和透热性 玻璃成形时的冷却速度决定于外界的冷却条件，也和玻璃自身的比热、热导率、表面辐射强度和透热性有关。 玻璃的比热决定着它在成形过程中放出的热量，随着温度的下降玻璃的比热减小，在高温下硅酸盐玻璃的比热变化不大。玻璃的热导率、表面辐射强度与透热性愈大，玻璃的冷却速度愈快，成形的速度也就愈快
22、。 热膨胀系数，对成形的允许公差及模型的尺寸有影响。此外，对封接玻璃、套料玻璃也要求膨胀系数相匹配。,玻璃的成形制度,成形制度的确立，首先要了解玻璃在不同成形方法中的热传递状况，计算其冷却速度T/t，再得出硬化速率/t ，最后根据硬化曲线(/t)和冷却曲线(T/t)确定每个工序的温度和持续时间。,玻璃成形过程中的热传递,玻璃液与模型内表面接触时，温度骤冷，体积收缩，制品脱离模型，并被导热较差的空气层填充。此时，玻璃内层热量向表层迅速传递，玻璃表面又迅速升温、变软，这种现象称为“重热”。玻璃又与模型接触，再次出现强烈的热传递，反复前面过程。因此，玻璃制品表面与模型的热传递，是冷却重热反复地进行，
23、这种热传递随时间而衰减，即临界层的热阻随时间而增大。,综上所述，玻璃传递到模型的热流，主要决定于玻璃表面的温度、模型内表面的温度以及玻璃与模型间的热阻。而这种热阻又与玻璃的粘度及把玻璃压向模型的压力有关，也和模型表面粗糙度和沉积物有关。因此，要控制好这种热传递，就要：稳定玻璃的性质（粘度、热性能）；控制玻璃的表面温度、模具的表面温度和模具内表面的性能，以及成形时所用的压力。,玻璃质量m的冷却时间t式中：m玻璃质量；T1玻璃制品成形开始的温度；T2成形终了温度；K计算系数，K=SC/mcp,玻璃冷却速度,温度-时间曲线 粘度-温度曲线,计算玻璃制品成形过程中冷却所需要的时间，并可绘制成玻璃的温度
24、-时间曲线，结合粘度-温度曲线，可进一步绘制成玻璃的粘度-时间曲线，即玻璃的硬化曲线。结合实际参数，就可以制定出相应的成形制度。,成形制度的确定,成形粘度范围 与成形方法、玻璃的颜色和配方等有关。一般工业玻璃的成形粘度范围为103-107Pas。,成形阶段持续时间 可以根据玻璃的粘度-时间曲线来确定。,模型的温度 成形之前模型应加热到适当的操作温度。为了维持稳定的操作温度，模型从玻璃中吸取的热量和散失到冷却介质中的热量必须相等。,1959年英国人阿拉斯泰尔皮尔金顿爵士发明；浮法玻璃的成形原理是让处于高温熔融状态的玻璃液浮在比它重的金属液表面上，受重力、表面张力作用使玻璃具有光洁平整的表面，并在
25、其后的冷却硬化过程中加以保持，则能生产出接近于抛光表面的平板玻璃。英国皮尔金顿、美国PPG、中国洛阳玻璃被称为世界三大浮法玻璃工艺。,浮法玻璃成形,浮法玻璃生产线,洛玻始建于1956年，经过40多年的建设和发展，已成为集科研开发、生产经营、进出口贸易、金融、证券于一体的大型企业集团，拥有国家级技术中心和集团财务公司，总资产41.6亿元人民币，是世界三大浮法玻璃工艺之一 “洛阳浮法“的诞生地，是目前国内唯一一家同时具备0.5525生产能力的大型玻璃制造企业，公司现拥有13条现代化的浮法玻璃生产线，年产多种色调、多种规格的优质浮法玻璃2000多万重量箱。,洛阳浮法玻璃,用作玻璃液的浮抛金属液必须具
26、备以下条件： 在1050温度下的密度要大于玻璃。 金属的熔点低于600，沸点高于1050，l000左右的蒸气压应尽可能低。 在1000左右温度下，不与玻璃发生化学反应。,浮抛介质的选择,能满足以上条件的金属有镓、铟、锡三种，其中锡最便宜、无毒，所以选用锡液作为浮抛介质。但它易被氧化成SnO、SnO2或与硫反应生成SnS，所以，要用还原性气体进行保护，一般用氮气加氢气作为保护气体。保护气体中即使有很微量的氧都会使锡液恶化，导致玻璃下表面产生雾点、沾锡、彩虹等缺陷。,浮法玻璃的平衡厚度 玻璃液摊平在锡液上有玻璃液表面上的表面张力，锡液面上的表面张力和玻璃-锡液面上的表面张力。当重力及表面张力相平衡
