低氟环保乳浊玻璃的制备与研究

摘要

目前,我国玻璃厂大都以氟化物为乳浊剂,由于含氟气体对人、畜、植物的毒害较大,许多国家的环境保护法已对大气的含氟量做了严格的规定。近年来,低碱磷酸盐乳浊玻璃已大量用于玻璃马赛克的生产,但乳浊度低,较难成型限制了其发展。
　　 为了充分发挥不同乳浊剂的特点,得到较好的乳浊效果,本试验在分别了解氟、磷乳浊特点基础上采用混合乳浊的方式,加入多种乳浊剂,以达到最佳的性能和节约成本的效果。
　　 首先选用F-Li2O-Al2O3-SiO2玻璃系统,熔化温度为1480℃,熔制时间控制在三小时以内。在实验配方的基础上改变Al2O3的含量,Al2O3在玻璃中以[AlO4]的形式调整玻璃的结构,除了可改善玻璃热稳定性、化学稳定性和机械强度外,还可以减少氟化物对耐火材料的侵蚀,有利于抑制氟的挥发。并得出当Al2O3加入量为8wt％可以充分控制氟的挥发,但也使熔体粘度上升,熔制困难,所以一般控制Al2O3加入量在6wt％～7wt％之间。经过XRD衍射和SEM分析得出:在氟化物乳浊中析出的主要是:CaF2晶体,并根据Scherrer公式计算平均粒径为350nm,接近扫描电镜结果。少量Li2O对玻璃有助熔作用,但当Na2O/Li2O<7时,却由于自身的场强过大导致[AlO4]铝氧四面体转变为八面体,以及自身积聚作用而致使乳浊玻璃“失瓷”。
　　 在第四章中研究了P2O5-Al2O3-SiO2-CaO系统乳浊性能,并着重讨论CaO与P2O5的配比对玻璃析晶造成的影响。经XRD分析,析出晶体以α-磷酸钙为主,在析出Ca3(PO4)2晶粒之前,先分离出液滴,随着CaO逐渐增多,分相液滴的尺寸也逐渐增大,当CaO达到3.0％,发生二次分相,初次分出的粗大液滴中又分出小液滴。当CaO达到4.5％,粗大液滴结晶成磷灰石,二次分相的小液滴仍为玻璃相,P2O5在熔体中的溶解度极限是0.2mol。超过此量的P2O5在高温下溶解,在冷却时,过饱和溶液将析出多相粒子。
　　 在混合乳浊中对不同磷、氟配比进行研究探讨,在混合乳浊中氟可以降低析晶的活化能,而加入磷之后可以增大有效频率因子K0,对于φ=5℃/min的两种样品的析晶动力学参数K分别为:0.144和0.213。利用氟化物降低析晶能量,利用磷酸盐减少氟化物乳浊的时间,使析晶动力学系数K得到合理加强；并且降低了熔化温度和熔制时间,起到了节能环保的作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 乳浊玻璃的历史

1.2 微晶玻璃和乳浊玻璃的区别:

1.2.1 微晶玻璃的概念和优点

1.2.2 微晶玻璃的熔制工艺

1.2.3 区别微晶玻璃与乳浊玻璃

1.3 乳浊玻璃的研究现状

1.3.1 玻璃乳浊的机理

1.3.2 乳浊玻璃的种类与特征

1.3.3 氟乳浊玻璃的研究

1.3.4 磷酸盐乳浊玻璃的研制

1.3.5 磷酸盐与氟化物混合乳浊玻璃的研究

1.4 研究背景及意义:

1.5 课题研究内容:

1.5.1 氟化物乳浊玻璃的工艺调整--减少熔制过程中氟的挥发量

1.5.2 磷酸盐乳浊玻璃的工艺调整--找出其中有效组成和最优比例

1.5.3 研究磷酸盐与氟化物的乳浊混合乳浊剂来减少氟化物的用量

1.6 难点及存在问题

参考文献

第二章 实验内容及测试方法

2.1 实验原材料

2.2 实验仪器

2.2.1 电炉及其控制单元

2.2.2 其他实验用品

2.3 玻璃样品制备

2.3.1 配合料的制备

2.3.2 熔制过程

2.4 实验方案

2.5 性能、结构测试方法

2.5.1 硬度的测定

2.5.2 X射线衍射分析(XRD)

2.5.3 扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)

2.5.4 热膨胀性能测定

2.5.5 差热分析(DTA)测定

2.5.6 红外拉曼吸收光谱分析

2.5.7 密度的测定(净水称重法)

2.5.8 玻璃的化学稳定性测定

2.5.9 白度的测定

2.5.10乳白玻璃成分的分析(F含量)

参考文献

第三章 F-Al2O3-SiO2-R2O系统乳浊玻璃性能研究

3.1 氟乳浊简介

3.2 工艺探讨试验

3.2.1 同种配方不同熔制温度对比

3.2.2 同种配方不同熔制时间对比

3.2.3 氟乳浊玻璃熔制工艺总结

3.3 Al2O3对F-Al2O3-SiO2-R2O系统玻璃的影响

3.3.1 实验

3.3.2 白度测定

3.3.3 化学稳定性分析

3.3.4 XRD测试分析

3.3.5 总结Al2O3对F-Al2O3-SiO2-R2O系统玻璃的影响

3.4 Li2O对F-Al2O3-SiO2-R2O系统的影响

3.4.1 实验

3.4.2 密度测试

3.4.3 XRD谱图分析

3.5 含氟量与乳浊度的关系

3.5.1 实验

3.5.2 密度测试

3.5.3 耐酸性测试

3.5.4 耐碱性测试

3.5.5 硬度的测定

3.5.6 热膨胀性能测定

3.5.7 XRD分析

3.5.8 扫描电镜分析

3.6 本章小结

参考文献

第四章 P2O5-Al2O3-SiO2-CaO系统乳浊性能研究

4.1 磷酸盐乳浊玻璃简介

4.2 实验与分析

4.2.1 不同含量的P2O5对P2O5-Al2O3-SiO2系统玻璃的影响

4.2.2 不同P2O5含量的样品白度测试

4.2.3 化学稳定性分析

4.2.4 硬度的测定

4.2.5 热膨胀性能测定

4.2.6 XRD谱图分析

4.2.7 扫描电镜分析

4.2.8 总结P2O5对P2O5-Al2O3-SiO2系统玻璃的影响

4.3 P、Ca不同配比对乳浊度的影响

4.3.1 实验

4.3.2 XRD图谱分析

4.3.3 扫描电镜分析

4.3.4 红外分析

4.4 本章小结

参考文献

第五章 氟、磷混合乳浊及晶化研究

5.1 混合析晶机理简介

5.2 氟、磷混合乳浊的实验

5.2.1 实验

5.2.2 白度测定

5.2.3 热膨胀性能测定

5.2.4 XRD谱图分析

5.2.5 结晶度计算

5.2.6 扫描电镜分析

5.2.7 红外分析

5.3 氟、磷化物乳浊晶化动力学初探

5.4 本章小结

参考文献

第六章 结论

致谢

攻读学位期间发表的学术论文