玻璃加工工艺

玻璃加工工艺 ? 引言 ? 玻璃的一般制备,熔融冷却法 ? 特种制备方法 – 高速冷却法 – 气相合成法 – 溶胶凝胶法 – 气氛保护法 ? 特种加工处理方法 ? 结语 玻璃的定义: 一般定义:经熔融冷却基本上不结晶的无机 固体物质 科学定义:具有玻璃转变现象的非晶态物质 ? 原子排列具有无规则的网络结构，在x射线衍射 中表现为非晶态 介稳状态 ? 具有玻璃转变现象 无固定熔点 种类 特性 用途 普通玻璃 在较低温度下易软化 窗玻璃、玻璃器皿等 石英玻璃 膨胀系数小、耐酸碱、强度大、 滤光 化学仪器;高压水银灯、紫外灯 的灯壳等 光学玻璃 透光性能好、有折光和色散性 眼镜片;照相机、显微镜、望远 镜、用凹凸透镜等光学仪器 玻璃纤维 耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸 水、隔热、吸声、防虫蛀 宇航服的衣服、玻璃钢等 钢化玻璃 耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、 抗震裂 运动器材;微波通信器材;汽车、 火车窗玻璃等 各种特种玻璃的特性和应用 从上面中的内容，我们知道了一些特种玻璃的性质 和用途，请出改进材料方面谈谈本表内容给你启发。 1、玻璃 玻璃与特种玻璃: ? 普通玻璃:平板玻璃、夹层玻璃、热反射玻璃、热吸收玻 璃、建材微晶玻璃、中空玻璃、汽车玻璃、钢化玻璃、眼 镜玻璃、瓶罐玻璃、热水瓶玻璃、餐具玻璃、微晶玻璃餐 具、耐热玻璃餐具、光学玻璃、玻璃纤维、增强用玻璃纤 维、电子玻璃(电真空玻璃)、显象管玻璃、封接玻璃、 光掩模玻璃、理化玻璃、医用玻璃、温度计玻璃、颜色玻 璃、发泡玻璃、装饰玻璃和工艺玻璃等。 ? 特种玻璃:通讯用玻璃光纤、激光玻璃、激光核聚变玻璃、 电子器件用玻璃、法拉第旋转玻璃、石英玻璃、放射性核 废料固化玻璃、云母微晶玻璃、多孔玻璃、生物玻璃、生 化玻璃、氧氮玻璃、凝胶玻璃、水合玻璃、偏振玻璃、镀 膜玻璃、天然玻璃(黑曜石)等。 ? ―熔化‖也称―熔炼‖，是钢、铁、铝等金属 材料;玻璃、铸石、熔铸耐火材料、人工晶体等 无机非金属材料材料的主要工艺过程。 ? 在实验室条件下，玻璃熔化实验的过程(玻璃的 主要制备工艺)是: ? 硅酸盐形成:主要的固相反应结束，配合料变成由硅酸 盐和二氧化硅组成的不透明烧结物。800,900?。 ? 玻璃的形成:硅酸盐烧结物和二氧化硅熔融、溶解、扩 散，使不透明的半熔融烧结物变为透明的玻璃液，不再含 有未反应的配合料颗粒。1200 ,1400?。 ? 澄清:排除可见气泡。1200 ,1400?。玻璃液粘度 10 Pa 〃 S 。 ? 玻璃液的均化:消除条纹和其他不均体，使玻璃各部分 在化学组成上达到预期的均匀一致。 ? 玻璃液的冷却:让玻璃液的粘度增高至成形所需的范围。 通常温度降低200 ,300?。 室温 800,900 o C 1200~1400 o C 1200~1400 o C 300~500 o C 重油燃烧 气氛保护 锡槽 熔窑 熔融玻璃 熔融锡 牵引辊 玻璃带 1、高速冷却法——难以形成玻璃的物质的玻璃化 与传统的玻璃制造方法一样，该方法首先必须将 固体原料熔化，再将熔体高速冷却，防止析晶，使玻 璃形成范围扩大，获得一些传统方法难以获得的具有 特殊性能的新组成玻璃。 2、气相法 以气体作原料，或将固体原料气化成 气体，再加热(或其它外场)发生化学反 应而制备玻璃或非晶态物质的方法。主要 有化学气相沉积法和物理气相沉积法 3、溶胶凝胶法 该方法是由溶液出发，经过化学处理，使溶液 中析出微细的颗粒，即所谓溶胶化;再将其浓缩， 或经过调节pH值使溶胶缩聚形成凝胶;最后加热凝 胶，使凝胶中的有机物和水分挥发，烧结后获得玻 璃。