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高硅氧玻璃制造工藝

2022-08-25 19:34:54 來源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:仁寶

高硅氧玻璃是含二氧化硅(SiO2)高達96%以上的玻璃又稱96玻璃。1934年美國康寧公司研究人員在研究硼硅玻璃分相時發(fā)明了高硅氧玻璃,并于1939年以Vycor的商品名稱出售。

基礎(chǔ)玻璃成分的選擇

基礎(chǔ)玻璃成分對玻璃分相有重要意義。選擇成分時主要應(yīng)考慮如下四點。

(1)要在較低的溫度、較短的時間內(nèi)完全分相。

(2)要在分相后能生成二氧化硅相的連續(xù)骨架結(jié)構(gòu),而不能生成弧島形球狀結(jié)構(gòu)。這是由于弧島形球

狀結(jié)構(gòu)中Na2O-B2O3相被SiO2相所包圍,用酸液很難將其浸出。

(3)分相后各項的富集區(qū)不能過大,一般應(yīng)在20埃-60埃左右。過大則燒結(jié)困難,過小則Na2O-B2O3相不易被酸液浸出。

(4)B2O3和Na2O的含量應(yīng)較低,否則燒結(jié)時收縮過大易于損壞。

熔化及成形中的問題

這種基礎(chǔ)玻璃在熔化時,會遇到硼硅酸鹽玻璃常見的B2O3揮發(fā)問題。為制成與要求成分相同的玻璃,必須根據(jù)試驗測出揮發(fā)量,在配料時增加B2O3的量。但在工作池中B2O3的揮發(fā)會造成制品中出現(xiàn)條紋,從而使其分相不均勻,因此要采取措施除去玻璃液表面因B2O3揮發(fā)而造成的變質(zhì)層,并控制氣氛。即使這樣,在制品成形過程中,制品表面的B2O3揮發(fā)也會使其表面層含SiO2量較高,因而使浸酸困難。此時應(yīng)將制品用氫氟酸處理,以除去表面的高SiO2層,這就可以大大加快浸酸速度。

熱處理和酸處理

熱處理溫度在玻璃的轉(zhuǎn)化點和軟化點之間,一般為500-700℃。溫度過低分相緩慢,溫度過高制品會析晶或變形。熱處理時考慮到以后酸處理時破損少,對不同壁厚的產(chǎn)品要采用不同的處理方法。厚度較大的產(chǎn)品要用高溫快速熱處理,厚度較小的產(chǎn)品應(yīng)采用低溫慢速熱處理。

酸處理時酸的最大濃度為3NHCl和5NH2SO4。酸處理的時間與制品厚度、溫度、酸濃度都有關(guān)系,一般認為控制在一天浸出一毫米厚度內(nèi)的Na2O-B2O3相比較好。

酸處理時,由于已處理部分和內(nèi)部尚未被處理部分之間會產(chǎn)生應(yīng)力,因而造成產(chǎn)品破損。所以要從調(diào)節(jié)基礎(chǔ)玻璃組成、改變制品形狀及厚度、調(diào)整熱處理和酸處理工藝等方面作大量的研究,以減少酸處理的破損。

為了制得純度較高的高硅氧玻璃可采用NH4Cl中和酸液,再用清水洗凈,而后再用反復(fù)酸洗方法處理,以使酸洗完全。為使殘留的B2O3盡可能少,可在燒結(jié)時通入水蒸氣。這樣制成的高硅氧玻璃SiO2成分可達98%以上,退火溫度可提高到1130℃。

燒結(jié)

在燒結(jié)中特別應(yīng)注意之點是多孔高硅氧玻璃的比表面積大(可達80-300米2/克),因此表面會吸附大量的水,這就要求在100-200℃水分蒸發(fā)時十分注意,以防水分劇烈汽化使制品損壞。在其他溫度下可較快升溫。升到1000-1100℃保溫一段時間后,燒結(jié)就可完成。此時制成的是完全沒有氣泡的透明的高硅氧玻璃制品。但其體積比原來的基礎(chǔ)玻璃制品縮小20-40%,這一點在開始制作時就要考慮到,以使最終制品符合尺寸要求。

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