文档介绍：玻璃工艺
第一篇玻璃基础理论
第一节玻璃的分相(phase separation)
一、分相的定义
玻璃从高温冷却过程中或在一定温度下热处理时,由于内部质点的迁移,某些组分发生偏聚,从而形成化学组成不同的两个相,此过程叫分相。
第三章熔体和玻璃体的相变phase transformation of glass & glassmelt
二、玻璃分相的研究史
1880年奥托肖特对分相作了描述
1927年格列研究了二元硅酸盐玻璃特别是RO-SiO2
1952年斯雷特1954年Prebus、Michener运用电子显微镜研究分相。
1954年欧拜里斯拍出第一张分相照片。(TEM)
三、分相种类
(稳定地不混溶)
液相线以上分相,液相线似直线。难成玻。
如:MgO-SiO2,FeO-SiO2,ZnO-SiO2等。
(亚稳不混溶)
以BaO-SiO2为代表,分相在液相线以下。
液相线成倒S形,绝大部分玻璃属于此类分相。
四、分相机理及分相结构
旋节分解机理
S区(不稳区)
2G/  C2 <0 成分微小变化自由焓降低,过程自发。
初期弥散范围大,浓度变化小。
后期聚集长大
动力学阻碍小,分相所需时间短。
三维连通结构
成核生长机理
N区(亚稳区)
 2G/  C2>0成分微小波动自由焓升高,分相要做功。
弥散范围小,起始浓度变化大。
后期生长
动力学阻碍大,分相所需时间长。
滴状
五、分相的原因

(1)阳离子对氧的争夺
M或I的配位结构与F不同,高场强离子较多时易分相。
(2)阳离子场强
Z/r> 液相线以上有分相(Mg Ca Sr)
~ 液相线呈倒S形,液相线下有分相(Ba Li Na)
< 不分相(K Rb Cs)
Z/r越小越易分相
分相的热力学前提是GM为正
GM =  HM–TSM表明不混溶既是键合状态问题又是有序状态问题。
用吉布斯函数判断由卡恩和查尔斯(Charles)首次用于玻璃系统。
稳定和亚稳定状态N区(2G/  C2)P、T>0
稳定边界(亚稳极限曲线) (  2G/  C2)P、T=0
不稳定状态S区(  2G/  C2)P、T<0

3 含RO(除BaO)的二元系统中,分相在液相线以上。
4 二价阳离子氧化物与硼、硅的二元系统,随离子半径而不同。(Fe Zn Cd似 RO, Pb似R2O但分相倾向大)
5 第七主族元素加入会扩大分相区。
6 P2O5能促进Na2O-SiO2分相,大量B2O3也助分相。
7 Al2O3 ZrO2 PbO可抑制Na-Si分相,少量B2O3也可。
8 Al2O3有抑制BaO- SiO2分相作用。
9 分相现象是普遍的。
六、分相与玻璃成分的一般规律
1 单一F的玻璃无分相
2 含R2O的硼或硅酸盐二元系统通常看不到分相。
(1) Ⅱ区特点
,最高会溶点Tc=755C。
,且体积分数符合杠杆规则。
1A
A2
富硼相富硅相
=
1
2
3
4
500C
600C
SiO2
B2O3
A
连线随温度升高而顺时旋转。
七、玻璃分相的研究成果及应用
1 Na2O-B2O3-SiO2系统玻璃分相
三个不混溶区
常规熔制热处理(600C)使之分相退火后用酸处理(酸沥滤)得多孔高硅玻璃 1200C烧结得vycor(体积收缩约20~40%)
性能
=810–7/C 短时使用T=1200C 长时使用T=900C
化稳、机械强度等可与石英玻璃媲美。成本低。
(2)应用
(vycor)
原理:利用分相玻璃中不同相对水、酸、碱的抗蚀程度不同而制得。
工艺过程
组成
SiO2 B2O3 Al2O3 Na2O CaO 美国中国 <

1915年美国康宁公司发明。
用途
代替石英玻璃作耐热仪器,高压水银灯管。
多孔玻璃可作吸湿剂、催化剂载体、细菌过滤器。