玻璃内在缺陷的形成原因及快速诊断-莫瑞华.ppt

玻璃内在缺陷的形成原因及快速诊断,东台莫瑞华-2017.12,内容,一、玻璃内在缺陷的形成原因,玻璃的缺陷使玻璃质量大大降低,甚至严重影响玻璃的进一步成型和加工，或者造成大量废品。玻璃的缺陷种类和产生的原因是多种多样的。在原料加工；配合料制备；熔制、成型、退火；切裁、储存等生产过程中。工艺制度破坏或操作失误都会产生缺陷。,一、玻璃内在缺陷的形成原因,不同的玻璃产品有不同的缺陷，一般将平板玻璃缺陷分成两大类：1、内在缺陷（玻璃体内）气泡、结石、条纹。2、外观缺陷（玻璃表面）光学变形、划伤、凹凸、缺角等。,二、玻璃气泡缺陷的快速诊断,气泡的形成是多种因素共同作用的结果：1、按尺寸分为：灰泡（直径0.5mm）2、形状：球形、椭圆形、线状，气泡的变形主要是制品成型过程中造成的。3、化学组成：不相同，常含有O2、N2、CO、CO2、SO2、NOX、H2O等。,二、玻璃气泡缺陷的快速诊断,根据气泡产生原因，可分成：一次气泡（配合料残留气泡）：澄清不良造成（粒度不均匀、澄清剂用量不足、熔化和澄清温度低）。二次气泡已澄清的玻璃液又出现气泡熔制工艺控制不当造成（如降温后的玻璃液又升温超过一定限度，已溶解的气体重新放出、某些氧化物分解）。,二、玻璃气泡缺陷的快速诊断,耐火材料气泡玻璃和耐火材料间的物理化学作用产生（如耐火材料中的含铁化合物、碳等与玻璃液作用、耐火材料气孔中的气体被排挤到玻璃液中）；金属铁引起的气泡操作不慎而偶然落入窑内的设备或工具（铁件中所含的碳与玻璃中的残余气体相互作用，其特点是气泡周围有一层深色氧化铁着色玻璃薄膜或条纹）,气泡缺陷成分分析案例（一）,气泡缺陷成分分析案例（二）,气泡缺陷成分分析案例（三）,表2两种工业玻璃的熔化/澄清泡的气体成分电视面板及浮法玻璃,配合料分解气泡主要由配合料中碳酸盐的分解产生，这一过程产生的气泡包含大量的CO2，除CO2逸出外，在高温下O2及SO2扩散进入气泡，促使气泡逸出玻璃液面，加速澄清反应。不稳定的熔化工艺导致产品中存在的熔化/澄清泡的典型成分见表2，气泡分析显示气泡体积小，CO2含量高，并含有少量N2及微量Ar（尺寸在数百ppm）。,气泡缺陷成分分析案例（四）,气泡缺陷成分分析案例（五）,二、玻璃气泡缺陷的快速诊断,气泡快速诊断一个困难的课题一般根据气泡的外形尺寸、形状、分布情况以及气泡产生的部位和时间来判断气泡产生的原因，大气泡和铁质所造成的气泡较容易识别，但许多情况下较难判断，有时必须分析气泡中的气体化学成分再综合各种情况来判断。,充满气泡的玻璃装饰柱,二、玻璃气泡缺陷的快速诊断,GIA522在气泡分析中的应用,玻璃中的气体夹杂物是影响玻璃质量最常见的缺陷之一。采用GIA522气泡分析仪，并根据气泡在玻璃中的位置、尺寸分布、气体成分以及夹杂的沉淀物并结合它们的相互作用机制分析并确定气泡缺陷的来源。,GIA522在气泡分析中的应用,GIA522工作原理该设备在动态模式下工作。放入样品后，涡轮分子泵将破碎室抽成超真空环境，消除了空气污染物、CO2和H2O金属针在超高真空环境的镀金的不锈钢破碎室中将样品刺破所含气体通过特殊的阀门系统进入质谱室（四极质谱仪），可同时对不同尺寸样品及不同的气体进行快速的检测分析。,2设备分析系统,气泡分析系统,质谱室,样品室,质谱仪,校准单元,表1质谱仪GIA的技术资料,GIA522在气泡分析中的应用,方法一：样品处理为10101.2mm的矩形样品。新的玻璃断面活性大，易吸附气泡内部气体，故使用金刚石锯照图1切割样品，以降低样品新断面数量图1含气泡的矩形样品方法二：将样品制备成玻璃丝状。丝状样品的优势在于破碎后样品表面小，但样品在制备过程中，气体的成分可能发生改变特别是气泡中含有夹杂物时。,3样品制备,GIA522在气泡分析中的应用,4测试与分析,已知成分的混合气体从校准容积（例如：1mbar时10l对应于气体总量10nl）通过样品室进入质谱仪。在已知校准容积内部气体的体积和压力下，设备可被校准，同时确定总的气体含量，气体成分及压力。,测试是在快速动态的测试模式下完成的，具有刺破后在破碎室停留时间短，并能减少特别是像H2O、H2S、O2、SO2等成分的表面反应的优点。,可通过离子流对时间的积分法或者外推至刺破点的方法对数据进行评估。在积分模式中，通过对不同质电比数值进行积分来评估浓度。在外推模式中，评估刺破推算点的峰强。由于不同成分具有不同的碎断图式，故可通过矩阵法解线性方程，分析带有大量干扰成分如CO/N2或CO2/CO/N2的混合气体。,GIA522在气泡分析中的应用,二、气泡源鉴定,通过质谱分析法确定气泡成分是系统研究确定气泡源的基本步骤。,GIA522在气泡分析中的应用,三、玻璃结石缺陷的快速诊断,结石：结晶状固体夹杂物是玻璃中最危险的缺陷：若结石与玻璃的膨胀系数相差太大，产生较大的局部应力而降低产品机械强度和热稳定性，甚至会使玻璃自行破裂。,三、玻璃结石缺陷的快速诊断,根据产生原因，可分成：配合料结石（未熔化的颗粒）：大都是石英结石或氧化铝颗粒（由于粗砂、混料不均、熔化温度过低、跑料等造成）；,三、玻璃结石缺陷的快速诊断,耐火材料结石碹或胸墙耐火材料高温下被碱气体和废料熔蚀形成液滴进入玻璃、池壁池底耐火材料被玻璃液侵蚀剥落或与玻璃液发生交代作用；按组成可分为硅质耐火材料结石、铝硅质耐火材料结石、锆质耐火材料结石等。（原因：耐火材料质量低劣、熔化温度过高等）,三、玻璃结石缺陷的快速诊断,玻璃液的析晶结石：玻璃化学组成不均、破坏了熔化成型制度而使玻璃液长期停留在有利于晶体形成和生长的温度条件下造成的。常见晶体有：鳞石英和方石英、（常见）硅灰石CaOSiO2、（常见）失透石NaO3CaO6SiO2、（出现少）透辉石CaOMgO2SiO2等；（出现少）,三、玻璃结石缺陷的快速诊断,硫酸盐夹杂物：熔体中硫酸盐超过玻璃所能溶解的数量时，以硫酸盐形式存在于玻璃中。外来污染物：直接或间接由配合料而来，如砂中的含鉻氧化物形成“黑色结石”或操作不慎引入其它杂质