玻璃在熔制过程中,配合料各组份的分解反应和挥发组份的挥发等会产生大量的气泡。同时还有其它因素产生的气泡,这些气泡直径在2mm以上的称之为泡沫,直径为0.8~2mm的称之为气泡,0.8mm以下的小气泡称之为灰泡。
伴随熔融过程所产生的气泡,一部份从玻璃液上升至表面破裂消失;一部份气泡溶解在玻璃液中;一部份与玻璃的组份形成化学的结合;还有一部份以气泡的形式残留在玻璃液中。
一般在静止的玻璃液中气泡通过上升最后到玻璃表面破裂消失,在该过程中会受气泡半径、阻力的影响。按斯托克斯原理,玻璃气泡上升速度为:
v= (1-1)
式中v——气泡上升速度,cm/s;
g——重力加速度,cm/s2;
r——球体的半径,cm;
、 ——气体与玻璃液的密度,g/cm3;
η——介质粘度,dPa•s。
气泡所受浮力为:
B= (1-2)
式中 B——浮力。
由此可知,浮力与汽泡半径的三次方成正比,阻力与半径的一次方成正比,上升速度与半径的二次方成正比。因而气泡越大越易消除。气泡在玻璃液中受的浮力同时也在上浮过程中受到阻力,这一阻力在上浮速度越大阻力越大。
消除气泡一般有四种方法:
一、热对流:熔融玻璃中伴随加热的流动,引起热对流,含气泡的玻璃向表面的高温部位运动而促进澄清。
二、澄清剂:在配合料玻璃化反过程中,澄清剂熔融玻璃中放出分解气体,或自身气化,产生大量的气泡,吸纳周边的小气泡,伴随灰泡上升而促进玻璃澄清。
三、吸收:大部份气泡消失时使熔融玻璃温度适当降低,伴随玻璃溶解气体压力的降低,残留的灰泡被吸收溶入玻璃中使灰泡消失,达到澄清。
四、辅助方法:是通过机械搅拌产生与热对流相同的流动,也能很好的促进澄清作用,在池底安装鼓泡装置,将气体从玻璃液底部吹入产生较大气泡,大气泡吸收灰泡及使灰泡上升流动,从而达到澄清与均化的作用。
澄清状况是玻璃熔化质量的重要指标,而澄清是要受以下三个方面澄清条件的制约:第一受玻璃熔窑的结构、长宽比、窑坎、鼓泡等影响;第二受熔制工艺影响包括温度、时间、窑压、热点位置及操作方法影响;第三受澄清剂的影响。上述第一、第二方面能促进澄清缩短澄清时间,但不能彻底消除玻璃内的气泡,要彻底消除玻璃内的气泡还要在配合料中引入澄清剂,为此更重要的是选用澄清剂。三个方面缺一不可,稍有不慎,不仅气泡不能消失还会使灰泡产生。
澄清剂的作用一般在不同的温度下进行分解或挥发。大多数澄清剂都能生成大量的溶解于玻璃中的气体,在玻璃液中呈过饱和状态,提高它们的玻璃液中的分压,并向残留于玻璃液中的气体析出,降低气泡中已有的其他气泡的分压,重新加强了它从玻璃液中吸取这种气体的能力,由于澄清剂生成的气体和气泡中原有的气体共同析出,会增大气泡的直径,加速气泡的上升。这些气泡在上升过程中又会吸纳周边的小气泡带着小气泡一起上升,并把一部份小气泡带出。使玻璃液被澄清。
常用的澄清剂有白砒、氧化锑、二氧化铈、硝酸盐、氟化物、氯化物、硫酸盐、铵盐等。
白砒剧毒,比重3.7,(193℃)升华,熔点315℃,沸点465℃,具有易气化的性质,单独使用时沉于玻璃的底部并立即升华变为蒸气,吸吮玻璃中的小气泡排出玻璃体外面。因白砒是剧毒,在室内不单独使用,通常在使用过程中与硝酸盐共同使用,白砒(As2O3)极易吸收硝酸盐分解而放出的氧(O2)形成五氧化二砷(As2O5),在玻璃澄清阶段分解并放出氧(O2),促进玻璃液澄清,其反应如:
2NaNO3=2NaNO2+O2↑
As2O3+ O2== As2O5(600~1200℃)
As2O5== As2O3+ O2↑(大于1200℃)。
用白砒作澄清剂时,部份在使用过程中As2O3、As2O5仍残留于玻璃中,在灯工加热时,易被还原焰还原为游离砷,使被灼烧的玻璃处变黑。同时对钼电极有侵蚀作用。白砒作为澄清剂时的用量比例:1、氧化物玻璃SiO2≥65%,且SiO2大多数以石英砂为原料时,相对石英砂比例为:白砒0.35~0.6份,NaNO3为2~3.5份。2、氧化物玻璃SiO2≤65%,或SiO2大多数不以石英砂为原料,相对石英砂比例为:白砒0.05~0.4份,NaNO3为2~5份。
氧化锑(Sb2O3)有毒,不升华,密度5.67,熔点656℃,沸点1570℃作为澄清剂用与白砒(As2O3)大致相同。澄清能力弱于白砒。Sb2O3替代部份白砒可防止成形后的玻璃灯工加热时黑化或变色。亦可防止紫外线照射变色的曝晒效应。Sb2O3属热还原剂,能有效的使金属离子在还原状态下稳定的作用。对着色玻璃来说,白砒与Sb2O3并用对着色有稳定作用,但还依氧化还原指数Redox和气氛而定,使用时应加以注意。
二氧化铈(CeO2)无毒是强氧化剂,密度7.3,熔点2600℃,作为澄清剂其机理与白砒大致相同,采用(CeO2)代替白砒作澄清作用同时也是较好的化学脱色剂,实践证明在Na2O-CaO-SiO2系统玻璃,含PbO 33%高铅晶质玻璃和PbO 24%中铅晶质玻璃,钡晶质玻璃,硼玻璃中用(CeO2)代替白 |