玻璃工艺学讲义

玻璃工艺学讲义

第一节概述

1.物质的玻璃态

自然界中，物质存在着三种聚集状态，即气态，液态和固态。固

态物质又有两种不同的形式存在，即晶体和非晶体（无定形态）。

玻璃态属于无定形态，其机械性质类似于固体，是具有一定透明

度的脆性材料，破碎时往往有贝壳状断面。但从微观结构看，玻璃态

物质中的质点呈近程有序，远程无序，因而又有些象液体。从状态的

角度理解，玻璃是一种介于固体和液体之间的聚集状态。

对于“玻璃”的定义，二十世纪四十年代以来曾有过几种不同的

表述。1945年，美国材料试验学会将玻璃定义为“熔化后，冷却到

固化状态而没有析晶的无机产物”。也有将玻璃定义扩展为“物质（包

括有机物，无机物）经过熔融，在降温冷却过程中因粘度增加而形成

的具有固体机械性质的无定形物体”。我国的技术词典中把“玻璃态”

定义为；从熔体冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状态。其

实，在上世纪八十年代，有人提出上述定义'是多余的限制因为，

无机物可以形成玻璃，有机物也可以形成玻璃，显然早期的表述并不

合适。另外，经过熔融可以形成玻璃，不经过熔融也可以形成玻璃，

例如，经过气相沉积，溅射可得到非晶态材料，采用溶胶-凝胶法也

可以得到非晶态材料，可见后期的表述也并不妥当。现代科学技术的

发展已使玻璃的含义有了很大的扩展。因此，有人把具有下述四个通

性的物质不论其化学性质如何，均称为玻璃。这四个通性是；

(1)各相同性。玻璃的物理性质，如热膨胀系数，导热系数，导

电性，折射率等在各个方向都是一致的。表明物质内部质点的随机分

布和宏观的均匀状态。

(2)介稳性。熔体冷却成玻璃体时并没有处于能量最低的状态，

仍然有自发转变为晶体的倾向，因而，从热力学的观点看，处于介稳

状态。但常温下玻璃的粘度非常大，自发转变为晶体的速度非常慢，

所以，从动力学的观点看，它又是非常稳定的。

(3)固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性。玻璃态物质由熔

体转变为固体是在一定温度区间(转化温度范围)进行的，性质变化

过程是连续的和可逆的，它与结晶态物质不同，没有固定的熔点。

(4)性质随成分变化的连续性和渐变性。在玻璃形成范围内，

玻璃的性质随成分发生连续的逐渐的变化。例如，在R2O-SiO2系统

中，玻璃的弹性模量随Na2O或K2O含量的上升而下降，随Li2O

含量的上升而上升。

2.玻璃的分类

玻璃的分类方式很多，常见的有按组成分，按应用分及按性能分

等。

2.1按组成分类

这是一种较严密的分类方法，其特点是从名称上直接反映了玻璃

的主要和大概的结构，性质范围。按组成可将玻璃分为元素玻璃，氧

化物玻璃和非氧化物玻璃三大类；

元素玻璃指由单一元素构成的玻璃，如硫玻璃，硒玻璃等。

氧化物玻璃指借助氧桥形成聚合结构的玻璃，如硅酸盐玻璃，硼酸

盐玻璃，磷酸盐玻璃等。它包含了当前已了解的大部分玻璃品种，这

类玻璃在实际应用和理论研究上最为重要。

非氧化物玻璃当前这类玻璃主要有两类。一类是卤化物玻璃，玻璃

结构中连接桥是卤族元素。研究较多的是氟化物玻璃（如BeF2玻

璃,NaF-BeF2玻璃）和氯化物玻璃（如ZnC12玻璃,ThC14-NaCl-KCl

玻璃）；另一类是硫族化合物玻璃，玻璃结构中的连接桥是第六族元

素中除氧以外的其它各元素。例如，硫化物玻璃，硒化物玻璃等。

对于氧化物玻璃中的硅酸盐玻璃，可按化学组成再进一步细分；

（1）钠玻璃（又名钠钙玻璃或普通玻璃）

钠钙硅酸盐玻璃是生产历史最悠久的玻璃系统，也是当今产量最

高，用途最广的一类玻璃。我们日常生活中所见到的玻璃制品。如建

筑装饰用的窗玻璃，板玻璃，玻璃纤维制品乃至食品药物包装用的瓶

罐和日用器皿，绝大部分都是钠钙硅酸盐玻璃。它的产量估计占玻璃

总产量的90%以上。这类玻璃是人类在长期的生产活动中认识，创造,

发展出来的。早在其基本理论开始发展之前，在制造技术上已取得了

辉煌的成就。

生产钠钙硅酸盐玻璃的主要原料是硅砂，石灰石，纯碱。由于古

代化学知识不足而且只有天然原料，单凭经验选取原料和配料，难免

带入各种天然杂质，如A12O3,Fe2O3,MgO,K2O等。欧洲工业革命以

后，由于化学知识的积累，曾一度追求使用高纯原料，进一步研究发

现，一定量的杂质，特别是A12O3,MgO,K2O,B2O3等不但对生产无

害，反而能改善玻璃的许多生产工艺性质和实用性质。在钠钙硅酸盐

玻璃成分的变化上经历了由复杂到简单，又从简单到复杂的发展过

程。

典型的钠钙硅玻璃的化学成分见下表；

钠钙硅玻璃化学成分表

名SiO2A12OFe2OCaOMgO(KNa)2

称33O

平板玻璃72.0-72.1.3-1.0.178.2-8.92.9-4.13.4-14.

2506

器皿玻璃72.01.99.61.514.6

瓶罐玻璃70.0-74.1.5-2.1.0-1.10.0-13.13.0-16.

05300

(2)钾玻璃(又名硬玻璃)

