第五章 玻璃的性质

　　建筑微晶玻璃的生产方法有两种，即压延法和烧结法。其工艺流程如下所示。 1 ．原料 生产白色或色彩鲜艳的微晶玻璃时，一般都使用矿物原料和化工原料。使用的矿物原料有硅砂、石灰石、白云石、长石、毒重石。使用的化工 原料有锌白、纯碱、钾碱、锑粉、硼砂、硼酸以及各种着色剂。生产矿渣微晶玻璃时，原料以矿渣为主，如铁渣、矾矿渣等，它们的用量可达 40 ％～ 50 ％，另加硅砂、粘土、化工原料。所得颜色以黑色为主，若加锌白可得灰白色微晶玻璃。为加速晶核形成，一般都加入晶核剂，当氧化钙

　　当前国内生产玻璃马赛克的成分并不统一，而且相差较多，这主要决定于生产厂所能提供的生产条件 ( 燃煤或燃油、耐火材料的质量、所能达 到的熔化温度等 ) 、对制品的质量要求 ( 强度、化学稳定性等 ) 、对利润的企求等。例如，增加 SiO 2 与 A1 2 0 3 含量，则须提高熔化温 度、增加能耗，但大大提高制品的强度与化学稳定性；在生产乳白色玻璃马赛克时，添加硝酸钠或氧化锌，则大大提高其白度，但成本相应增加； 增加 Na 2 O 的含量，可降低熔化温度或提高产量，但降低制品的化学稳定性、强度等。所以上述成分，仅供参考。 4 ．压延系统 压延机是生产玻璃马赛克的成型设备。当前采用的压延机主要是对辊式，如图 2 — 5 — 1 所示。采用坩埚窑生产玻璃马赛克时则采用链板 式压机。 熔制后的玻璃液经出料孔 [ 图 2 — 5 — 1(a)] 或经料道 [ 图 2 — 5 — 1(b)] 流入压机的第一对辊，它把玻璃液压成规定厚度与宽度 的玻璃带，进入第二对辊时，由辊上的滚切刀切成 20mm × 20mm 或 25mm × 25mm 的正方形的玻璃马赛克片，经过渡板进入网带传送机送入空 间密闭的隧道式退火窑。 压机中两对对辊及过渡板由压力为 O.1 ～ 0.2MPa 的冷却水冷却，进入第一对辊的玻璃液温度为 900 ～ 1000 ℃ ，压辊的有效宽度为 260

　　上述玻璃成分在晶化热处理后所析出的主晶相是β - 硅灰石 ( β -CaO · SiO 2 ) 。 二 •  建筑微晶玻璃的性能    建筑用微晶玻璃饰面板材与天然石材的大理石、花岗岩的性能列于表 2 — 5 — 3 。由表 2 — 5 ． 3 可以看出，含伊硅灰石晶相的微晶玻     璃在材料尺寸稳定性 ( 热膨胀系数影响 ) 、耐磨性 ( 硬度影响 ) 、抗冻性 ( 吸水率及强度影响 ) 、光泽度的持久性 ( 耐酸耐碱影响 ) 、 强度 ( 抗冲击强度及断裂强度影响 ) 等均优于天然石材的大理石及花岗岩。 表 2 - 5 - 3 建筑用微晶玻璃 与 大理石 、 花 岗 岩的性 质