该方法被广泛用于特种玻璃、功能涂层或薄膜 等的制备。 4、气氛调节熔融法 在卤化物玻璃的制备中，为了保证卤化物玻 璃所特有的光学或其它性能，要制备无氧离子和 OH根离子的玻璃，必须在氩气、氮气或氨气等气 氛中熔制玻璃。 在硫系物玻璃的制造中，通常采用将原料放 在石英玻璃管内、真空封管后、再加热熔融制备 成玻璃的方法，也可采用从原料处理到熔融精炼 全部在氮气气氛中进行的所谓连续熔制法。 通过对玻璃进行掺杂、离子交换、分相 与晶化、表面镀膜、极化处理、结构调控、 机械拉伸、离子注入以及复合化等。 ? 玻璃材料是一种目前其它材料不可替代的透明材料， 在国民经济和社会发展中有着重要的地位和作用 ? 玻璃材料的制备方法多种多样，应根据用途、目的和 性能要求等选择合适的制备方法或处理方法 ? 各种高新技术在玻璃材料制备中的应用将产生一系列 新型玻璃和加工玻璃，为我们创造更加美好的明天 2、化学性质 二氧化硅的化学性质不活泼，是酸性氧化物。 知识迁移:二氧化碳与二氧化硅的化学性质比较相 近，请阅读课本，以表格或者其他形式将二氧化碳 和二氧化硅的化学性质作一个对比。 物质 二氧化碳(CO 2 ) 二氧化硅(SiO 2 ) 与水反应 与酸反应 与碱反应 与碱性氧化 物反应 与碳反应 CO 2 + H 2 O == H 2 CO 3 不反应 不反应 SiO 2 + 4HF == SiF 4 ?+ 2H 2 O CO 2 +2NaOH==Na 2 CO 3 +H 2 O SiO 2 +2NaOH==Na 2 SiO 3 +H 2 O CO 2 + Na 2 O == Na 2 CO 3 SiO 2 + CaO ==== CaSiO 3 CO 2 + C == 2CO SiO 2 + 2C ==== Si + 2CO ? 高温 高温 1、主要成分 硅酸三钙(3CaO?SiO2、硅酸二钙(2CaO?SO2)、 铝酸三钙(3CaO?Al2O3) 2、用途:建筑行业 2、水泥 水泥在各个工程上应用 世 贸 大 厦 雄伟的体育馆 让人骄傲的三峡工程 三、硅酸(H 2 SiO 3 ) 硅酸是一种很弱的酸(酸性比碳酸还弱)，溶解 度很小。由于SiO 2 不溶于水，所以硅酸是通过可溶性 硅酸盐与其他酸反应制得。 [实验4-1]在试管中加入3-5ml饱和 Na 2 SiO 3 溶液，滴入1-2滴酚酞溶液， 再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边 加边振荡，至溶液红色变浅并接近 消失时停止。静置。仔细观察变化 过程及其现象。 硅酸钠(Na 2 SiO 3 )，其水溶液俗称水玻璃， 可作肥皂填料、木材防火剂及粘合剂。 [实验探究]实验4-2，取两 张滤纸条，分别放入蒸馏水 和饱和Na 2 SiO 3 溶液中，使之 充分吸湿、浸透，取出稍沥 干(不再滴液)后，同时分 别在酒精灯外焰点燃。观察 现象。完成实验，填写实验 。 . 鉀 鈉 鋰 鋇 鈣 鎂 鋁 錳 鋅 鉻 鐵 K Na Li Ba Ca Mg Al Mn Zn Cr Fe 鈷 鎳 錫 鉛 銅 汞 銀 鉑 鎢 金 氫 Co Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt W Au H 氦 氟 氯 溴 碘 氧 硫 氮 磷 硼 碳 He F Cl Br I O S N P B C . (1)元素化學式: 種類 種類 實例 單原子 分子 金屬 惰性氣體 Na(鈉) K(鉀) Mg(鎂) He(氦) Ne(氖)Ar(氰) 雙原子 分子 氣體 鹵素 H 2 (氫) N 2 (氮) O 2 (氧) F 2 (氟) Cl 2 (氯) Br 2 (溴)I 2 (碘) 多原子 分子 部分非金屬 P 4 (磷) S 8 (硫) 含金屬者金屬在前，非金屬在後 氧化物:氧符號在後 有機化合物依碳、氫、氧依序書寫 離子根:陽離子在前，陰離子在後 例外:,, 3 ? 