以K2O代替钠玻璃中的部分Na2O,适当提高SiO2含量，玻璃

质硬且有光泽，其他性能也比钠玻璃好。多用于制造化学仪器，用具

和一些高级玻璃制品。

(3)钙镁铝硅玻璃

以MgO代替钠玻璃中的部分碱金属和碱土金属氧化物，以A12O3

代替部分SiO2而制成，组成为SiO260.5(wt%),A12O321.4,CaO

8.7,MgO5.8,F1.5和Na2O0.6的耐热玻璃，热膨胀系数为4X10一

7℃,由于其优良的热稳定性，在工业上可用以制造耐热与耐侵蚀的

管子，玻璃纤维，以及电气上用的制品。

（4）铅玻璃（又名铅钾玻璃，重玻璃，或晶质玻璃）

由PbO,K2O和少量SiO2组成，由于PbO的特殊性质，通过合

理的组分调节，可以使玻璃具有折射率高，色散高，比重大，透明度

好，光泽好，硬度低等特性，可大量应用于光学玻璃，电真空玻璃及

铅晶质玻璃等方面。

燧石光学玻璃PbO2含量达40—79wt%,是光学玻璃的重要分支

之一，具有高折射率（nD为1。6—lo9）,高色散（为22—36）的

特性。

铅玻璃PbO含量为5—30%,料性长，不易析晶，适合于各种成

型方法，电绝缘性好，化学稳定性高，是一类优良的电真空玻璃。

铅晶质玻璃比一般器皿玻璃含有较多的PbO,透明度高，光泽

好，硬度低，易于磨，亥"，适宜于制造高级艺术品和餐具等。按含量

不同，分为低铅晶质玻璃，中铅晶质玻璃和高铅晶质玻璃，其成分如

下；

铅晶质玻璃成分表

名称PbO含量玻璃成分wt%

wt%SiO2A12O3PbOCaOK2ONa2O

低铅晶质玻<1573.17.12.04.612.7

璃

中铅晶质玻15-2563.10.917.31.717.017.0

璃

高铅晶质玻>3052.333.813.9

璃

（5）硼硅玻璃（又名耐热玻璃）

由B2O3,SiO2及少量MgO组成，具有较好的光泽和透明度，较

高的耐热性，绝缘性，化学稳定性和力学性能，可用于制造高级化学

仪器和绝缘材料。

（6）石英玻璃

由纯SiO2制成，具有优良的热学性能,光学性能和化学稳定性,

具有极高的力学性能，并能透过紫外线，可用于制造耐高温仪器及杀

菌灯等特殊用途的仪器和设备。

2.2按应用分类

按玻璃用途分类是日常生活中普遍采用的一种方法，通常可分为

如下几类；

建筑玻璃：包括平板玻璃，磨光玻璃，夹层玻璃，中空玻璃等；

日用玻璃：包括瓶罐玻璃，器皿玻璃，药用玻璃，工艺美术玻璃等。

仪器玻璃：包括高铝玻璃（A12O3的质量分数为20%-35%,用于燃

烧管，高压水银灯，锅炉水表等），高硅氧玻璃（SiO2质量分数大于

96%,用以代替石英玻璃制作玻璃仪器），高硼硅玻璃（用于耐热玻

璃仪器，化工反应器，管道，泵等距离等）。

光学玻璃：包括无色光学玻璃，用于显微镜，望远镜，照相机，电视

机及各种光学仪器；有色光学玻璃，用于各种滤光片，信号灯，彩色

摄影机及各种仪器显示器。也还包括眼镜玻璃，变色玻璃等。

电真空玻璃：包括石英玻璃，鸨组玻璃，铝组玻璃，箱组玻璃，中间

玻璃，焊接玻璃等，主要用于电子工业，制造玻壳，芯柱，排气管，

或作为玻璃封接材料。

对于建筑玻璃，按其用途可细分为以下五类；

(1)平板玻璃

主要利用其透光性和透视性，用作建筑物的门窗，橱窗及屏风等。

这一类玻璃包括普通平板玻璃，磨砂玻璃，磨光玻璃，浮法平板玻璃

和花纹平板玻璃。

(2)饰面玻璃

主要利用其表面色彩图案花纹及光学效果等特性，用于建筑物的

立面装饰和地坪装饰。这一类玻璃有；辐射玻璃，釉面玻璃，镜面玻

璃，拼花玻璃，水晶玻璃，彩色玻璃和矿渣微晶玻璃等。

(3)安全玻璃

主要利用其高强度，抗冲击及破碎后无伤人危险等特性，用于装

饰建筑物安全门窗，阳台走廓，采光天棚，玻璃幕墙等。主要种类为;

钢化玻璃，夹丝玻璃，夹层玻璃等。

(4)功能玻璃

具有吸热或反射热，吸收或反射紫外线，光控或电控变色等特性,

多用于高级建筑物的门窗，橱窗等，也用于玻璃幕墙。主要品种有;

