玻璃的熔点 - 豆丁网

　　玻璃的熔点玻璃色釉用低熔点玻璃的研究进展_王德强＊玻璃色釉用低熔点玻璃的研究进展(华东理工大学材料科学与工程学院超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海200237)摘要:介绍了目前国内外玻璃色釉的发展状况,指出了含铅镉色釉的危害,发展无铅镉水溶性环保型玻璃色釉是当今社会的要求同时详细介绍了釉用低熔点玻璃分类及各种性能,并指出其各自存在的缺点,综合分析了玻璃釉用低熔点玻璃的发展方向关键词:低熔点玻璃;色釉;无铅镉中图分类号:文献标识码:A文章编号:1000-2871(2006)04-0043-06TheReviewofGlassFritCompositionsforGlazingWANGDe-qiang,PANWei,HEAn-li,ZHENGJin-biao(KeyLaboratoryforUltrafineMaterialsofMinistryofEducation,SchoolofMaterialsScienceandEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)Abstract:,leadfreeandcadmiumfreeglassfritsandwater-soluble,theclassificationandvariouspropertiesincludingvirtueanddisadvantagesofthelowmeltingglassesused,itsdevelopingtendencywascomprehensivelyanalyzed.Keywords:lowmeltingglass;glaze;leadfree;cadmiumfree1引言玻璃制品表面的彩色色釉装饰早在1900年就已应用,20世纪五六十年代,玻璃色釉得到广泛应[1～2]用彩釉玻璃的着色具有良好的稳定性和装饰性,适用于室内饰面层、一般建筑物门厅和楼梯间的饰面层及建筑物外饰面层最近彩釉玻璃已大量应用到煤气灶面、微波炉门和冰箱门等家用电器的装饰随着我国汽车业的蓬勃发展,汽车玻璃中的应用成为彩釉玻璃应用的一个新的亮点目前,国内已经有多条彩釉玻璃生产线随着社会的进步和人们生活水平的提高,人们的审美要求越来越高,玻璃彩釉装饰品的需求也会越来越多,对质量要求也会越来越高尤其是随着人们对铅、镉的毒性的重视,无铅镉的玻璃彩釉将越来越受到人们的欢迎玻璃色釉是由低熔点玻璃、无机颜料和高分子粘结剂(调墨油)三部分组成经过丝网印刷或者手工描绘到玻璃或玻璃制品上,经过高温热处理后,高分子粘结剂挥发,低熔点玻璃熔融将无机颜料与玻璃粘为一＊收稿日期:2005-05-18＊＊基金项目:上海市自然科学基金资助项目(04ZR14037)体,实现玻璃表面装饰的效果色釉根据使用对象的不同,一般分为陶瓷色釉、搪瓷釉和玻璃色釉三种色釉中低熔点玻璃的软化温度、膨胀系数、化学稳定性及硬度是关系产品质量的关键因素,且各参数间具有一定的依赖性目前,一般厂家普遍采用含大量(质量分数30%左右)铅镉的玻璃熔块,来实现兼顾其低熔点和高稳定性的要求,同时部分无机颜料中含有镉,调墨油中含有大量的VOC(挥发性有机化合物)等物质铅镉的危害现在已越来越受到人们的重视,而VOC在常温下以蒸发的形式存在于空气中,其毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味会影响皮肤和黏膜,对人体产生急性损害它的含量达到一定浓度时,短时间内可使人感到头痛、恶心、呕吐,严重时会抽搐、昏迷,并可能造成记忆力减退,伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统是对人体有严重危害的物质,这种色釉必将被淘汰因此,开发一种无铅镉、无VOC的环保型高品质玻璃色