第3章 玻璃配合料的制备
一、玻璃成分的设计和确定 （一）玻璃成分设计原则：
１、根据组成、结构和性质的关系，要求设计的玻璃满足预定 性能要求；
２、设计的组成能形成玻璃而析晶倾向小； ３、设计的玻璃必须符合熔制、成形等工艺要求； ４、按设计生产的玻璃价格低、原料易得。 具体地 首先：根据玻璃制品的物理-化学性能和工艺性能，选择合适 的氧化物系统，确定３-４种总量达选择组成点时，应当使组成点接 近低共熔点或相界线，远离析晶区，以降低玻璃的析晶倾向。
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二、配合料的计算：
基础数据：玻璃的重量百分比组成和原料的干湿基化学成分 （重量百分含量）。
计算程序 1、先以100公斤玻璃为计算基准，求出各原料的用量： 对含两种以上主要成分的原料，列出多元联立方程式，求解 各原料的需要量； 对含单一成分的原料，若 2 中算中已有某原料含此成分时， 首先扣除其引入量，再计算还应加入的量。不然，则单独求其需 要量； 2、计算辅助原料的需要量，若同时引入了主要成分，则须 减去引入此成分的主要原料相应的用量； 3、对挥发性成分，补加所挥发的量；
P2O5：61.2 Al2O3:3.8
BaO:35.0
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为进一步减少P2O5的挥发，提高化稳性，降低析晶倾向和调整 光学常数，以B2O3代替P2O5，以CaO和ZnO代替BaO，通过实验 和性质测定，确定组成如下：
氧化物 P2O5 重量％ 50.5
B2O3 10.7
Al2O3 BaO 3.8 27.3
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此外还加入一些赋予玻璃必要性质而不使玻璃主要性质变差的 氧化物，使其组成氧化物在５-６种以上。这里须结合各种氧化物 的作用，以及双碱效应、硼反常、铝反常等知识。
最后，还应当考虑加入适当的辅助原料如澄清剂、助熔剂等。 （二）玻璃成成分的设计和确定的过程
１、提出设计玻璃的性能要求： 根据玻璃制品使用要求，列出以下主要性能要求： 膨胀系数、软化点、热稳性、化稳性、机械强度、电学性质、 光学性质等以及如熔制温度、成形温度、退火温度等工艺性能。 有关的一些参数可以参照国家标准，同类产品性能要求。
对照，不符和要求时，反复调整组成，直至达到要求，最终拟
定玻璃的组成。
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３、实验、测试、确定组成
组成
配料
实验 未达到要求
调整
熔制参数
中试
组成确定，投产
性能测试 达 到 要 求
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（三）玻璃新成分的确定方法举例
１、根据相图确定玻璃成分
设计一种化学仪器玻璃，要求热膨胀系数低于３８*１０-７／℃
因为要求的膨胀系数较小，所以加入的氧化物必须有利于降低热膨 胀系数，为此加入半径小、电荷高的阳离子（如Ｌｉ＋、Ｍｇ２＋、 Ｚｎ２＋、Ｂ３＋、Ｚｒ４＋等）。
最终经过性质计算，确定设计玻璃组成如下：
氧化物 重量％
SiO2 62.0
Al2O CaO MgO ZnO Li2O B2O3 ZrO2 3
14.7 7.6 5.0 5.0 1.5 3.6 0.6
明确主要性能指标
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２、拟定玻璃的组成 一般有两类情况：
（１）对于玻璃新成分的确定
有关相图
选择玻璃组成点，拟定玻璃组成；
玻璃形成区图
（２）对于已有成分作局部调整
首先：根据性能要求，参考已有成分，结合生产条件，调整玻 璃中各氧化物的比例，拟定出原始组成；
然后按照有关性质计算公式算出主要性质，并与预期要求
MgO量后加入BaO,降低电导和介电损耗，同时缩短了料性 ４、利用双碱效应，调整NaO/K2O的比例，提高抗电性和化稳
性。
调整结果如下：
氧化物 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO 重量％ 71.5 3.0 0.2 7.0
MgO K2O Na2O BaO
1.5 3.5 10.5 2.5
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CaO 4.0
ZnO 3.7
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(四）对已有成分局部调整方法举例： 由于实用性能的提高、生产上熔化率提高等原因，须通过少量 多次的方式逐渐调整以达到所设计的成分。 一般地，玻璃中Al2O3、ZrO２等难熔物调整量要比SiO2、Na2O CaO的小些，后者较大，但一般也不宜超过0.1%，而对前者幅度就 更小。这样可以保持正常生产，减少制品中缺陷的产生。
一付配合料中各原料用量 100Kg玻璃各原料用量 增大系数
增大系数 一付配合料中生料总重 100Kg玻璃所需原料总重
ＳｉＯ２
现采用ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２
系统由图可知，红点与黄点平衡温度分
别为１３４５ ℃和１１７０ ℃，都处
于低共熔点，不易析晶。后者更易熔化，
添加其它成分后，一般所须温度会高出
低共熔点３００-４００ ℃，工业窑炉
可以达到次温度。故可选此组成点。
ＣａＯ
Ａｌ２Ｏ３
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该点组成（％）： ＣａＯ：２３.３ Ａｌ２Ｏ３：１４.７ ＳｉＯ２： ６２.０ 另外，为了符合仪器玻璃的要求，加入一定量的其它氧化物。
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２、根据玻璃形成区图确定玻璃成分
P2O5
设计一种色散低、折射率为1.548的 磷酸盐玻璃。 图中黄色部分为玻璃生成区
其次，应注意：
I、满足光学性能要求；
II、磷酸盐玻璃中P2O5的量不可过
高，以免挥发过多不易控制光
学性质；
III、具有足够化学稳定性，析晶倾
BaO
Al2O3 向小；
根据以上特点，选择图中红点处为玻璃组成点(%)：
现需要在近似器皿玻璃的成分基础上，设计一种刚化玻璃绝缘 子成分：
氧化物 SiO2 Al2O3 CaO MgO R2O Fe2O3
重量％ 72.2 1.5 6.8 3.0 16.0 0.2
原玻璃组成易熔制，料性太长，抗电性能不高，化稳性对绝缘 子来说不高。
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所以， １、必须降低碱含量，以提高抗电性，化稳性和料性。 ２、提高Al2O3的含量，增大粘度 ３、二价金属氧化物具有压制效应，因此，提高CaO量，减少
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4、计算配料的气体率和产率：
气体率
100Kg玻璃的原料总重 生成玻璃重 100Kg玻璃的原料总重量
100%
产率
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气体率
玻璃生成重量（100Kg 配合料重量
） 100%
5、换算成一付配合料的原料用量并计算碎玻璃用量： 一付配合料的总重量由所选的混料机加 工能力决定，如500公斤。