吸热玻璃，热反射玻璃，低辐射玻璃，选择吸收玻璃，防紫外线玻璃,

光致变色玻璃，中空玻璃，电致变色玻璃，等。

（5）玻璃砖

主要用于屋面和墙面装饰，该类产品包括；特厚玻璃，玻璃空心

破，玻璃锦破，泡沫石专等。

2.3按性能分类

这种方法一般用于一些专门用途的玻璃，其名称反映了玻璃所具

有的特性。例如；

按光学特性：光敏玻璃，声光玻璃，光色玻璃，高折射率玻璃，

低色散玻璃，反射玻璃，半透过玻璃。

按热学特性：热敏玻璃，隔热玻璃，耐高温玻璃，低膨胀玻璃。

按电学特性：高绝缘玻璃，导电玻璃，半导体玻璃，高介电性玻

璃，超导玻璃。

力学性能：高强度玻璃，耐磨玻璃。

化学稳定性：耐酸玻璃，耐碱玻璃。

3.玻璃的形成方法

为了把物质转变为玻璃态，无论起始状态是气体，液体还是固体,

最关键的一点是原子在低温时难以运动，从而使它没有足够的时间完

成规则排列。从不同聚集状态的物质向玻璃转变的角度来分类，玻璃

的形成方法有；

3.1熔体冷却法

用熔体冷却法制作玻璃态物质其远程无序结构是用加热熔化的

方法获得的。至于能否保持其远程无序结构，取决于熔体达到过冷状

态的倾向大小，即取决于熔点以下熔体过冷而不致引起成核和结晶的

能力。显然，只有那些过冷程度很大而不析晶的液体才可能成为玻璃。

传统熔体冷却方法是将玻璃原料加热，熔融，澄清，均化，透明

均质的熔体，然后在常规条件下冷却面成固态玻璃物质，由于不需要

复杂的制冷设备。世界上极大部分玻璃产品都是通过这种方法生产

的。

某些金属，合金及一些离子化合物，虽在高温下能形成熔体，但

用常规方法冷却时，很容易析晶而不能制成玻璃。但随着熔体冷却技

术的进步，已有可能使它们在快速冷却过程中因来不及析晶而成为玻

璃体。例如，利用离心力将熔融金属液喷射到冷却的金属板面上，其

冷却速度为传统熔体冷却速度的20-30倍；如将金属液滴放入快速运

动的活塞与铜垫之间，被压制成几十微米厚的薄片因铜的快速传热而

成为玻璃体，其冷却速度为传统熔体冷却速度的2到3个数量级倍；

如将金属液滴甩到两个转鼓之间，冷却速度可达秒，可轧

制成厚度为20-1微米的非晶态金属带，这种方法称之为非晶态合金

薄膜离心急冷法。玻璃态金属具有很高的强度，硬度，电阻，磁性和

比热。其性能指标比现有的优质牌号钢要高得多。这些材料在仪器仪

表制造，无线电工程及其他领域得到了应用。

3.2气相沉积法

无机玻璃和金属玻璃主要是通过熔冷却来制取的，但无机玻璃也

可以通过气相来制造。例如，可以应用内部气相沉积法制造光通讯用

的石英玻璃纤维，将SiC14和GeC14的混合气体通入石英玻璃管内，

使它们在气相状态下氧化并分解，形成非晶态SiO2.GeO2后凝聚在

玻璃管的内壁。又例如，制造反射望远镜镜头时所使用的TiO2-SiO2

系低膨胀玻璃，也是通过气相反应的方法制造的，用火焰将

TiC14-SiC14的混合气体加热到1800C左右，使之氧化并分解，形成

的TiO2-SiO2微细粒子粘附到接收台架上，经收集并加热烧结成玻

璃。

通过气相制作玻璃态的方法有：

真空蒸发法少量样品在真空条件下通过加热或电子束轰击，蒸发成

气相，然后使之在冷却的衬底上冷凝成无定形玻璃态膜。这种方法的

优点是无污染，可用以制取As2S3膜,Si3N4膜等。

阴极溅射法金属或氧化物靶受阴极电子或惰性气体原子或离子束

的轰击后，溅射到衬底上，经冷却而成无定形材料。近年来，在此基

础上又发展了一种反应溅射法，即使溅射到基板上的材料与氧化进行

反应形成氧化物无定形薄膜（如PbO-TeO2膜，PbO-SiO2膜等）。

溅射法粒子的能量（10eV）比真空蒸发法的能量（0。leV）高,

故膜层附着力强，致密度高，适用于不易蒸发的材料，其缺点效率不

够高。

化学气相沉积法（CVD）气态物质在固体表面发生反应后，仍然以远

程无序的状态凝结在固体材料的表面，当然，反应必须发生在固体表

面或表面附近。应用这种方法的条件是；反应剂在室温下或不太高的

温度下呈气态或蒸汽压较高，且纯度较高，能形成所需要的沉积层而

其他反应产物易于挥发。在工艺上，要求重现性好，成本低。

用CVD法制备的涂层粘附性好，内应力小，均匀性好。已用于

制备多种玻璃态材料，如；半导体工业用的Si3N4绝缘材料，Si3N4-C,

Si3N4-AlN复合导电材料，用于硼扩散源的BN以及具有导电性，化

学稳定性，且质地坚硬的玻璃态硼化物（如Ti-B,Al-B,Zr-B等）。

3.3晶体能量泵入法

辐照法是利用高速中子束或a粒子束轰击晶体材料表面而使其无定

形化的一种方法。其过程为SiO2（晶体）一中子轰击一SiO2（玻璃）.

由于中子或a粒子把很大的能量传递给晶体中的原子，使原子离

开它在晶格中的平衡位置进入空隙，或因发生碰撞而形成缺陷，导致

晶格中原子间距和化学键角均发生变化，造成向结构远程无序的转化

而形成玻璃态。

冲击波法用爆炸法或夹板对晶体物质施以冲击波，在极大的压力和

随之而来的高温作用下，转变成玻璃态。例如，石英晶体在压强大于

3o6Xl（）i°Pa的冲击波作用成了玻璃态；又如晶态白磷在250℃下，

压力大于7Xl（）8pa时形成玻璃态磷.

离子注入法用高能量的离子束（几十电子伏到几十万电子伏）轰击

晶体表面，当注入离子达到一定剂量时（一般不小于10%）,可使基

体表面非晶体化。这是由于离子注入时产生的热峰作用和轰击时产生

的极高压力密度和位错密度，使基体表面呈远程无序状态。用这种方

法可制备多种玻璃态合金系统，如Fe,Co,Ni系统，B,P系统等。

3.4固相热分解法

用固相热分解也可制得非晶态材料，但在实际应用中有重要意义

的材料只有玻璃碳，它是由酚醛树脂和糠醇经加热碳化而成的。加热

至400-800C时,气孔表面积增大,质量，体积减小,在800-1200℃

时，气孔相继消失，变成有玻璃状外观的无气孔玻璃碳。

3.5溶胶-凝胶法(S-G)

溶胶-凝胶法也称溶液低温合成法，用于制备玻璃只有几十年的

历史。其原理是将有适当组成的液态金属有机化合物(金属醇盐)通

过化学反应和缩聚作用生成凝胶，经加热脱水后烧结形成玻璃材料。

目前已能用溶胶-凝胶法成功地制备块状，薄膜状，纤维状以及中空

球状玻璃材料。

与熔体冷却法相比，溶胶-凝胶法的优点是：

(1)作为原料的醇盐易于提纯，产品纯度高。

(2)原料可在分子级水平上加以混合，均匀性高。

(3)热处理温度低，节省能源，减少了挥发损失和污染。

(4)能制取高粘度，易分相，易析晶的玻璃材料。

溶胶-凝胶法的缺点是原料成本高，干燥和烧结时易开裂。

综上所述，虽然玻璃形成的方法很多，新的方法不断产生，但熔

体冷却中的传统熔体冷却工艺仍然是大量生产玻璃的主要工艺。

附：平板玻璃发展简史

大型平板玻璃的生产始于明清之际，生产技术是由西欧传入的，

最早在广州，以后在四川，北京生产。1922年，比利时在秦皇岛建

设耀华玻璃厂，于1924年建成投产，日产约400-500标箱。同年，

日本在大连建设玻璃厂，于第二年投产。之后，日本又扩建沈阳玻璃

厂。

1945年，苏联红军进入大连后，大连玻璃厂于1947年恢复了生

产。秦皇岛耀华玻璃厂和沈阳玻璃厂于1949年3月相继恢复了生产。

1949年，我国平板玻璃产量不足100万重（？）箱，远远满足不了

需要。经过10年的努力，I960年我国平板玻璃的产量达500多万重

箱。改革开放以后，平板玻璃产量更快地得到了增长，见下表；

平板玻璃产量增长表

年代1949196019771978198019901994

产量（万重箱）100500148017842466806611500

1990年我国平板玻璃产量8066万重箱（约400万吨），已跃居

世界首位。在产量快速增长的同时、我国平板玻璃的装备水平不断提

高，玻璃品种不断增加，一大批玻璃专业技术人员迅速成长.

