高堿鋁硅酸鹽玻璃熔化反應及澄清問題研究.pdf

1、高堿鋁硅酸鹽玻璃將是21世紀重要的玻璃體系之一，其具有較好的應用前景和市場前途，但其具有熔點高、粘度大、表面張力大等基本物理特性，會對玻璃的熔化、澄清和成形造成極大的困難，嚴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和澄清問題，獲得玻璃熔化過程中的物理化學反應關系和澄清機理，促進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性能的理論設計關鍵指標，利用玻璃性質(zhì)加和計算公式和玻

2、璃成分計算因子，研究玻璃成分對彈性模量影響規(guī)律。借助于XRD、DSC、TG-FTIR等研究手段和測試方法，研究5種典型原料形成的配合料在受熱過程中的反應生成物、溢出氣體以及熔化過程的反應熱。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澄清效果的影響，獲得玻璃澄清作用機理。
　　本論文研究發(fā)現(xiàn):1）在Na2O-Al2O3-SiO2體系中，當mol(Al2O3/Na2O)=0.4時，玻璃表面張力在339dyn/cm

3、存在交匯點，且在該點處出現(xiàn)反轉(zhuǎn)特征;利用正交試驗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，利用5種典型原料形成配合料，在室溫-1600℃范內(nèi)，配合料的熔化反應劃分為四個階段，第一階段:在室溫-200℃范圍內(nèi)，發(fā)生配合料水份蒸發(fā)和有機物質(zhì)初步反應;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，原材料之間開始發(fā)生復鹽反應;在700-900℃，生成硅酸鹽化合物;當溫度大于1000℃時，晶相物質(zhì)逐步減少，玻璃相逐步增多，并且到1300℃時，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;鋰云母和透鋰長石可在700-900℃可參與硅酸鹽反應，而鋰輝石至1100℃后才開始參與硅酸鹽反應，說明鋰云母和透鋰長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:在熔化反應過程中，100-380℃為放熱過程，這是配合料中所含的有機物質(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％，硅酸鹽反應階段的吸熱量占總吸熱量的40-50％。透鋰長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)的氣體達到飽和，氣體在玻璃內(nèi)進行擴散、成長和上浮來完成