27、时，玻璃的厚度可计算：d玻璃带的平衡厚度g、g t、t 表面张力；g、 t玻璃、锡液的密度,高温锡液面上的玻璃液，在没有外力作用的条件下，重力和表面张力达到平衡时玻璃带的厚度有一个固定值，称为平衡厚度，约为7mm。,在高温下玻璃液的粘度小（约103Pas），表面张力能充分发挥作用。浮在锡液上的玻璃带，横向没有约束力，当纵向拉力增加时，宽度缩小，而厚度改变不大。即使利用拉边器暂时保持宽度，玻璃带短期被拉薄，随后又会在表面张力的作用下，缩小宽度，厚度只回到平衡厚度，这就是表面张力的增厚作用。 只有当玻璃的温度下降到使粘度达到105Pas左右时，这种增厚作用才会大大减弱。,表面张力的增厚作用,在玻璃
28、带的700-856处设置拉边器，并以一定的速度自转，其线速度小于拉引辊的拉引速度。 采用拉边辊后，玻璃的厚度同拉引速度有一定的对应关系，玻璃愈薄，拉引速度应愈大。,玻璃的拉薄,浮法成形的工艺制度,玻璃液通过坎式宽流槽流入锡槽，温度约1100。,摊平抛光区，温度在1050-900，玻璃液粘度为102.7-103.2Pas。,徐冷区，温度由900降至850，玻璃液粘度从103.2Pas变为104.25Pas。,拉薄区，温度从850降至700，玻璃液粘度为104.25-105.75 Pas。,硬化区，温度从700降至650600，玻璃的粘度为105.751010Pas,浮法成型,1、定义 浮法是指玻
29、璃液流入锡槽后在熔融金属锡的表面上成型为平板玻璃的方法,2、过程,炉窑,玻璃液,1100,流槽,锡槽,锡液表面,玻璃带,玻璃液,抛光、拉薄,锡槽末端,600,退火窑,浮法玻璃的成型机理,浮法成型,玻璃液流到锡液表面,玻璃液展薄,玻璃抛光,玻璃拉薄,玻璃液的自由厚度,玻璃液浮于锡液表面，浮在锡液面上的玻璃液在不受任何外力作用时所显示的厚度称为自由厚度。,H2 =2 dt (g +gtt)/g dg (dtdg),玻璃的抛光时间,由流槽流入的玻璃液，由于流槽面和锡液面存在的落差以及流入时的速度不均，将形成成正弦状波纹，在玻璃液纵向漂移和横向扩展时，波纹将逐渐减弱。玻璃液由于表面张力的作用而使表面平
30、整，达到玻璃抛光的目的。该过程所需的时间即为抛光时间。,玻璃的拉薄,玻璃的拉薄,低温拉薄,高温拉薄,锡液的物理性质,作为浮抛液的锡液，在成型过程中的作用是托浮和抛光玻璃,4. 玻璃的退火,玻璃的退火是指消除玻璃制品在成形或热加工后残留在制品内的热应力至允许值的热处理过程。,一是玻璃制品在生产过程中，经受激烈的、不均匀的温度变化，使内外层产生温度梯度，硬化速度不同，引起制品产生分布不均的热应力；玻璃中的不均匀区，导致热学性质差异而产生应力 二是此类热应力能降低制品的强度、热稳定性和光学性能。若应力超过制品的极限强度，制品产生自行爆裂现象。 三是退火能消除热应力或将热应力减小至允许值,退火的原因：
31、,结束,玻璃的热应力,玻璃中由于温差而产生的内应力称为热应力。,暂时应力 在温度低于应变点时，玻璃处于弹性变形温度范围（脆性状态），在经受不均匀的温度变化时会产生热应力,永久应力 当玻璃内温度梯度消失，表面与内部温度皆为常温时，内部残留的热应力，称为永久应力,玻璃热应力的消除,玻璃在应变点附近属粘弹性体(伯格斯体)，既具有弹性也具有粘性。因此，应力可以得到消除(松弛)。应力消除的速度可用下列方程式表示：式中：F应力；t时间；M比例常数，与粘度有关。,玻璃的允许应力,玻璃的退火工艺制度,退火温度 为了消除玻璃中的永久应力，加热到低于玻璃转变温度Tg附近的某一温度，使应力松弛。这个温度称为退火温度
32、,退火上限温度 相当于粘度1012Pas的温度，在该温度下经过3分钟能消除应力95,退火下限温度 相当于粘度1013.5Pas的温度，在该温度下经3分钟只能消除应力5,最高退火温度至最低退火温度之间称为退火温度范围,退火的工艺过程：加热、保温、慢冷和快冷 各个阶段的主要参数： 加热阶段：最大加热速度 保温阶段：退火温度和保温时间 慢冷阶段：慢冷速度 快冷阶段：最大冷却速度,玻璃退火工艺过程,加热阶段：在退火窑中，把玻璃制品加热到退火温度。玻璃在加热时，其表面层受压应力，内层受张应力。由于玻璃的抗压强度约是其抗张强度的10倍，所以，加热速度可以较快。但在加热过程中温度梯度所产生的暂时应力与固有的