第二节玻璃原料

组成玻璃的各种氧化物，在配料时所使用的不是纯氧化物，而

多半使用含有这些氧化物成分的天然矿物原料。根据各种原料在玻璃

中的作用，将它们分成主要原料和辅助原料两大类。

一主要原料

根据引入氧化物性质的不同，将主要原料分为酸性氧化物原料,

碱金属氧化物原料和碱土金属氧化物原料三类。

1酸性氧化物原料

1.1引入SiO2的原料

SiO2在玻璃中的含量很高，一般为50-80%,在普通瓶罐，器皿

玻璃，平板玻璃中，含量在70-75%;在石英玻璃中高达98%以上。SiO2

在玻璃中构成骨架，赋予玻璃良好的化学稳定性，热稳定性，透明性,

较高的软化温度，硬度和机械强度。但含量增大时，熔融温度升高,

玻璃液粘度增大。

含SiO2的原料在自然界分布极广，但适用于玻璃工业生产的并

不多。常用的有优质硅砂，砂岩，石英岩等。

硅砂,又称石英砂，主要由石英颗粒组成，质地纯净的硅砂为白

色，一般硅砂因含有铁的氧化物和有机质，多呈淡黄色，浅灰色或红

褐色。

硅砂的主要成分是SiO2,并含少量A12O3,K2O,Na2O,CaO,

MgO,以及Fe2O3,Cr2O3,TiO2等着色氧化物。Fe2O3是有害成分，使

玻璃着色而影响透明度。熔制瓶罐，器皿玻璃时，硅砂中Fe2O3含

量不允许超过0.12—0.15%；熔制光学玻璃时，不允许超过

0.012-0.016%oCr2O3的着色能力比Fe2O3强30—50倍，使玻璃呈

绿色。TiO2使玻璃着成黄色，与Fe2O3同时存在时，玻璃呈黄褐色。

在生产无色玻璃制品时，要严格控制着色氧化物的含量。

硅砂的颗粒组成对原料制备，玻璃熔制，蓄热室的正常工作有重

要影响，是评价硅砂质量的重要指标。硅砂粒径应在0.15—0.8毫米

之间，其中0.25—0.50毫米的颗粒应不少于90%,0.1毫米以下的不

超过5%。颗粒太大，会使熔化困难，甚至产生末熔的结石；颗粒太

小，会在配合料投入熔窑时被烟气带进蓄热室，堵塞格子破通道，而

且由于细小砂粒的损失(其铁铝含量相对较高)，造成配合料组成不

匀，导致玻璃缺陷的产生。

硅砂的矿物组成：硅砂中伴生矿物的种类及含量对确定矿源和选

择原料的精选方式有直接关系。常见伴生矿物如长石，高岭土，白云

石，方解石等对玻璃无害。但赤铁矿(Fe2O3),磁铁矿(Fe2O3FeO),

钛铁矿(Fe2O3TiO2)等使玻璃着色。有些重矿物如铝铁矿

(Fe2O3Cr2O30),铝锌尖晶石(FeOCr2O3MgO),错英石(ZrO2SiO2),

角闪石，电气石等，由于它们的熔点高，常在玻璃中形成黑点和疙瘩。

砂岩是由石英颗粒和粘性物质在高压下胶结而成的坚实致密的

岩石。可分为粘土质砂岩(含A12O3较多)，长石质砂岩(含K2O

较多)和钙质砂岩(含CaO较多)。砂岩多呈淡黄色，淡红色，铁染

严重时呈红色。

石英岩又称硅质砂岩。它所含的铁，铝氧化物比砂岩少，硬度

大，不易粉碎。只有生产高级玻璃制品时才采用石英岩。

水晶在制造石英玻璃时才使用。

硅质原料的成分范围见下表：

硅质原料成分范围表

名称SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOR2O

硅砂90-981-50.1-0.20.1-10-0.21-3

砂岩95-990.3-0.50.1-0.30.05-0.0.1-0.150.2-1.5

1

石英98-990.18-1.00.03-0.0.24-0.0-0.05

915

水晶>99.90.0250.0020.003痕量0.013

1.2引入B2O3的原料

氧化硼在玻璃中也起玻璃骨架的作用，能降低玻璃的热膨胀系

数，提高玻璃的热稳定性。B2O3在玻璃中的含量，一般不大于14%o

当玻璃成分中引入0.6%-1.5%的氧化硼时，即能加速玻璃的熔化和澄

清，降低玻璃的熔化温度。氧化硼还能改善玻璃的成型性能。引入氧

化硼的原料有硼酸，硼砂和含硼矿物。

硼酸（H3BO3）是比重为1.435的白色鳞片状晶体，微有光泽，

触之有脂肪感，易溶于水，加热时易随水分的蒸发面挥发。温度高于

70°。时部分失水而转为偏硼酸（HBO2）。对硼酸的质量要求（wt%）

2

是；H3BO3>99,Fe203<0.01,SO-4<0.2o

硼砂可分为含水硼砂（Na2O.2B2O3.10H2。）和无水硼砂两种.

前者加热到200c时只剩下一个结晶水，加热到400-450C时，得无

水硼砂。无水硼砂的比重为1.69-1.72,硬度225。氧化硼熔制时易

挥发，因此在计算料方时应计入挥发率。对硼砂的质量要求是（％）;

2

B2O3>35,Fe203<0.01,SO4<0.2o

含硼矿物这些矿物主要有；硬硼酸钙(2CaO.3B2O3.5H2O)细

晶硼酸钙石(2CaO.3B2O3.3H2O),硼酸钠方解石

(NaO.3CaO.5B2O3.16H2O),硼镁石(2MgO.B2O3.H2O),硅钙硼石

(2CaO.B2O3.2SiO2.H2O)等□

1.3引入AI2O3的原料

在瓶罐玻璃，器皿玻璃，平板玻璃中，A12O3含量为2—3%,

最高为8—10%o在含有碱金属和碱土金属氧化物的硅酸盐玻璃中，

加入少量AI2O3能降低玻璃的析晶倾向，提高玻璃的化学稳定，热稳

定性和机械强度，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀，扩大玻璃成形操作范

围。引入AI2O3的原料有长石，高岭土，叶蜡石和工业氧化铝等。

长石是往玻璃中引入AI2O3的主要原料之一，长石可分为呈淡红色

的钾长石(K20Al2C)36SiO2),呈白色的钠长石(Na20Al2C)36SiO2)和

钙长石(CaOA12O36SiO2).在自然界，它们常以不同比例形成类质同象

的混合物。因此，长石的化学组成波动较大。长石中的杂质通常有粘

土，云母，氧化铁等，对玻璃质量均有一定影响，在使用前应经过挑

选与洗涤。

长石的组成范围为wt%；SiO255-65,A12O318-22,Fe2O3

0.15-0.4,Ca00.15-0.8,R2O,13—16。

由于长石中含有较多的R2O,因而只能在含R2O的玻璃中引用，

并可替代部分纯碱，其缺点是成分波动大，不易控制。对长石的质量

要求是(wt%)；A12O3>16,Fe2O3<0.3,R2O>12.

