澄清剂对高碱铝硅酸盐玻璃澄清效果的研究外文翻译资料

英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

澄清剂对高碱铝硅酸盐玻璃澄清效果的研究

田英良¹，程金树¹，梁新辉²，张磊²，孙诗兵²

1. 武汉理工大学 材料科学与工程学院）
2. 北京工业大学 材料科学院工程学院）

摘要：高碱铝硅酸盐玻璃具有优良的机械性能，并广泛应用在触摸电子显示产品上，由于其氧化铝含量高，使玻璃熔体的表面张力大，使得玻璃澄清困难。为解决这一问题，本文对不同澄清剂的澄清效果进行了系统研究。文中选取了三种不同类型的澄清剂，在不同澄清剂用量的条件下，对高碱铝硅酸盐玻璃的澄清效果进行了分析比较，探讨高碱铝硅酸盐玻璃澄清剂的澄清效果和规律。结果表明：氯化钠澄清效果最好，氧化锡次之，硫化锌最差，氯化钠、氧化锡、硫化锌三种澄清剂最适合的引入量分别为0.2 wt.%、0.3 wt.%、 0.2 wt.%。

关键字：高碱铝硅酸盐玻璃；澄清剂；澄清效果

1. 引言

气泡是玻璃生产过程中一种最常见的缺陷之一。气泡在玻璃材料中属于可见气体夹杂物，它会影响玻璃制品外观、透明度、机械强度等物理性质^[1]。为了消除玻璃中的可见气泡，一般采取物理澄清方法和化学澄清方法^[2,3]。化学澄清方法是玻璃熔制过程中主要澄清手段，一般需要在配方中加入各种澄清剂，其中氧化砷是优良的澄清剂，由于它是剧毒物质，对环境有害，所以应用受到很大限制^[4]。

高碱铝硅酸盐玻璃将成为21世纪重要的玻璃品种，铝硅酸盐玻璃在机械强度、化学稳定性、电学性能方面体现出优良特性，将会在风电、电子显示、交通工具等领域展现出美好的应用前景^[5-9]。因为高碱铝硅酸盐玻璃的化学组成特点在于二氧化硅（SiO₂）和氧化铝（Al₂O₃）含量高，分别达到60 wt.%和13 wt.%以上。这使得铝硅酸盐玻璃具有优良的物理化学性能，但也导致了玻璃熔融温度较高和表面张力较大的问题，致使该类玻璃的澄清成为难题^[10]。

本研究中，选取三种不同化学澄清剂，即 SnO₂(氧化锡)、NaCl(氯化钠)和ZnS(硫化锌)，在特定熔化工艺制度条件下，研究不同澄清剂的澄清效果。

1. 实验

2.1 基础玻璃组成

高碱铝硅酸盐玻璃化学组成特点为：以氧化物的重量百分比为基准，SiO₂ Al₂O₃=70-80 wt.%，Li₂O Na₂O K₂O=11-20 wt.%且K₂O/（Li₂O Na₂O K₂O）le;0.5，CaO MgO SrO BaO=3-5 wt.%，该玻璃化学组成如表1所示：

表1 高碱铝硅酸盐基础玻璃组成

2.2 实验过程

实验主要原料：硅砂、氧化铝、碳酸锂、碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠、碳酸钾、碳酸镁。澄清剂：氧化锡、氯化钠、硫化锌。按照配料单配出300g玻璃配合料，将配合料混合均匀，放入铂金坩埚中，再将铂金坩埚放入高温炉中加热，熔化澄清玻璃。熔制完成后，将铂金坩埚取出，倒入预热好的耐热钢模具中浇注成形，待玻璃熔体浇注定型后，立即转入退火炉中退火。

表1所示的高碱铝硅酸盐玻璃的熔化温度为1650 ℃，比钠钙玻璃的熔化温度高。一般玻璃的熔化温度都低于1600℃，很少有高于1600℃的。高碱铝硅酸盐玻璃的温度-粘度曲线如图1所示。利用高温粘度仪测定粘度，利用Littleton软化点测定仪或热膨胀系数测试仪测定软化点。玻璃熔化工艺曲线如图2所示。

图1 高碱铝硅酸盐玻璃温度-黏度曲线

图2 高碱铝硅酸盐玻璃熔化工艺曲线

2.3 测试方法

将玻璃试样切割成10mmtimes;10mmtimes;10mm的玻璃立方体，利用XTL-40X显微镜观察玻璃立方体小块中的气泡缺陷，并表征气泡数量和气泡尺寸。以GB 903-87附录A的规定作为评价化学澄清剂澄清效果好坏的标准。

1. 结果与讨论

3.1 氧化锡（SnO₂）对澄清效果的影响

氧化锡（SnO₂）属于氧化还原型化学澄清剂，它不污染环境。在一定温度下，氧化锡分解放出澄清气体O₂，而溶解在玻璃熔体中由碳酸盐产生的 CO₂气体会扩散到由O₂形成的气泡中，气泡通过膨胀到足够大而上升至玻璃表面，气体由此从玻璃熔体中排出，而SnO（氧化亚锡）能在温度降低时吸收玻璃熔体中残余气泡中的O₂，再次形成SnO₂（氧化锡），通过 SnO₂/SnO的氧化还原平衡来达到气体的稳定，使玻璃熔体中的气泡缺陷逐渐减少。如表2所示，当氧化锡（SnO₂）用量为0.3 wt.%时，玻璃中的气泡体积较小，澄清效果较好。不同含量氧化锡（SnO₂）的澄清效果如图3所示。

表2 氧化锡（SnO₂）的澄清效果

(a) SnO₂（氧化锡）= 0.10 wt.% (b) SnO₂（氧化锡）= 0.20 wt.%

(c) SnO₂（氧化锡）= 0.30 wt.% (d) SnO₂（氧化锡）= 0.40 wt.%

(e) SnO₂（氧化锡）= 0.50 wt.%

图3 不同含量氧化锡（SnO₂）的澄清效果

3.2 氯化钠（NaCl）的澄清效果

氯化钠（NaCl）是典型的高温挥发型澄清剂，这类澄清剂对玻璃的粘度和表面张力影响较大。氯化钠（NaCl）在熔体中，是以形成[FeCl₃]挥发物和自身气化物（Cl₂）而起澄清作用的。氯化钠（NaCl）的澄清效果如表3所示，当氯化钠（NaCl）用量为0.20 wt.%时，澄清效果较好。主要原因是高碱铝硅酸盐玻璃中的碱含量高，Cl₂的溶解度随玻璃液碱度增大而提高^[12]，玻璃液中溶解气体的饱和程度愈大，玻璃液中气泡内气体的分压愈低，则气泡增长速度愈大，气泡增大而上升，气泡消失的更快，气泡数目减少。不同含量氯化钠（NaCl）的澄清效果如图4所示。

表3 氯化钠（NaCl）的澄清效果