33、永久应力之和不能大于其抗张强度极限，否则将发生破裂。,保温阶段：主要目的是消除快速加热时制品存在的温度梯度，并消除制品中所固有的内应力。这一阶段的主要参数是退火温度和在此温度下的保温时间。退火温度可由计算或测定求得。,慢冷阶段：在玻璃中原有应力消除后，必须防止在降温过程中由于温度梯度而产生新的应力。这个阶段的冷却速度应当很低，因为这时由温度梯度产生的应力松弛速度很大，转变成永久应力的趋势大。慢冷阶段的结束温度，必须低于应变点。,快冷阶段：快冷阶段是指应变温度到室温这段温度区间。在本阶段内，只能引起暂时应力，在保证制品不致因热应力而破坏的前提下，可以尽快冷却玻璃制品。,4.缺陷种类介绍,玻璃的熔
34、制缺陷,气 泡 玻璃制品中存在的气体夹杂物，影响玻璃的透明性和机械强度；,结 石 玻璃制品中存在的结晶夹杂物，破坏了玻璃制品的外观与光学均匀性，降低玻璃制品的机械强度和热稳定性；,条纹和节瘤 玻璃主体内存在的异类玻璃夹杂物，影响玻璃制品的光学均匀性。,按其状态的不同可以分为三类：,气 泡,一次气泡 配合料在熔制是产生、澄清过程中未被排除并残留于玻璃液中，形成一次气泡。澄清不良所致,二次气泡 冷却后玻璃液温度回升使气体溶解度降低所致,耐火材料气泡 由于耐火材料与玻璃液作用产生的气泡,结 石,配合料结石 配合料中未熔化的颗粒组分，大多数情况下是石英颗粒；,耐火材料结石 耐火材料受到玻璃液侵蚀作用，
35、而形成的新矿物夹杂在玻璃制品中；,析晶结石 一定温度范围内，玻璃由于本身析晶而产生的结石，也称为“失透”,结石是玻璃体内最危险的缺陷 使制品自行碎裂。降低了制品的使用价值。 使退火过程发生困难。影响成品率。 破坏了玻璃制品的外观和光学均一性。降低制品质量。在玻璃制品中，通常不允许有结石存在，应尽量设法排除它。,配合料结石,配合料结石是配合料中没有熔化的组份或杂质的颗粒，大多数情况下，配合料结石是石英颗粒，与配合料结石有关的工艺因素如下： 料的组成不适宜； 配合料的组分颗粒不均一； 配合料混合不好； 加料方法不当； 熔化条件被破坏。,（硅质料粉结石）,未熔石英鱼骨状,一线砂岩颗粒富集,芒硝泡,长
36、石颗粒,耐火材料结石,在熔制时与玻璃体直接接触的耐火材料被玻璃熔体侵蚀和破坏的产物形成耐火材料结石。与玻璃直接接触的耐火材料如坩埚、池窑大砖等大多由耐火粘土制成，因此，这类结石亦常称为耐火粘土结石。,耐火材料结石产生原因,主要是由于耐火材料质量低而促成的，如气孔率高、机械损伤、熔烧不足、砌筑不紧密等。其他如熔化温度过高、玻璃熔体碱性过高和熔窑中玻璃液的波动过于强烈，都会大大促进耐火材料的侵蚀。,析晶结石,玻璃体的析晶结石并不是由于异类物质的加入所形成，而是由玻璃液本身的析晶所产生的。,放射状的透辉石,析晶结石外观,析晶结石的外观是多种多样的,结石尺寸常在百分之几毫米到若干厘米之间，形状和色泽常
37、是各种各样的。晶体具有正确的几何形状乃是其特征。一般工业用的玻璃析晶时常遇到的为鳞石英、白硅石、硅灰石、硅酸灰石、钠硅灰石、透辉石，在特殊玻璃中亦有银、铅、铝等的化合物。,硅灰石析晶,析晶结石产生原因,析晶结石产生的因素之一是玻璃熔体的析晶性能，这一性能取决于玻璃的化学组成。还有不少因素促进析晶结石的产生。熔化温度制度和成型温度制度的破坏使玻璃熔体的析晶倾向加强。,防止析晶结石产生的方法,修正玻璃的化学组成使它具有较小的析晶能力。制定并严格遵守合理的熔制和成型温度制度。,条纹与节瘤的成因,熔制不均匀 玻璃熔制过程中均化进行不够完善所致,窑碹玻璃滴 碹滴滴入或流入玻璃体中由于粘度很大，扩散很慢，来不及溶解而形成的；,耐火材料被侵蚀 玻璃熔体侵蚀耐火材料，被破坏的部分可能形成玻璃态物质溶解在玻璃体内；,结石熔化 结石溶解后的玻璃体与主体玻璃具有不同的化学组成，形成节瘤和条纹。,