高岭土又称粘土(A12O32SiO22H20),其组成范围为(％)；

SiO240-60,A12O330-40,Fe2O30.15-0.45,CaO0.15-0.8,MgO

0.05-0.5,R2O0.1-1.35

高岭土中所含的SiO2和A12O3均为难熔氧化物，使用前应进行

细磨，高岭土往往含铁较高，制造无碱玻璃和仪器玻璃时，必须选用

较纯的高岭土。对高岭土的质量要求是（％）；A12O3>30,Fe2O3<0.40

叶蜡石（A12O34SiO2H20）是生产无碱无硼玻璃的常用矿物原料。

其成分范围为（％）；SiO254-71,A12O321-32,Fe2O30.15-0.35,CaO

0.25-1.0,R2O0.05-0.4□

当玻璃中需要引入较多的A12O3而又不允许引入其他氧化物时，

常用焙烧过的氧化铝，或选用氢氧化铝氢氧化铝比焙烧氧化铝质

纯，也易于熔化和澄清，但价格昂贵，容易吸水造成成分波动，熔制

时易产生大量的泡沫。为减少泡沫，可在配合料中加入适量的萤石或

冰晶石。

2.引入碱金属氧化物的原料

2.1引入Na2O的原料

Na2O是一种良好的助熔剂，能在较低的温度下与SiO2反应生

成硅酸盐，能降低玻璃液的粘度，加快玻璃的熔制速度。但Na2O将

减弱玻璃的结构强度，增大玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性,

化学稳定性和机械强度。因此，玻璃组成中，Na2O,K2O的总量不

能高于16%o引入Na2O的原料有纯碱和芒硝Na2SO4o

纯碱（Na2c03）是一种微细白色粉末，易熔于水。所含杂质有氯化

钠，硫酸钠，氧化铁等。纯碱易潮解，结块，不利于配合料的混合，。

因此，必须贮存在通风干燥的库房内。熔制时可能在玻璃表面形成称

为‘浮渣'的泡沫。对纯碱的质量要求是（％）；Na2CO3>98,NaCKl,

Na2SO4<0.1,Fe2O3<0.1。

纯碱有轻碱和重碱之分。在国内现用轻碱，轻碱容重小（0。61）,

颗粒细。已混合好的配合料在运输过程中容易出现分层现象，入窑后,

易被窑内气流带入蓄热室，造成格子砖的堵塞与熔融。而重碱容重大

（0o94）,颗粒粗。因而使用重碱是提高配合料质量和减少碱尘的措

施之一。

为了节约纯碱，降低成本，可用天然碱代替纯碱。天然碱是干涸

的咸湖沉积盐。我国内蒙，青海均有出产。它是碳酸钠的水化物，分

子式为；Na2co3.10H2O.Na2CO3含量60%左右，尚含有较多的

NaCl,Na2SO4,CaSO4等杂质。脱水的天然碱可直接使用。含结晶水

的一般用热水熔化后，使杂质沉淀，将溶液加入到配合料中。

芒硝（Na2so4）是比重为2。7的白色粉未。分无水芒硝和含水芒硝

（Na2SO4.10H2O）两种。含水芒硝在35℃以上就开始析出结晶水而

成糊状物，不便于使用。为此，要预先进行熬制或烘烤处理。芒硝的

熔点为884℃,沸点为1430C,它的分解温度较高，在熔制时，若有

还原剂存在，则可大大降低芒硝的分解温度。为此，在使用芒硝时必

须加入煤粉。煤分的理论用量为芒硝量的4%。

芒硝不仅可以代碱，而且是一种常用的澄清剂。使用芒硝也有如

下缺点；与纯碱相比，它的热耗大，这是因为石英砂和芒硝要在较高

的温度下才进行反应，而且速度较慢；已熔化但未反应的芒硝浮在玻

璃液表面，易产生芒硝泡；对耐火材料的侵蚀也大，尤其是当有芒水

存在时；芒硝配合料的熔制必须在还原气氛下进行，但煤粉用量过多

时，会使Fe2O3还原成FeS而呈棕色。因此，芒硝的用量有一定的

限制。对芒硝的质量要求是(％)；Na2SO4>85,NaCl<2,CaSO4<4,

Fe2O3<0.3,H2O<5.

2.2引入K2O的原料

K2O的作用与Na2O类似，它能延长玻璃料性，增强玻璃的光泽

及透明性。熔制有色玻璃时，使呈色更鲜艳。玻璃中的K2O通常由

比重为2.29的钾碱(K2co3)引入，其中常含少量的Na2c03,K2so4,

KCl等杂质。钾碱极易吸收水分而潮解，必须放在干燥通风的库房

中。因钾碱的价格比纯碱高，故只在光学玻璃和铅钾玻璃中才使用，

器皿玻璃中用量很少，一般在3%以下。

2.3引入Li2O的原料

Li2O呈白色，熔点1700C以下，是一种强助熔剂，只有在生产

乳白玻璃，感光玻璃，微晶玻璃等时才使用。引入Li2O的原料有锂

辉石，锂云母，碳酸锂等。

锂辉石(Li2O.A12O3.4SiO2)是白色或淡绿色棱形晶体，比重为3.1,硬

度为6-7,成分范围为(％)；SiO261-66,A12O323-30,FeO0.2-2.7,Na2O

0.1-3.0,Li2O5-8.

