玻璃制备实验

1. 实验目的：玻璃的结构和性质

1、掌握玻璃组成的设计方法和配方的计算方法；

2、了解玻璃熔制的原理和过程以及影响玻璃熔制的各种因素；

3、熟悉高温炉和退火炉的使用方法和玻璃熔制的操作技能。

2. 实验试剂：玻璃的原料及其作用

注：原料混合需要加水，防止原料反应的粉尘污染而且可以增大物料之间的反应表面积。但含水率太高，在批料加热熔融时，水分蒸发要多消耗热能，延长融融时间。所以含水率要控制在5%以下。

着色剂的投放应循序渐进，不要一下子投放太多，否则玻璃会出现偏色时会很难纠正。

（1）玻璃设计配方：

实验药品	用量（Kg）
石英砂	68.07
纯碱	14.93
方解石	2.80
白云石	5.45
红丹	0.45
硼砂	1.34
钾	1.79
钠	4.34
氧化锌	0.67
氧化钴	0.00009
硒粉	0.026
亚砷酸	0.45
共计	100.01

此方被称为768 号玻璃,其组成成分( %) 如下:SiO2 75 ,B2O3 0. 54 ,CaO 3. 7 ,MgO 1. 08 ,PbO 0. 48 ,ZnO 0. 74 ,K2O 0. 91 ,Na2O 17. 3。组成中除含有17. 3 %的Na2O 外,还有B2O3 、PbO等,硬化速度较慢,属于“长”(慢凝) 玻璃,由于轻瓶壁厚减薄,冷却速度加快,采用“长”玻璃,可使玻璃液在模型中合理分布,壁厚均匀,有利于提高强度和热稳定性。熔制温度为1480～1500 ℃,成型温度为1200 ℃,退火温度为540 ℃,退火质量对强度影响较大,可使强度变化20 %或更多。

（3）玻璃原料的作用

SiO2 ；玻璃的主要成分，占玻璃65～75％以上。

Al2O3 ；提高玻璃的化学稳定性，热稳定性，机械强度、硬度和折射率，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。

Fe2O3 ；与Cr2O3共用，可制得绿色玻璃。 

CaO :作稳定剂，但含量大于12.5％时，能使玻璃结晶化增大，发脆。

MgO : 作稳定剂。

BaO :作助溶剂，防辐射。

Na2O :降低玻璃粘度，使之易于熔融和成型。

Cuso:使物质对光线产生选择性吸收，显出蓝绿色。 

Na2SO4 :作澄清剂，在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃的粘度，促进排除玻璃液中气泡。

3.实验原理：

根据玻璃制品的性能要求，设计玻璃的化学成分组成，并为此为主要依据进行配料，制备好的配合料在高温下加热，将进行一系列的物理的、化学的、物理化学的变化，变化的结果使各种原料的机械混合物变成复杂的熔融物，即没有气泡、结石、均匀的玻璃液，然后均匀地降温以供成型需要。这个过程大致可以分为五个阶段：硅酸盐的形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷却。

4.实验仪器：熔窑 

5.实验步骤

（1）配料：将上述配比的原料混合，搅拌均匀。

（2）熔融：

A加热熔窑： 先加热熔窑，使温度约为1200-1250摄氏度，然后升温使坩埚温度至1450-1480摄氏度，使它烧结，不易被腐蚀。

B 熔化：降温至1400-1420摄氏度，从窑的一端不断供料，待其熔透，再升温至1450-1460摄氏度，熔融的玻璃液连续从另一端流出。

（3）澄清：加入澄清剂清除原料分解产生的气泡。

（4）均化：从进气口鼓气，利用气泡的对流达到均化效果。

（5）冷却：当玻璃仅存个别气泡或没有气泡时才开始冷却，降温到1180-1250摄氏度，避免将其冷却到低于所需温度，不然容易产生二次气泡。

（6）成型: 浮法成型。使熔融玻璃通过锡表面，延伸到退火窖降温退火，经切割而成。

6.参考文献及相关实践数据

（1）《无机非金属材料概论》 哈尔滨工业大学出版社

 （2）《无机非金属材料实验》化学工业出版社

 （3）论文《玻璃的配方汇编（一）》