time t[ 11]
Sam ple
Test condition
Empiri cal formula
Floa t glass
75 ℃, 75%RH Q =6 .314 x 10 -2 t 1/2 -9.974×10-3
Rolled g lass
75 ℃, 75%RH Q =5 .344 ×10 -2 t 1/2 -0.158 9 ×10 -3
Heavy flint glass 70 ℃, 75%RH Q =10.5×10-2t 1/2 -1 .13×10-3
Lead cry stal glass 70 ℃, 90%RH Q =0 .217 ×10 -2 t 1/2 -1.28 ×10 -3
为了验证 表 2 经验 式的精 确性 , 将公 式的 计算 结果 与 实验测定数据比较 , 如表 3 所示[ 21] 。
Key words:silicate g lass;weatherability ;weathering environment ;weathered products ;weathering mechanism
玻璃和大气作用 发生侵 蚀称为风 化(weathering), 玻 璃 耐风化性(weatherability)指耐 风化 能力 , 玻璃 埋在 土中(如 古墓内的葬品)所 受侵蚀 , 也称 为风化 。 玻璃风 化后 , 表 面 产生风化膜 , 由于膜层的折射率和玻璃基体不同 , 受光线 照 射后形成虹彩 。 多数情 况是 风化产 物堆 积在 玻璃表 面形 成 白色斑点或大片的雾状物 , 与物品的发霉情 况很相似 , 所以
DO I :10.14062/j .issn.0454 -5648.2003.01.017
第 31 卷第 1 期 2 0 0 3 年 1 月
硅酸盐学报
JO U RNA L OF T HE CHINESE CERAM IC SOCIET Y
Vol .31 , N o .1 January , 2003
表 3 由经验式计算的风化析碱量与实验数据的比较[ 21] Table 3 Deviation of calculated value by empirical formula
compare with experimental data[ 21]
S ample
Calculated E xperimental
在人工加速 风化 的湿 度和 时间 均恒 定的 条件 下 , 国 产 浮法玻璃(均用上表面)、压延玻璃 、器皿玻 璃 、铅 晶质玻璃 的 风化析碱量均随风化温度而增加 , 与 1/ T 呈 直线关系 。
根据实验数据 , 得到 各种玻 璃的风化 析碱量 Q 与环 境 温度 T 间的经验式见 表 1[ 11] 。 一般 玻璃含 R2O 愈多 , 析 碱 量也愈高 。
目前对 玻璃风化的研究方法 , 已由 传统的 目测法 、浊 度 计法 、表面透过率 法 、反射率 法 、散射率 法 、表面 吸附水法 、表 面析碱法 , 发展到 表面 风化 膜测 定法 、红 外反 射法 、扫描 电 镜法 、电子探针法 、X 射线 波谱 法 、X 射线 光电 子能 谱 法 、原 子力显微镜法 , 不仅能观察风化产物形貌 , 而且还能分析 风 化产物成分 、结构与化学价态[ 19 , 20] 。
收稿日期 :2002 -03 -27 。 修改稿收到日期 :2002 -07 -29 。 作者简介 :王承遇(1933 ～ ), 男 , 教授 , 博士生导师 。
Received date :2002 -03 -27 .Approved date :2002 -07 -29 . Biography:WA NG C hengyu(1933 —), male, prof essor. E -mail :cw angt ao @m ail .dlptt .ln .cn
Weathering Wea thering
tempera ture/ humidity RH/
在恒定的环境温度 、湿度条件下 , 玻璃的 Q 与风化时间 天数的平方根(t 1/ 2)呈直线关系 , 得出经验式见表 2[ 11] 。
表 2 析碱量 Q 与风化时间 t 的经验式[ 11] Table 2 Empirical formulae of generated alkali Q with
现着重阐述环境条 件 、分相 等因素 对国 产浮 法玻 璃 、压 延玻璃 、器皿玻璃 、晶质玻璃以及重铅光 学玻璃风化 的影响 , 探讨风化的过程和防止风化的途径 。
1 风化的环境条件
环境因素主要指玻璃储存时温 度 、湿度 和时间 。 为了 便 于研究 , 通常将 玻璃 放在 人工 加 速风 化箱 内 , 根 据试 验 要 求 , 温度 、湿度 可随 意 调节 , 并 可 保持 指定 的 恒温 、恒 湿 要 求 , 其温度波动不超过 ±1 ℃, 相对湿 度 ±1 %RH 。 硅酸 盐 玻璃的风化程度 , 以风化时单位表面 积的析碱量(μg·cm-2) 表示 , 由原子吸收分光光度计测定 。 析碱量愈高 , 即玻璃 风 化愈严重 。
综合评述 硅酸盐玻璃的风化
王承遇 பைடு நூலகம் 陶 瑛
(大连轻工业学院玻璃及无机新材料研究所 , 大连 116001)