釉变得越来越重要,这也是各种应用厂家的共同心声2低熔点玻璃的一般组成如果以R代表化学元素,O代表氧,则釉用氧化物一般可分为R(碱金属氧化物)、RO(碱土金属氧化2O物)、RO网络形成体)、R中间体)等几大类,其中ROiOnOiOrOnO2(2O3(2一类包括S2、S2、T2、Z2、M2等,R2O3一类包括AlibreO类包括BaO、CaO、MgO、SrO、ZnO、PbO、NiO、CoO2O3、B2O3、B2O3、S2O3、C2O3、F2O3等,R等,R一类包括Li、Na、K等,每类氧化物在玻璃熔制及釉的物理化学性能方面发挥着独特的作用2O2O2O2O其中R和RO类为助熔剂,它们通过降低二氧化硅、氧化铝、氧化锆和其他难熔氧化物的熔点来降低2O釉的熔点但它们使玻璃断网,过多的该类氧化物不利于玻璃的物理化学性能的提高RO2类氧化物为酸性氧化物,是玻璃的网络形成体R2O3类氧化物为中间体氧化物,它的作用是控制釉的粘度,阻止玻璃的析晶倾向一般来说,离子的极化率越高,物质的熔化温度就越低,离子的极化率也可以被看成是使离子的电子壳层发生形变的能力,以求保证对原子核最佳的屏蔽最外电子层由18个(Zn)或18+2个电子(Tl、Pb、As、Bi、Sb)构成的阳离子所组成的化合物,同阳离子具有同样的半径,但与最外层是由8个电子(Ca、Sr、Ba、Mg)所组成的惰性气体型的化合物相比,前者由于具有较大的极化率,其熔化温度要低于后者决定玻璃易熔性的组成可以是某些重金属离子、含有18个或更多电子的最外电子层的离子、易形变的大离子和带小电荷的离子这些元素一般包括铅、铋、硼、锑、钒、磷、碲、铊、锗、锌、钼、砷、钨、硫等[3]2+2+2+2+2+3+3+3+2++3低熔点玻璃的物化性质低熔点玻璃是玻璃色釉的主要组成之一,它决定了玻璃彩釉的大部分性能根据使用温度的不同,低熔点玻璃可以分为低温玻璃、中温玻璃和高温玻璃;根据其成份的不同可以分为含铅和无铅低熔点玻璃与陶瓷色釉、搪瓷釉相比,玻璃色釉的使用温度一般较低,因此玻璃色釉用低熔点玻璃的软化温度相应较低,一般在550～720之间,有些瓶罐玻璃用的色釉,使用温度可能不到500要满足这些不同的需要,就要制备不同的低熔点玻璃低熔点玻璃的软化温度决定了色釉的使用范围,烧成温度和时间的选择与釉面质量关系很大烧成温度高低和烧成时间长短主要取决于色釉的熔融温度和基体玻璃的变形温度,且直接影响釉面的颜色、光泽及化学稳定性生产中一般烧成温度控制在基体玻璃变形温度以下20左右烧成温度低、时间短,釉层末完全熔融,釉面粗糙无光泽;烧成温度过高,则会出现流釉现象,严重时会导致基板玻璃软化变形;烧成时间过长,则会使釉面针孔缺陷增多,釉面边缘不清晰,出现流釉的迹象釉和基体玻璃膨胀系数匹配程度,是烧成后釉面附着良好与否的重要条件低熔点玻璃膨胀系数的大小,决定了彩釉是否龟裂,甚至脱落一般平板玻璃的膨胀系数为10-6[4]/左右,若釉的膨胀系数大于[5]基玻璃,釉面受到基体拉伸作用,由于拉伸弹性形变产生永久张应力,引起釉面龟裂若釉的膨胀系数小于基玻璃,冷却过程中釉面比基体收缩小,釉除受本身收缩作用自动变形外,还受到基体收缩赋予的压缩作用,由于压缩弹性形变产生永久压应力,当永久压应力超过釉层的耐压强度极限时,也会造成釉裂而二者相等时,釉层则无永久热应力,釉面质量好实际上釉的膨胀系数很难与基体完全一致,然而,当釉的膨胀系数略小于基体时,由于釉的耐压强度大于抗张强度,釉层中引起的永久压应力不致于造成釉裂,同时还有利于提高制品耐热性能和机械强度因此,一般色釉的膨胀系数略小于基玻璃的膨胀系数,在(～)-610/之间都是合格的产品 低熔点玻璃的化学稳定性决定了彩釉的稳定性Paul认为,玻璃的化学稳定性是它的热力学稳定性和动力学稳定性两者的函数前者与玻璃的组成、结构、分相以及热历史有关,而后者与玻璃水解时各扩散过程的活化能势垒大小有直接联系因此提高玻璃色釉化学稳定性的主要途径有:(1)增强玻璃网络,(2)引入场强较大的阳离子,如Zr、Al等,(3)混合碱效应,(4)设置动力学障碍,如表面形成保护膜等[6]4低熔点玻璃的分类 