高硅氧玻璃制造工藝
2022-08-25 19:34:54 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:仁寶
高硅氧玻璃是含二氧化硅(SiO2)高達(dá)96%以上的玻璃又稱96玻璃。1934年美國(guó)康寧公司研究人員在研究硼硅玻璃分相時(shí)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(duì)玻璃分相有重要意義。選擇成分時(shí)主要應(yīng)考慮如下四點(diǎn)。
(1)要在較低的溫度、較短的時(shí)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(xiàng)的富集區(qū)不能過(guò)大,一般應(yīng)在20埃-60埃左右。過(guò)大則燒結(jié)困難,過(guò)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(shí)收縮過(guò)大易于損壞。
熔化及成形中的問(wèn)題
這種基礎(chǔ)玻璃在熔化時(shí),會(huì)遇到硼硅酸鹽玻璃常見(jiàn)的B2O3揮發(fā)問(wèn)題。為制成與要求成分相同的玻璃,必須根據(jù)試驗(yàn)測(cè)出揮發(fā)量,在配料時(shí)增加B2O3的量。但在工作池中B2O3的揮發(fā)會(huì)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(guò)程中,制品表面的B2O3揮發(fā)也會(huì)使其表面層含SiO2量較高,因而使浸酸困難。此時(shí)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(diǎn)和軟化點(diǎn)之間,一般為500-700℃。溫度過(guò)低分相緩慢,溫度過(guò)高制品會(huì)析晶或變形。熱處理時(shí)考慮到以后酸處理時(shí)破損少,對(duì)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(shí)酸的最大濃度為3NHCl和5NH2SO4。酸處理的時(shí)間與制品厚度、溫度、酸濃度都有關(guān)系,一般認(rèn)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(shí),由于已處理部分和內(nèi)部尚未被處理部分之間會(huì)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(shí)通入水蒸氣。這樣制成的高硅氧玻璃SiO2成分可達(dá)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(diǎn)是多孔高硅氧玻璃的比表面積大(可達(dá)80-300米2/克),因此表面會(huì)吸附大量的水,這就要求在100-200℃水分蒸發(fā)時(shí)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(shí)間后,燒結(jié)就可完成。此時(shí)制成的是完全沒(méi)有氣泡的透明的高硅氧玻璃制品。但其體積比原來(lái)的基礎(chǔ)玻璃制品縮小20-40%,這一點(diǎn)在開(kāi)始制作時(shí)就要考慮到,以使最終制品符合尺寸要求。