锂云母(LiF.KF.A12O3.3SiO2)由淡紫色，灰色，白色的宽片和小鳞片

晶体所组成，比重为Z8-3.3,硬度为2-4。锂云母易于熔化，含铁量

较低,是引入Li2O的较好原料。其成分范围为(％)；SiO248-52,A12O3

21-29,,Fe2O30-1,MnO0-5.5,K2O0-2,Li2O3.5-6.,F4-9,H2O

062.5。

碳酸锂(Li2co3)是比重为2.8-3.3的无色单科晶型晶体，熔点618℃,

略溶于水。碳酸锂比较纯净，但价格较高。

3.引入碱土金属氧化物的原料

3.1引入CaO的原料

CaO在玻璃中的主要作用是增加玻璃的化学稳定性和机械强

度。但含量过高时，玻璃易于析晶，因此，玻璃中CaO含量一般不

超过12.5%。在高温时，CaO能降低玻璃液粘度，加速玻璃的熔化

和澄清，但在低温时，会使粘度快速增大，给成形操作带来困难。引

入CaO的原料有石灰石，方解石和白垩等。

石灰石，多呈灰色，淡黄色，淡红色，很少为白色，其颜色与氧化铁

含量高低有关。

方解石它比石灰石纯度高，当玻璃成分要求严格控制时可选用方解

石。

白垩含有水分，使用前须经干燥处理。

工业碳酸钙它的粒度细，容重小，不易混合均匀，价格贵，应少用

或不用。

上述原料的化学成分均为CaCO3,但它们的晶体结构不同，因

而物理性质也不同。其成分范围为（％）；SiO21—6,A12O30—1,

Fe2O30.1—0.2,CaO48—57,R2O1—2。

对含钙原料的质量要求是（％）；CaO>50,Fe2O3<0.15o

3.2引入Mg0的原料

Mg0在玻璃中的作用与Ca0相似，用Mg0替代部分Ca0,

能加速玻璃的熔化和澄清，改善玻璃的成形性能，降低玻璃的析晶倾

向，并提高玻璃的热稳定性。玻璃中的Mg0含量一般控制在3%-5%。

引入Mg0的原料有白云石，白云石质石灰石，菱镁矿等。

白云石（MgC03.CaC03）呈蓝白色，浅灰色，黑灰色，常见的伴生矿物

有石英，方解石，黄铁矿等。

白云石质石灰石它是白云石的变种。其成分介于白云石和石灰石之

间。这类矿物的成分变化大，并与其颗粒大小密切相关。

白云石的成分为（%）；Si021-2,A12030.15-0.2,Fe203

0.1-0.2,CaO31-32,MgO20-2。对白云石的质量要求是;Mg0>20,Ca

0<32Fe203<0.15□

菱镁矿（MgC03）又称菱苦土，外观为白色，淡红色，肉红色。

虽Fe203含量较高，但用量少，对玻璃着色影响不大。其成分为（%）；

Si021,A12030.3,Fe2030.3,Ca01.5,Mg046.5。

3.3引入BaO的原料

BaO在玻璃中的作用与CaO,MgO相似，能增大玻璃的强度，光泽

及化学稳定性。一般用量在8%-9%。含量过高，会使玻璃的熔制非常

困难。在瓶罐玻璃与平板玻璃中，常以BaS04引入0.5%-1%的BaO,

作为助熔剂和澄清剂。BaO对耐火材料的侵蚀较为严重。引入BaO的

原料有碳酸钢，硫酸钢，硝酸钢等。

碳酸钢(BaC03),又称毒晶石，是黄色或绿色的矿物，比重为4.2-4.3。

天然矿物含杂质较多，所以常采用工业碳酸钢作原料(外观呈白色)。

高温下BaC03分解激烈，放出C02,使玻璃液迅速澄清。对碳酸钢的

质量要求是(%);BaC03^97,Fe203<0.1,酸不溶物〈3。

硫酸钢(BaS04)又称重晶石，是比重为4.5的白色晶体，其分解温度

较高(1580C),应加入煤粉以加速其分解，所以用量不宜超过5%。

不足部分BaO可由BaC03引入。天然重晶石常含石英，粘土，铁的氧

化物等杂质，不能用作优质玻璃制品的原料。对重晶石的质量要求是

(%)；BaS04295,Si02<l.5,Fe203<0.5。

在制造光学玻璃时，有时使用白色结晶的硝酸钢［Ba(N03)2)］或

氢氧化钢［Ba(0H)2］,前者对耐火材料的侵蚀较大，不宜多用，但可

用作氧化剂。含钢原料都有毒性，使用时应当注意。

3.4引入ZnO的原料

ZnO能降低高温时玻璃液的粘度，能降低玻璃的热膨胀系数，提

高玻璃的化学稳定性和折射率，增强乳浊玻璃的乳浊程度。在一般玻

璃中，ZnO含量应低于7%,含量过高，会因生成硅锌矿而失透。引入

ZnO的原料有锌白和菱锌矿等。

锌白(ZnO)又称锌氧粉或亚铅华，是一种白色粉未状的工业产品。

颗粒较细，易于结成块状，不易混合均匀。锌白一般纯度较高。对其

质量要求是(%)；Zn0>96,不含铅，铜，铁的氧化物，水溶性盐〈1.5,

水分<0.1,酸不溶物〈0.25。

菱锌矿是比重为4.4,硬度为5的矿物原料，价格便宜，选矿后即

可使用。

3.5引入Pb0的原料

PbO能降低玻璃液粘度，利于玻璃熔化，并使玻璃料性增长。熔

制时，易受还原气氛影响，对耐火材料侵蚀较大。PbO使玻璃质软而

易于冷加工，并使玻璃折射率增大，光泽度提高。主要用以生产光学

玻璃，晶质玻璃和人造宝石。引入PbO的原料有铅丹和密陀僧。

铅丹(Pb304),是明亮的黄色到红色的粉末状料，故又称之为红丹。

加热时，颜色变深，当温度高于600℃时，红丹释出氧气，在还原气

氛下易被还原成金属铅。

密陀僧(PbO),是黄色粉末，又称黄丹，由于它的含氧量少，易被还

原，故一般不用。

红丹与黄丹是有毒原料，使用时要注意安全。

二辅助原料

在玻璃生产中，起加速玻璃熔制，改善玻璃某种性能的原料，称

为玻璃的辅助原料，根据它们在玻璃中的作用，可以分为助熔剂，澄

清剂，氧化剂和还原剂，着色剂，脱色剂和乳浊剂。

1.助熔剂

凡在玻璃配方中加入量不多，而能大大加快熔制速度的原料，称

为助熔剂，如硝酸钠，硝酸钾，萤石等。

1.1硝酸钠，硝酸钾

硝酸钠(NaN03)又称智利硝，硝酸钾(KN03)又称硝石，它们的融

化温度为310-336℃,加热到400c就分解，在较低的温度下与Si02

发生作用，从而加快了玻璃的熔制过程。在高温下，硝酸钠，硝酸钾

对耐火材料的侵蚀比较严重，所以用量不能太多，一般引入相当于玻

璃中的Na20(K20)含量的10%-15%oNaN03,KN03同时又是一种澄清剂，

在熔制过程中受热分解放出氧气，并能降低玻璃液的粘度，促进了玻

璃的澄清和均化。

这两种原料都是强氧化剂，受热能放出氧气，所以最好用密闭容

器装，存放在干燥，阴凉之处，不要和易燃物放在一起。

1.2萤石

这是一种天然矿物，比重Z9-3.2,具有白，绿，蓝紫多色透明的

特征，主要成分为CaF2,能显著地加速玻璃熔制。加入1%萤石，能

使玻璃的熔化温度下降50-60℃,而在保持熔制温度不变的情况下，

可使熔化率提高10%-15%o但萤石又是一种乳浊剂，并会严重侵蚀

耐火材料，因而加入量应控制在0.5%-1%。

2.澄清剂

在玻璃熔制过程中受热分解放出气体，促进玻璃液的澄清和均化

的原料，叫做澄清剂。

2.1氧化碑，氧化睇

氧化神(As2O3)又称白砒，比重3.7-4,一般为白色结晶粉末或无

定形的玻璃状物质，是最常用的澄清剂。单独使用时将升华挥发，仅

起鼓泡作用。它常与硝酸盐配合使用，其原因是；

2NaN03=2NaN02+02t

As203+02=As205

当熔制温度不高时，白砒与硝酸盐分解放出的氧气反应生成

As205,当温度高于1200时一，As205分解放出氧气，产生澄清作用。

氧化碑的用量一般为配合料量的0。2%-0o6%,硝酸盐的用量为氧化

碑量的4-8倍。氧化碑作澄清剂时，将会有部分转入玻璃液内，在灯

工加工时的还原气氛中它易被还原成碑而使玻璃变黑。粉状或蒸汽状

的氧化碑都是有毒物质，因此，在保存和使用中要严防中毒。

氧化睇(Sb203)是比重为5。1的白色结晶粉末，其澄清机理与

氧化碑相同，也必须与硝酸盐配合使用，但其挥发较小.由于其比重

大，对铅玻璃的澄清尤为有效。

2.2硫酸盐

钾，钠，钙，镁，钢，铅的硫酸盐都可作为澄清剂，其中以硫酸

钠应用最广泛。硫酸钠(Na2S04)高温时分解，放出大量的二氧化硫

气体，起高温澄清的作用，其用量为配合料的0.7%-1.2%为宜。