原子價及根價參考表: 電荷 實例 圖示 +1 ?A族及氫(H + ) 銀(Ag + ) 銨根(NH 4 + ) +2 ?A族及銅(Cu 2+ )鋅(Zn 2+ ) 亞鐵(Fe 2+ ) 汞(Hg 2+ ) +3 ?A族及鐵(Fe 3+ ) 鈷(Co 3+ ) ? 原子價及根價參考表: 電荷 實例 圖示 -1 ?A族及氫氧根(OH - ) 硝酸根(NO 3 - )醋酸根(CH 3 COO - ) -2 ?A族及碳酸根(CO 3 2- )硫酸根 (SO 4 2- )亞硫酸根(SO 3 2- ) -3 ?A族及磷酸根(PO 4 3- ) 硼酸根(BO 3 3- ) 化合物 氯化鈉 溴化鉀 氯化銨 氧化鎂 磷酸鋁 模 型 化學式 Cl - Na + NaCl KBr NH 4 Cl MgO AlPO 4 Br - K + Cl - NH 4 + Mg 2+ O 2- Al 3+ PO 4 3- ? 原子價及根價參考表: 電荷 實例 圖示 -1 ?A族及氫氧根(OH - )硝酸根 (NO 3 - )醋酸根(CH 3 COO - ) -2 ?A族及碳酸根(CO 3 2- )硫酸根 (SO 4 2- )亞硫酸根(SO 3 2- ) -3 ?A族及磷酸根(PO 4 3- )硼酸根 (BO 3 3- ) 化合物 氯化鎂 氧化鈉 氯化鋇 硫酸鋁 硫酸鉀 模 型 化學式 MgCl 2 Na 2 O BaCl 2 Al 2 (SO 4 ) 3 K 2 SO 4 Cl - Mg 2+ O 2- Al 3+ Cl - Na + Na + Ba 2+ Cl - Cl - SO 4 2- SO 4 2- SO 4 2- Al 3+ SO 4 2- K + K + ,, - 一般常見的鹼 2 2 ,, - ,, - ,, - ,, - ,, - Na + K + Ca 2+ Ba 2+ NO 3 - Cl - 一般常見的酸 2 4 CO 3 2- H + H + 2 3 H + 3 H + SO 4 2- H + H + 酸根與氫結 合即為酸 硅酸盐产品简介? 产品 主要原料 主要设备 反应条 件 主要反应或主要成分 主要 性质 水泥 粘土、石 灰石、(石 膏)适量 水泥回转 窑 高温 硅酸三钙:3CaO?SiO 2 硅酸二钙:2CaO?SiO 2 铝酸三钙:3CaO?Al 2 O 3 水硬 性 玻璃 纯碱 石灰石 石英 玻璃窑 高温 Na 2 CO 3 +SiO 2 =Na 2 SiO 3 + CO 2 ? CaCO 3 +SiO 2 =CaSiO 3 +C O 2 ? 成分:Na 2 SiO 3 、CaSiO 3 、SiO 2 无固 定的 熔点、 沸点 高温 高温 二、二氧化硅(silicon dioxide) 1、物理性质 请同学阅读 课本P.63内 容，将你阅 读的内容整 理成知识小 卡片。 二氧化硅档案:我叫二氧化硅，我的结构与金刚石相似， 但我很平凡，随处可见的沙子、石英就是我了。我个子 不高，熔点却高;心肠很软身子却很硬。水晶价值连城， 可用来装饰、制造电子部件和光学仪器，如果将她和我 联系起来就很普通了。行业千万种，但我更喜欢呆在铺 路、建筑等平凡岗位上，为人民服务～ 图2空间结构 表示硅原子 图1平面结构