　　玻璃的性质 第五章 玻璃的性质 第一节 玻璃马赛 马赛克 第一节 玻璃马赛克

　　玻璃马赛克是建筑材料中用量较大的内、外墙饰面材料。它是继陶瓷马赛克之后发展起来的一种玻璃墙体装饰材料，它色彩鲜艳、化学稳定性 好、力学强度高、价格便宜且施工方便，加上它对阳光的漫反射使色泽更加优雅而倍受用户欢迎。目前不仅用于高中档建筑物中，在居民住宅区也 得到了广泛的使用。玻璃马赛克的生产方法有熔融法 ( 池窑连续熔化法和坩埚窑间歇熔化法 ) 及烧结法等两类。目前普遍使用的是熔融法。 一 •  熔融法     生产玻璃马赛克的最有效的方法是池窑熔融连续压延法。其特点是产量高、质量好、成本低，尤其是色泽稳定、色差小。以上这些特点是坩埚 法不能相比的。以下主要介绍池窑熔融连续压延法的生产技术。 1 ．工艺流程 其工艺流程如下： 原料→配料→池窑熔化→连续压延→退火→折断→挑选→拼装→粘贴纸皮→成品→入库一条年产 30 万 m 2 玻璃马赛克的生产线t ，由于用量不大，所以各种原料均以粉料袋装进厂、库房储存。按玻璃马赛克配方进行料方计算、称量、机械混合、料罐输送至窑头料仓。 熔窑通常采用换热式双碹顶池窑。根据玻璃马赛克制品的特点 ( 在制品中必须留有部分未熔化的砂粒 ) ，其窑底设计成斜坡式，配合料经高 温熔化后，带有砂粒、气泡、不均体的玻璃液随即以薄层由斜坡流向出料口，在此过程中气泡大部分排除、不均体进一步均化，成为玻璃马赛克具 有特定状态 ( 砂粒、乳浊、彩色 ) 的合格玻璃液。压延后的片状玻璃马赛克经网带输送机在密闭通道中以较低冷却速度缓冷，退火后经挑选、拼 排、贴纸而成产品。 2 ．原料 玻璃马赛克所用原料可为以下四类：主要原料、着色原料、乳浊原料及本厂回收的废马赛克。 使用的主要原料有硅砂、石灰石、白云石、纯碱、硝酸钠、长石、三氧化二砷等。当生产乳白色玻璃马赛克时要求硅砂中的氧化铁的含量低于 O.25 ％。常用的着色剂有重铬酸钾 ( 生产黄绿色玻璃马赛克 ) 、氧化钴 ( 蓝色 ) 、氧化铜 ( 湖蓝色 ) 、氧化锰 ( 紫色 ) 、硫化镉和硒粉 ( 红色、橙色、黄色 ) 、氧化镍 ( 灰色 ) 、硒粉 ( 肉色 ) 。为得到系列色彩，常采用组合着色剂。乳浊剂通常有以下四种乳浊剂可供生产玻 璃马赛克时使用。 砂子：为了制得不透明的玻璃马赛克，常在成分外加入 10 ％～ 20 ％的石英砂，但用砂乳化玻璃液的方法只适用于作有色玻璃马赛克，因为 不加着色剂时，马赛克将着成灰色。氟化物：是目前使用最多的一种，当引入 2 ％～ 3 ％ F - 时，玻璃就开始乳化，为达到饱和乳浊度须引入 4 ％～ 5 ％ F - ，氟在玻璃熔化过程中的挥发量可达到引入量的 40 ％～ 50 ％。挥发量的多少与引入氟化物的种类有关，挥发量按以下顺序减 少：氟化钠 萤石 氟化铝 氟硅酸钠 合成冰晶石 天然冰晶石。由上可知，在各种氟化物中，天然冰晶石的挥发量最少。 可增强乳浊程度的氧化物有 ZnO 、 CdO 、 PbO ，能抑制乳浊晶体生长、防止析晶颗粒过大与表面粗糙的氧化物有 A1 2 0 3 、 B 2 O 3 。氟化物的挥发物会污染大气，氟化物对耐火材料的侵蚀大。磷化物：它在碱性玻璃中的挥发较多，可达 22 ％，当碱含量减少到 6 ％～ 7 ． 5 ％时， P 2 0 5 的挥发量可减少到 3 ％～ 5 ％。常用的磷化物有磷酸钙 Ca 3 (PO 4 ) 2 、骨灰 [ 其中含磷酸钙达 67 ％～ 85 ％及磷酸镁 Mg 2 (PO 4 ) 2 2 ％～ 3 ％、 CaCO 3 1 ％等 ] 、天然磷灰石 Ca 4 (CaF)(PO 4 ) 2 等。 氯化铝：它乳浊玻璃液是一种物理现象，它与砂 子作乳浊剂一样，仅靠未熔颗粒的表面反射。一般的加入量为玻璃液量的 5 ～ 6 ％ ( 指玻璃熔化后在料道加氧化铝砂的用量 ) ，若用来乳化彩 色玻璃马赛克，为达到同一色调的纯正性其着色剂的用量几乎增加一倍。在实际生产中常采用组合乳化剂，例如，氟硅酸钠与萤石的组合，磷酸盐 与氟化物的组合等。 3 ．玻璃马赛克的配方 在玻璃配合料中加入一定量的着色剂就成为彩色玻璃马赛克。表 2 — 5 — 1 列出了它们的组成。 表 2 - 5 - 1 彩色玻璃 马赛 克成分 ( ％ )

　　玻璃马赛克带常用振打方式使联片成为单片，但产品易缺角崩边影响成品率。为此，在大型厂常采用折断机，通过多次机械力使玻璃带先横 断，而后逐一纵断，图 2 — 5 — 2 表示它的纵断。