2.3氟化物

主要有萤石(CaF2)和氟硅酸钠(Na3SiF6)。氟硅酸钠是化工

产品，系黄色有毒粉末。萤石与SiO2反应生成SiF4气体，产生澄清

作用，引入量一般为CaO的2%-4%。在熔制过程中，部分氟将成为

HF,SiF4,NaF,它们的毒性比SO2大，氟化物能在人体中富集，

使用时必须注意对大气的污染。

3.氧化剂和还原剂

在玻璃熔制时，能释放出氧气的物质称为氧化剂。反之，称为还

原剂。属于氧化剂的原料主要有硝酸盐(硝酸钾，硝酸钠，硝酸钢),

氧化铀，五氧化二碑，五氧化二睇。属于还原剂的有碳(煤粉，焦炭

粉，木屑)，酒石酸钾(KHC4H406),氧化锡(SnO2),二氯化锡

(SnC12.2H2O),金属锦粉，酒石酸(C4H606)等。

4.着色剂

加入配合料中经过熔制后能使玻璃呈现一定颜色的物质，称为着

色剂。玻璃中的着色剂能对投射到玻璃上的白光进行选择性的吸收，

从而改变了透过玻璃光线的光谱组成，使玻璃显示出各种颜色。显色

的强弱，与着色剂的种类及数量有关，也与工艺制度有关。根据着色

剂在玻璃中的状态，可把着色剂分为离子着色剂和胶体着色剂两类。

4.1离子着色剂

铁化合物常用原料有红粉(Fe2O3)以及硫酸工业的副产品

Fe2(SO4)3,还有赤铁矿，褐铁矿，菱铁矿等天然矿物。铁在玻璃中

可以不同价态存在，一般认为，Fe+2使玻璃呈兰绿色，Fe+3使玻璃呈

黄绿色，当Fe+2,Fe+3同时存在时、因Fe+?/Fe+3比例不同而使玻璃呈

兰绿到黄绿的不同颜色。

钻化合物是着色能力最强，性能最稳定的化合物，其着色不受熔制

条件的影响，氧化钻的引入量为玻璃量的0.001%-0.01%。当玻璃中

含有万分之二的钻化合物时，就使玻璃呈深兰色。常用的钻化合物有

绿色的氧化亚钻，黑色的氧化钻和灰色的四氧化三钻，以及碳酸钻，

硝酸钻等。用氧化钻着色时，在配合料中同时引入适量的氧化硼，氧

化钾，氧化铅时，玻璃呈色更纯正。

银化合物常用的化合物有比重为7。5的灰绿色氧化亚银(NiO),比

重为4。8的黑色三氧化二镇(Ni2O3),绿色粉末状的氢氧化银

[Ni(OH)2]oNiO的引入量为玻璃量的0.003%-0.03%。银化合物使玻

璃呈棕色至紫色，因玻璃组成变化而不同。

铜化合物常用原料有红色结晶粉末氧化亚铜(Cu2O),黑色粉末氧化

铜(CuO)和蓝绿色晶体的硫酸铜(CuSO4)。铜在玻璃中因含量和价态

不同而使玻璃呈现从蓝到绿的不同颜色。CuO的引入量为玻璃量的

1%-2%0

镒化合物常用的原料有氧化锌(Mn2O3),软镒矿(MnO2)和高专孟酸钾

(KMnO4)oMi?’使玻璃着成紫色，用量过多时呈黑色，以Mr^存在

时，玻璃呈淡灰色。MnO2常用量为配合料量的3%-5%。用高锌酸钾

作着色剂的优点是；质纯，能溶于水，可采用水溶液配料，易于混合

均匀，KMnO4在高温下能放出氧气，能保证呈色稳定。用二氧化锌

和氧化铁可使玻璃着成深红褐色。

铝化合物常用的化合物有钾或钠的重铝酸盐或铝酸盐，而很少用氧

化铝。重铝酸钾(K2G2O7)是一种比重为2。7的黄绿色结晶体，铝酸

钾(k2CuO4)是比重为2。5的橙红色晶体。Cr+3着色能力极强，含量

为玻璃的千分之一时，即能使玻璃呈嫩绿色.

铀化合物常用的化合物有氧化亚铀(UO2,比重为10.5-10.9),三氧化

铀(UO3,比重5-5.9)和铀酸钠(Na2U2O5.3H2O),均为棕黄色粉末。

UO3引入量为配合料的0.5%-2%,U+6使玻璃呈萤光黄绿色。

4.2胶体着色剂

主要的胶体着色剂有金，银，铜，镉，硒，不帝等的化合物。胶体着

色对熔制条件要求较严，玻璃一般都须经过热处理才能呈色。

金的化合物常用的原料为三氯化金(AuC13)和硝酸金［Au(NO3)3］。

金的引入量一般为玻璃量的0.001%-0.1%o胶体金使玻璃着成强紫红

色，为使呈色稳定，应在配合料中引入0.5%-1.5%的二氧化锡。

银的化合物常用的原料有AgNO3,Ag2co3,AgCl,Ag2O。银的力口入量

为玻璃量的0.05%-0.25%,胶体银使玻璃呈金黄色，以AgNO3着色

时色泽最为均匀。银化合物在高温时分解，放出氧气，析出细分散的

金属银，配料时加入二氧化锡，能使色调更纯正。

铜的化合物常用的原料有氧化亚铜和硫酸铜，氧化亚铜的引入量为

玻璃量的0.15%-5%o胶体铜使玻璃着成红色，配合料中加二氧化锡

能改善呈色效果。

硒的化合物常用的原料有金属硒粉(比重为4.26的高温型红色粉末

或比重为4.8的低温型黑色粉末)和白色的硒酸钠(Na2SeO3)粉。硒

使玻璃着成玫瑰色至黄红色。熔制时，温度不能太高，氧化气氛不能

太强，否则会造成硒的挥发与氧化。硒酸钠易溶于水，易潮解，有毒

性，触及皮肤能引起灼伤，保存时应注意干燥，使用时应注意安全。

镉的化合物常用的原料有硫化镉(CdS)和氧化镉(CdO),硫化镉使玻

璃呈黄色(金丝雀色)。在熔制时，会发生下述反应；

2CdS+3O2f2CdO+2SO2t

为防止CdS全部被氧化成CdO,配料时应加入一些硫。

当硒和硫化镉同时引入时，会因CdSe/CdS比例的不同而使玻璃

呈色从红至黄产生一系列变化。

锚的化合物在制取铺红玻璃时，常在配合料中同时引入

Sb203(0.1%-3%),S(0.15%-L5%),C(0.5%-1.5%)三种原料。

5脱色剂

玻璃的脱色主要是指减弱铁化合物对玻璃着色的影响，以提高玻

璃的透明度。在玻璃中，Fe+2使玻璃着成蓝绿色，Fe+3使玻璃着成黄

绿色。从可见光谱范围内(400-700毫微米)单位吸收指数看，Fe+2

为0.079,Fe+3为0.007,氧化亚铁的着色能力要比氧化铁高1(1倍左

右。实际上，在玻璃中同时存在上述两种氧化物，其着色强度与Fe+2

/Fe+3比值有关。根据脱色机理，铁化合物的脱色可分为化学脱色和物

理脱色两类。

化学脱色剂指在玻璃熔制时一，能在低温或高温下放出氧气，使低价

铁氧化成高价铁的物质。常用的化学脱色剂有硝酸盐，软镒矿，氧化

锦等。最常用的是硝酸钠，但其分解温度低(380),大部分在玻璃形

成前已逸出，影响了脱色效果。较合理的方法是同时引入硝酸盐与

As2O3或Sb2O3,这样低温时硝酸盐放出的氧可将它们氧化成As2O5

或Sb2O5,高温时As2O5或Sb2O5将放出氧气使FeO氧化成Fe2O3.

物理脱色剂化学脱色的作用是使有色离子的着色强度减弱，但不能

使之消除。物理脱色则是基于引入适当的着色剂，来中和原来的色调。

如铁离子使玻璃呈黄绿色，当引入能产生蓝，紫色的氧化亚钻，氧化

亚银，氧化锌和氧化敏时，由于蓝，紫色与黄绿色互为补色，因此能

起到明显的脱色效果。物理脱色的缺点是光吸收增大，光的总透过率

下降。因而，当玻璃中氧化铁含量较低时（通常在0.06%-0.07%以

下），物理脱色的效果较好。

其实，化学和物理脱色都有一定的效果，但也都有不足之处，难

以完全解决脱色问题。所以生产中首先应注意控制原料的含铁量。

6.乳浊剂

入射玻璃中的光线因受基质玻璃中的微小粒子散射而使玻璃呈

乳浊状。能而使玻璃呈乳浊状的物质称为乳浊剂。影响玻璃乳浊度的

主要因素是；基质玻璃的成分，乳浊剂的种类，玻璃与乳浊粒子的折

射率差，单位体积中乳浊粒子的数量及乳浊粒子的尺寸。根据乳浊相

生成的方式及性质，可把玻璃的乳浊分为三类；晶体引起的乳浊，液

滴相引起的乳浊和气泡引起的乳浊。常用的乳浊剂有冰晶石，萤石，

氟硅酸钠等氟化物，磷酸盐，氧化错等。

冰晶石（Na3AlF6）是比重为2.88的白色粉末，天然冰晶石含有大量

SiO2,Fe2O3,工业产品冰晶石纯度较高，Fe203<0.03%,较常用。

氟化物的作用机理是F"使玻璃的键合强度降低，使碱金属或碱

土金属的氟化物(主要是CaF2)易于从玻璃中析晶而出。在采用氟

硅酸钠和萤石作乳浊剂时，须同时引入适量长石或高岭土，以增加氧

化铝的含量。

磷酸盐有磷酸钙[Ca3(PO4)2],骨灰，天然磷灰石[Ca4(CaF)(PO4)3]