低熔点玻璃按照组成分类,可以分为含铅低熔点玻璃和无铅低熔点玻璃两大类,无铅玻璃中又可分为硼硅酸盐玻璃、铋硅酸盐玻璃和磷酸盐玻璃等 含铅低熔点玻璃 铅离子具有由18个电子组成的最外电子层,同时Pb中2个最外层电子至少是铅离子有高极化率的部分原因因此在氧化铅中出现了附加偶极子,并且Pb-O键具有共价特征,促进了玻璃的形成氧化铅在使玻璃保持良好耐化学性的同时,可强烈降低釉的熔融温度同时对增大玻璃膨胀系数的影响比碱金属小,而光泽度和耐水性明显优于碱金属氧化物,因此氧化铅成为通常色釉中低熔点玻璃的主要成分含铅低熔点玻璃的熔融温度低,且熔融温度范围宽PbO还能使低熔点玻璃折射率升高、硬度降低、弹性增大,PbO能使釉光亮、硬度低、弹性大,但有毒性,目前在用的高档玻璃釉大部分含铅典型的铅玻璃釉组成如R2O-PbO-BSiO国内一般化学稳定2O3-2其中,国外的性能较好,使用温度和化学稳定性能够满足制品要求; 性不好,有的甚至很差 铅硼硅(PbO-BSiO系统2O3-2)[7]2+该系统玻璃的形成范围较宽,氧化铅浓度(摩尔分数)即使达到80%,也能形成玻璃态这是由于铅离子形成四方锥体的结构单元[PbO4],组成螺旋形的链状结构,与玻璃体骨架[SiO4]以顶角相连或以边相连,形成一种特殊的网络,这种网络具有非常宽的玻璃形成范围常用的组分(质量分数/%)为SiObO20～48210～65,B2O37～40,P 铅硼硅成分系统的开始软化温度与三种成分的含量有关以BiO2O3代替S2,随B2O3含量增加,玻璃开始软化温度降低;以SiObO,玻璃开始软化的温度随SiO以PbO代替B2代替P2的增加而升高;2O3,玻璃出现软化温度的极植,随PbO含量增加,开始软化温度先升高,达到极值后又降低线膨胀系数与三种组成间的关系,以BiO以SiObO,玻璃线含量增加,玻璃线代替P SiO以PbO代替B2的增加降低幅度较大;2O3,与开始软化温度的变化规律相似,玻璃出现线膨胀系数的极值,随PbO含量增加,线膨胀系数先降低,达到极值后又升高该系统的化学稳定性(耐水性)与组成之间的关系,随B2O3含量的增加,耐水性改善,但B2O3含量继续增加时,耐水性又会变差 铅硼锌系统玻璃(PbO-BZnO)该系统也是一种常用的低熔点玻璃配方,ZnO也可2O3- 以较多地引入到玻璃中,含量可达(质量分数)25%,ZnO取代SiOO2后,因为铅硼锌系统中[B3]的三角形结构不如铅硼硅系统中[SiO4]四面体结构紧密,其化学稳定性不如铅硼硅系统玻璃熔块的软化温度明显降低,配制成的色釉开始软化温度为500～600以ZnO代替BnO和B2O3,玻璃的软化温度降低,以Z2O3代替PbO,则软化温度提高膨胀系数与三种成分的关系,以ZnO代替BbO时,膨胀系数降低该系2O3和P 统对水最稳定的配方(质量分数/%)为BbO50～75,ZnO20～70比较常用的成分见表12O35～15,P 复杂多元系统是在上述两系统的基础上,为进一步改善低熔点玻璃的性能,加入其他成分,通常为引入碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及一些稀有金属氧化物,强化低熔点玻璃的某些性能,用于适应不同产品[7] 的要求 也有人将这两个系统混合,制备出了PbO-ZnO-BSiO2O3-2系统的基础釉[8],PbO含量(质量分数/%)降至0～10,比一般铅釉PbO含量(30～80)的下限还减少了20%,色釉烧成温度不高于600,釉料对各种着色剂显色良好,光泽度较高 表1铅硼锌(BPbO-ZnO)系统低熔点玻璃的成分(质量分数/%)和性质2O3- 编号

　　北师大版闫初中物理八年级下册《第九章机械和功五、探究使用机械是否省功》课教学设计1