　　玻璃马赛克在折成小片后，须拼装成一联，每联的片数为 12 × 12 片或 15 × 15 片，而后用 80 ～ 120g ／ m 2 的牛皮纸进行粘贴。玻 璃马赛克的拼装与粘贴如图 2 — 5 — 3 所示。 二 •  烧结 法 工艺流程如下

　　1 ．玻璃粉的制备 把碎玻璃按颜色分类，用水进行冲洗后，送入球磨机粉碎，为提高粉碎效率与防尘，应往球磨机内加入 30 ％～ 50 ％的水，球磨中球与玻璃 的质量比为 1 时，研磨 12h 出料，其细度为 60 目以下，经沉淀、干燥即成玻璃粉。 2 ．配料与成型 所用粘合剂是硅酸钠的水溶液，防泡剂是氧化锌和缩合磷酸盐（磷酸铝、磷酸钙、磷酸镁、磷酸钙镁等 ) ，填充剂主要是高岭土，其配方如 下： 玻璃粉 100 份 着色剂按需加入 氧化锌 3 硅酸钠水溶液 8磷酸盐 1.5 水 2高岭土 3使用 30t 磨擦压力机加压成型，压力为 25MPa ，配合料的 总水分控制在 7 ％～ 10 ％范围内。 3 ．着色剂的添加量 玻璃马赛克颜色 无机颜料添加剂 白 色 氧化钛 浅绿色 蓝色料 O.5 黄色剂 0.1 粉红色 粉红色料 0.2 氧化钛 O.1 黄 色 黄色料 O.5 氧化钛 O.1 黑 色 氧化铁 O.2 绿 色 蓝色料 0.5 黄色料 0.3 4 ．制品的烧成 制品的烧成温度为 700 ～ 800 ℃，烧成时间为 0.5 ～ 4h 。

　　含量较高时也可不加晶核剂。常用的晶核剂有硅氟酸钠、氟化钙、硫化锌、硫化镁、铁矿石等。所用着色剂与制造一般颜色玻璃相同。 2 ．玻璃熔融 红色与黄色的微晶玻璃因使用硒粉其挥发量可达 90 ％，所以常使用密封性好的坩埚炉熔化。其他色彩的微晶玻璃都使用池窑熔化，它的生产 率、成本与质量一般均优于坩埚炉。建筑微晶玻璃的熔化温度为 1450 ～ 1500 ℃ ，对玻璃液的质量要求与一般玻璃制品相同。 3 ．成型 可采用吹制、压制、拉制、压延、离心浇注、重力浇注、烧结、浮法等各种成型方法，但生产板状微晶玻璃，目前以压延法和烧结法为主。采 用压延法时，其生产工艺与压延玻璃相同。玻璃液经流槽直接进入两对压延辊压延而成板状光面玻璃板。 烧结法是把玻璃液从细流状进入水槽中淬冷而成颗粒玻璃，或压延成板状后再水淬，采用这一方法可保证水淬后的颗粒具有规定的粒径。颗粒 玻璃料经干燥、分级，以一定级配装 模，经热处理烧结与核化晶化而成板状微晶玻璃。

　　把加有晶核剂 ( 或不加晶核剂 ) 的特定组成的玻璃在有控条件下进行晶化热处理，使原单一的玻璃相形成了有微晶相和玻璃相均匀分布的复 合材料，称之为微晶玻璃。 一 •  组 成的 选择      作为建筑用微晶玻璃装饰板材要求具有强度大、硬度高、耐酸碱侵蚀、吸水率低及热膨胀系数低等性能。微晶玻璃的综合性能主要决定于析出晶 相的种类、微晶体的尺寸与数量、残余玻璃相的性质与数量。第一项由所选组成决定，后四项主要由热处理制度所决定。 微晶玻璃的原始组成不同，其晶相的种类也不相同。例如，晶相有β - 灰石、β - 石英、氟金云母、霞石、二硅酸锂、铁酸钡、钙黄长石、堇 青石等。各种晶相赋予微晶玻璃不同的性能。在上述晶相中，β - 硅灰石晶相具有建筑微晶玻璃所需性质。为此，常选用 CaO-A1 2 O 3 -SiO 2 系统为该类微晶玻璃的玻璃系统。其一般成分如表 2 — 5 — 2 所示。 表 2 - 5 - 2 CaO — Al 2 O 3 一 SiO 2 微晶玻璃 组 成 ( ％ )