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高硅氧玻璃
鎖定
- 中文名
- 高硅氧玻璃
- 外文名
- high-silica glass
- 發明人
- 美國康寧公司研究人員
高硅氧玻璃製造原理
高硅氧玻璃是利用圖1 SiO2-B2O3-Na2O玻璃組成的B區易於分相的特點來製造的。
首先選取B區域中適當組成,按一般玻璃生產方法制出半成品。而後將其在600℃左右熱處理幾個小時,使其分相。分相後這種玻璃就分離為高Na2O-B2O3相和高SiO2相。兩相分離後每一相的富集區都很小,僅有幾埃至幾十埃。玻璃分相後經退火處理,而後用酸溶液與Na2O-B2O3相反應。反應產生的生成物用弱鹼和清水洗去。此時製品就成為高SiO2相的多孔質玻璃了。此後再經1200℃左右的燒結,即可製成高硅氧玻璃製品。
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高硅氧玻璃製造工藝
基礎玻璃成分的選擇
基礎玻璃成分對玻璃分相有重要意義。選擇成分時主要應考慮如下四點。
(1)要在較低的温度、較短的時間內完全分相。
(2)要在分相後能生成二氧化硅相的連續骨架結構,而不能生成弧島形球狀結構。這是由於弧島形球
狀結構中Na2O-B2O3相被SiO2相所包圍,用酸液很難將其浸出。
熔化及成形中的問題
這種基礎玻璃在熔化時,會遇到硼硅酸鹽玻璃常見的B2O3揮發問題。為製成與要求成分相同的玻璃,必須根據試驗測出揮發量,在配料時增加B2O3的量。但在工作池中B2O3的揮發會造成製品中出現條紋,從而使其分相不均勻,因此要採取措施除去玻璃液表面因B2O3揮發而造成的變質層,並控制氣氛。即使這樣,在製品成形過程中,製品表面的B2O3揮發也會使其表面層含SiO2量較高,因而使浸酸困難。此時應將製品用氫氟酸處理,以除去表面的高SiO2層,這就可以大大加快浸酸速度。
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熱處理和酸處理
熱處理温度在玻璃的轉化點和軟化點之間,一般為500-700℃。温度過低分相緩慢,温度過高製品會析晶或變形。熱處理時考慮到以後酸處理時破損少,對不同壁厚的產品要採用不同的處理方法。厚度較大的產品要用高温快速熱處理,厚度較小的產品應採用低温慢速熱處理。
酸處理時酸的最大濃度為3NHCl和5NH2SO4。酸處理的時間與製品厚度、温度、酸濃度都有關係,一般認為控制在一天浸出一毫米厚度內的Na2O-B2O3相比較好。
酸處理時,由於已處理部分和內部尚未被處理部分之間會產生應力,因而造成產品破損。所以要從調節基礎玻璃組成、改變製品形狀及厚度、調整熱處理和酸處理工藝等方面作大量的研究,以減少酸處理的破損。
為了製得純度較高的高硅氧玻璃可採用NH4Cl中和酸液,再用清水洗淨,而後再用反覆酸洗方法處理,以使酸洗完全。為使殘留的B2O3儘可能少,可在燒結時通入水蒸氣。這樣製成的高硅氧玻璃SiO2成分可達98%以上,退火温度可提高到1130℃。
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燒結
在燒結中特別應注意之點是多孔高硅氧玻璃的比表面積大(可達80-300米2/克),因此表面會吸附大量的水,這就要求在100-200℃水分蒸發時十分注意,以防水分劇烈汽化使製品損壞。在其他温度下可較快升温。升到1000-1100℃保温一段時間後,燒結就可完成。此時製成的是完全沒有氣泡的透明的高硅氧玻璃製品。但其體積比原來的基礎玻璃製品縮小20-40%,這一點在開始製作時就要考慮到,以使最終制品符合尺寸要求。
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高硅氧玻璃性能及用途
高硅氧玻璃的熱膨脹係數稍大於石英玻璃,為8 x 10-7/℃。因而其抗熱衝擊性能可達800℃,經常使用温度為900℃,短時間最高使用温度可達1200℃。其抗化學侵蝕性、機械強度等性能也與石英玻璃相似。但其大量生產時,價格比石英玻璃低。因而可代替石英玻璃製作耐熱器皿、複雜形狀的儀器、冶煉鈾的器皿、高壓水銀燈管和溴鎢燈管。