摘 要 :综述影响浮法玻璃 、压延玻璃 、光学玻璃 、晶质玻璃和器皿玻璃的耐风化性因素 , 风化产物的形貌和风化过程 。导出了玻璃表面风化析 碱量和环境条件如温度 、湿度和时间 的关 系 :玻 璃样品 的析 碱量 随风 化温度 、湿度 和时 间而 增加 。 风 化产 物的 形貌和 成分 用 SEM , WDS , EPM A 和 XPS 来检测 。 结果表明 :钠钙硅酸盐玻璃风化表面产物主要为钠和钙的碳酸盐 。 如玻璃发生分相 , 玻璃的耐风化 性不仅与玻璃成 分 有关 , 还与分相形貌有关 。 富硅滴状结构易风化 , 风化程度随富硅相液滴的数量而增加 。 在相同条件下 , 富硅相的连通结构降低玻璃的风 化 程度 。 还阐述了玻璃风化机理及如何防止风化的方法 , 并对改善玻璃耐风化性指出了研究方向 。
Abstract :So me factors affecting weatherability , mo rphology of w eathered products and weathering process of float glass, rolled g lass, optical g lass, crystal glass and glassw are are review ed .T he empirical relationships between the amount of alkali extracted on weathering glass surface and the enviro nmental condition such as temperature , humidity and time fo r the silicate glasses were derived.T he amount of alkali extracted increases with increasing weathering temperature , humidity and time for the glass samples .T he mo rphologies and contents of w ea thered products were identified by SEM , WDS , EPM A and XP S.The results indicate that the reaction products on the w eathered surface of soda -lime silicate glasses are mainly sodium and calcium mixed carbo nate .T he weatherability of g lass depends not only on composition but also o n the morphology of phase separation if this glass has phase_separation .The droplets of silica_rich phase are more liable to weathering , and the weathering increases with the volume of the discrete droplets of silica_rich phase .But the weathering deg ree of the g lass with the connected structure of the silica_rich phase will reduce under the same conditio n.T he mechanism of the weatherability of glass and the preventive methods of glass w eathering are expatiated .M oreov er , the future research direction for improved w eatherability of glass is pointed out.
天然玻璃如珍珠岩 、黑曜 岩以及古 代窗玻 璃的风 化 , 国 外学者从其风化形貌到机理均作过研究[ 1 , 2] 。 玻璃风化的 研 究 , 一种是从化学作用观点出发 ;另一种是从微生物作用 观 点出 发(生 物 发 霉), 此 处 仅 论 述 化 学 作 用 引 起 的 风 化 。 Walter[ 3] , T suchihashi[ 4] 和土 桥正二[ 5] 系统研究 了玻璃风 化 的机理 、影 响风 化 的 因 素 。 作者 曾 对 平 板 玻 璃[ 6] 、器 皿 玻 璃[ 7] 、铅玻璃[ 8] 、光学 玻璃[ 9] 、激 光玻 璃[ 10] 的 风化 , 进 行 了 测试 , 探讨了环 境因 素[ 11] 、分 相[ 12] 、离 子 注入[ 13] 对 风化 的 影响 。 如 何 防 止 玻 璃 风 化 , 国 内 学 者 也 作 了 大 量 工 作[ 14 ～ 18] 。