高堿鋁硅酸鹽玻璃熔化反應(yīng)及澄清問題研究.pdf

1、高堿鋁硅酸鹽玻璃將是21世紀(jì)重要的玻璃體系之一，其具有較好的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前途，但其具有熔點(diǎn)高、粘度大、表面張力大等基本物理特性，會(huì)對(duì)玻璃的熔化、澄清和成形造成極大的困難，嚴(yán)重制約和影響高堿鋁硅酸鹽玻璃的發(fā)展，通過研究鋁硅酸鹽玻璃配合料熔化反應(yīng)和澄清問題，獲得玻璃熔化過程中的物理化學(xué)反應(yīng)關(guān)系和澄清機(jī)理，促進(jìn)高堿鋁硅酸鹽玻璃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　本論文以彈性模量作為高堿鋁硅酸鹽玻璃力學(xué)性能的理論設(shè)計(jì)關(guān)鍵指標(biāo)，利用玻璃性質(zhì)加和計(jì)算公式和玻

2、璃成分計(jì)算因子，研究玻璃成分對(duì)彈性模量影響規(guī)律。借助于XRD、DSC、TG-FTIR等研究手段和測(cè)試方法，研究5種典型原料形成的配合料在受熱過程中的反應(yīng)生成物、溢出氣體以及熔化過程的反應(yīng)熱。通過體視顯微鏡和氣泡分析儀研究手段和方法，研究澄清工藝和澄清劑對(duì)澄清效果的影響，獲得玻璃澄清作用機(jī)理。
　　本論文研究發(fā)現(xiàn):1）在Na2O-Al2O3-SiO2體系中，當(dāng)mol(Al2O3/Na2O)=0.4時(shí)，玻璃表面張力在339dyn/cm

3、存在交匯點(diǎn)，且在該點(diǎn)處出現(xiàn)反轉(zhuǎn)特征;利用正交試驗(yàn)方法獲得最佳玻璃組成為（wt％）:SiO260.0，Al2O316.0，Li2O2.0，Na2O14.5，K2O3.5，CaO0.5，MgO3.5。2)以最佳玻璃組成為基礎(chǔ)，利用5種典型原料形成配合料，在室溫-1600℃范內(nèi)，配合料的熔化反應(yīng)劃分為四個(gè)階段，第一階段:在室溫-200℃范圍內(nèi)，發(fā)生配合料水份蒸發(fā)和有機(jī)物質(zhì)初步反應(yīng);第二階段:在200-400℃范圍內(nèi)，發(fā)生結(jié)構(gòu)水損失和硝酸鹽分解

4、;第三階段:在400-800℃范圍內(nèi)，發(fā)生活躍的碳酸鹽和礦物分解或燒失物質(zhì)反應(yīng)與揮發(fā)，重量損失6-10wt.％;第四階段:在溫度800℃-1600℃，重量損失小于1wt.％，主要為少量氣體溢出，溢出氣體依然是CO2為主。3）在500-1300℃范圍內(nèi)，XRD分析結(jié)果表明:在500-600℃時(shí)，原材料之間開始發(fā)生復(fù)鹽反應(yīng);在700-900℃，生成硅酸鹽化合物;當(dāng)溫度大于1000℃時(shí)，晶相物質(zhì)逐步減少，玻璃相逐步增多，并且到1300℃時(shí)，配

5、合料中依然存在SiO2、Al2O3、 Al(Al1.272Si0.728O4.864)、Al2SiO5(Al2O3·SiO2)、Al4.75Si1.25O9.63等物相;鋰云母和透鋰長(zhǎng)石可在700-900℃可參與硅酸鹽反應(yīng)，而鋰輝石至1100℃后才開始參與硅酸鹽反應(yīng)，說明鋰云母和透鋰長(zhǎng)石比鋰輝石的助熔效果好。4)5種典型玻璃原料的DSC分析結(jié)果表明:在熔化反應(yīng)過程中，100-380℃為放熱過程，這是配合料中所含的有機(jī)物質(zhì)所致;380-1

6、600℃為吸熱過程，并且該過程劃分為碳酸鹽分解階段380-800℃、硅酸鹽反應(yīng)階段800-1200℃、玻璃澄清與均化階段1200-1600℃。碳酸鹽分解階段的吸熱量占總吸熱量的42-46％，硅酸鹽反應(yīng)階段的吸熱量占總吸熱量的40-50％。透鋰長(zhǎng)石和鋰云母為主配合料吸熱量最少，而化工原料和鋰輝石為主配合料熱量消耗最多。5）高堿鋁硅酸鹽玻璃澄清研究結(jié)果表明:澄清劑是通過釋放氣體使玻璃液內(nèi)的氣體達(dá)到飽和，氣體在玻璃內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散、成長(zhǎng)和上浮來完成