等。磷酸盐的作用是玻璃液在降温过程中产生液-液分相，因磷酸钙

的富集析晶而产生乳浊作用。

三碎玻璃

碎玻璃是一种宝贵的资源，世界各国对它的回收利用都十分重

视。碎玻璃的回收，可以减少固体垃圾的数量，碎玻璃的利用，可节

省资源，开发出许多新的产品，市场前景十分广阔。

1.碎玻璃的利用

1.1熔制玻璃制品

将碎玻璃掺入配合料中，是碎玻璃利用的传统方法，可以节省原

料，燃料，减少废气排放量，减小对熔窑的侵蚀，延长熔窑使用寿命。

1.2生产实心玻璃微珠

以碎玻璃为主要原料制造的实心玻璃微珠已得到广泛的应用。在

化工行业，用作油漆，油墨，涂料，制药等生产时的研磨介质；在机

械行业，用作内燃机，涡轮叶片，金属模具等结构部件表面清洁，抛

光，增强之用的喷丸；在工程塑料和橡胶制品中，用作增强用的填充

料，由于其圆整度好，流淌性好，光滑均匀，作填充料时填充均匀，

无死角，无虚边；在交通方面，利用其定向反射反光的特点，用以制

作交通标志牌，公路反光线道。作为海上救助反光材料，已被国际海

上救助机构正式采用，用于救生衣，救生圈，救生艇的制作。

用碎玻璃制玻璃微珠的方法有；一次成形法；将碎玻璃熔融后，

采用喷，吹，抛等方法直接成球；二次成形法，即烧结成球法。山东

博山，浙江天台，四川江油每年吞吃上千吨回收的碎玻璃，生产出上

千吨玻璃微珠，获得了很好的环境效益与经济效益。

1.3生产玻璃陶瓷装饰板

将回收的有色或无色碎玻璃及陶瓷碎片经破碎，筛分，制作成多

彩多姿的建筑装饰板，可广泛应用于墙面，柱面，楼梯，阳台，风景

壁画，人物雕塑等装饰。

1.4生产玻璃花岗岩石板

玻璃花岗岩石板全部由碎玻璃制成，其表面硬度，抗折强度及耐

久性与天然花岗岩类似，而且具有体积密度小，粘结强度高的优点，

可用作墙面或地面装饰材料。

1.5生产彩色玻璃马赛克

用回收的碎玻璃添加少量着色剂，用烧结法生产彩色玻璃马赛

克，具有原料来源广，工艺简单，成本低的优点。在江苏，上海，黑

龙江等省市，得到了广泛的推广应用。

1.6生产彩色玻璃球（玻璃弹子）

以回收的碎玻璃在马蹄焰池窑中熔制的玻璃液为透明料，以珀•蜗

窑中熔制的玻璃液为彩色料，制成彩色玻璃弹子，用作智力玩具，装

饰材料及艺术礼品，市场需求量正逐年增大。

1.7生产泡沫玻璃

泡沫玻璃容重小，吸水率低，保温性好，化学稳定性高，防火性

好，隔音效果佳，已获得了广泛的应用。

由碎玻璃粉掺加5-10%发泡剂，经500-950C烧结软化并发泡，

制成泡沫玻璃，切割加工成制品，可用作墙体，天棚等的保温隔热，

隔音材料，市场前景十分广阔。以墙体材料的50%采用泡沫玻璃计，

我国年用量即可达几十万立方米。我国现有泡沫玻璃生产线几十条，

年产量约一万立方米。

1.8用作道路面层材料

碎玻璃加入适量晶核剂重熔，水淬，在晶化炉晶化后，即可作为

骨料掺入混凝土中，用于道路路面修筑。汽车在这种路面行驶，不易

打滑，制动性好，外胎磨损并不增大。

1.9用于其它方面

碎玻璃粉可用作橡胶，塑料，涂料的填充料，能提高橡胶制品的

硬度和耐磨性，能提高涂料的复盖能力，并使涂层有特殊的艺术效果。

2.碎玻璃对玻璃熔制的影响

当碎玻璃用于生产玻璃制品时，在配合料中的加入量以18%-26%

为宜，碎玻璃的引入对玻璃的熔制及产品质量会产生一定影响。

2.1二次挥发在碎玻璃重熔后，易挥发组分将进行第二次挥发，因而

该组分的含量将减少，例如重熔后的Na2O比重熔前平均低0.15%o

对那些更易挥发的组分，其差别就更大。因此必须补充某些原料以调

整玻璃组成。

2.2二次积累由于玻璃液对耐火材料的侵蚀，使玻璃中的Fe2O3和

A12O3含量增加，所以二次熔化就产生二次积累。

2.3对某些化学稳定性较差的玻璃，由于表面水解造成表面层成分与

内层成分之间的差别，若熔制温度较低或玻璃液的对流不大时，在熔

制后的玻璃液内往往会留下明显的线痕。

2.4碎玻璃重熔时，某些组分会发生热分解并释出氧气，将对变价元

素的呈色产生影响。

2.5碎玻璃中含有少量化学结合气体，重熔时产生相当于二次气泡那

样的微小气泡。因此，加入原单位玻璃多时，就难于澄清。

2.6碎玻璃的粒度及在配合料中的比例对玻璃熔化时间有明显影响。

试验表明，碎玻璃的粒度小于0.25毫米或界于2-20毫之间时，熔化

时间均较短；随碎玻璃加入量的增多，配合料的熔化时间缩短，但加

入量过多时一，将延长澄清时间。在实际生产中，碎玻璃的块度要均匀，

等块度的碎玻璃应占90%,因为大小不一的玻璃块，会导致条纹缺陷

的产生。另外，颗粒度过小，会增加粉碎耗用的动力。

第三节配合料制备

一玻璃成分的设计

玻璃成分的设计要考虑的主要有如下方面；

1.制品质量要求，指制品对玻璃性能的要求，如玻璃的力学性能，

光学性能，电学性能，热稳定性，化学稳定性等。

2.工艺要求

2.1熔制方面应便于熔制，澄清，不易产生缺陷。例如，为使玻璃有

较低的熔化温度和较小的析晶倾向，在成分上应趋向于取多组分，大

部分工业玻璃中氧化物组分均在五六个以上；在选定组成点时，要尽

量接近相图中的相界线或低共熔点，利用两种或两种以上不同组成的

晶体间析晶时的相互干扰作用以降低析晶能力。

2.2成型方面要求玻璃的粘度-温度曲线能适应成型操作的要求，在

保证产品质量的前提下，有最大的成型速度，并在成型时不能析晶。

如在用烟窑熔制，用吹制法成型复杂形状的制品时一，要求玻璃的成型

温度范围宽，玻璃料性长。因此，玻璃中CaO含量要低，SiO2,K2O

含量要高。对于用成型机械生产制品时一，要求玻璃在成型过程中有足

够快的硬化速度和足够高的热稳定性。玻璃成分中应用1%-2%A12O3

代替SiO2,用3%MgO代替CaO.

2.3加工方面如