玻璃制造技术在实验室
玻璃制造技术的发展需要仔细权衡选择的原材料。实验室融化,一批准备等化学试剂级硅上市,碳酸钠,碳酸钙,氧化铝,和borax-all假定后转换为等值的氧化物分解。混批是放置在一个覆盖坩埚和电动内部加热电阻炉。的坩埚是合适的耐火材料,耐火土(廉价但污染),熔融石英(好热冲击阻力)和高密度氧化铝。为了避免污染熔融玻璃的耐火材料,它通常是建议坩埚由platinum-either纯金属或合金铑2到20%或5%黄金。因为与这些贵金属相关费用,实验室玻璃制造商必须小心不要混批,融化后,将接受化学反应与坩埚材料。
方便的电阻炉温度控制,编程能力。较低的加热元件可能是由二硅化钼热绝缘。玻璃可能倒在石墨或钢模具,另外,(使用一个金属辊)滚成薄的片,倒到一个钢或铝冷却板。如果熔融或断裂成小颗粒,,玻璃液流可能会落入水中。块的玻璃可以削减或钻镶金刚石锯和演习。玻璃也可以使用镶金刚石地面旋转的轮子,碳化硅纸或碳化硅悬浮液。它可以使用布抛光加载与细粒度的磨料磨具,如钻石,氧化铁或二氧化铈。
工业玻璃制造技术的发展
的原材料
化合物
眼镜的商业重要性是由各种各样的化合物;这些都是描述玻璃成分和应用程序。对于玻璃制造工业规模,这些化学物质化合物必须获得适当的大小,清洁,和对待矿物质preanalyzed杂质。硅获得干净的沙子。适当的矿物质来源苏打水纯碱(碳酸钠)和吗氢氧化钠。石灰获得从石灰石(碳酸钙)或白云石(钙镁碳酸盐)当氧化镁也是必要的。在过去这是惯例砷氧化增加约0.25%和0.5%硝酸钠援助在玻璃澄清剂,或消除泡沫。这些化学物质不再推荐针对个人和环境的危害;相反,更少的有毒化合物等氯化钠建议、硫酸钠或硝酸钠。
的成分氧化的主要眼镜的表中列出。
碎玻璃
除了矿物成分(例如上面所列的那些),一批玻璃传统上由25 - 60%的碎玻璃。碎玻璃是玻璃碎拒绝,一般相同的作文随着矿物混合物,包括是因为其早期炉带来的矿物颗粒融化在一起,导致加速反应。
的玻璃熔化炉
的融化室
后一批玻璃混合搅拌机,丢脸,是传达一种料斗位于熔炼室的后面玻璃熔化炉(见)。批处理通常是微湿阻止隔离材料的振动输送机系统,或者它可能是压制成颗粒状或加工成改善粒子之间的联系。批处理被机械化铲子插入到熔化室,螺旋输送机或毯子喂食器。连续玻璃熔化室是6到12米宽30米长(20到40英尺宽,100英尺长)。他们可能持有高达1000吨的玻璃和生产多达50到500吨每天。较小的生产速度,天坦克或使用单位熔炼工。融化在大房间,坦克是由高密度、高耐蚀耐火材料,如electrocast alumina-zirconia-silica,确保无故障使用寿命的5至10年。
天然气、石油、和电可以用来生成热融化。化石燃料的燃烧,炉通常的再生类型(见)。再生炉,射击循环进行的。一半的周期(10到15分钟),燃料和空气通过热格子砖安排一组蓄热器室一侧的烤箱。然后直接加热混合物熔化室通过港口,玻璃熔体在燃烧。热烟气,退出商会通过另一组端口后,直接通过另一组蓄热室,在那里他们传授他们的大部分热量格子砖的安排。下半年的周期中,序列逆转:可燃混合物通过第二再生器和带来的是由格子砖预热;这就增加了热力学效率的燃烧。
另一种类型的炉再生式炉,烟气连续交换热量传入的可燃混合物通过金属或陶瓷分区。另一个提高燃烧效率的手段是使用富氧空气或纯氧。使用氧气是特别重要的技术,因为它大大减少了不良的烟气中氮氧化物。在所有情况下,烟气通过热交换器应该是运输,洗涤塔,袋除尘器为了防止硫氧化物和颗粒物质泄漏到大气中。
在高温下(也就是说,超过1000°C (1800°F)辅助电极的玻璃可能是导电足够钼、石墨、氧化锡在坦克和插入提供辅助加热。电动融化是迄今为止最节能和清洁方法:介绍了热量在需要的地方,它消除了一批材料的问题被烟气带走。电加热,热效率高达70 - 80%可以很容易的实现,而从化石燃料燃烧获得40%的效率并不是一个容易的任务。在专业炉将电动融化“cold-top”熔炉,批倒或撒从顶部。在这些炉熔化区垂直组织;也就是说,顶部的批处理是固体,而熔融玻璃底部流出。cold-batch方法确保分解排放非常低,蒸发,并结转产品;此外,批次含氟化物可以融化一般很少或根本没有逃跑的有毒氟。
的空调室
在融化,温度达到峰值1475°C (2685°F) soda-lime-silicate玻璃。在这些温度,产生的大量气体分解批的原材料。这些气体和空气被困,形成泡沫玻璃融化。大气泡上升到水面,但是,尤其是在玻璃变得越来越粘稠,小泡沫被困在融化在这些数字,他们威胁到最终产品的质量。他们在这一过程被称为被删除罚款,这主要发生在一段炉的空调室(见)。从熔化室,熔融玻璃可以通过喉咙分隔墙,或桥墙,进了空调室举行,那里的温度大约在1300°C (2375°F)。优良的泡沫是被删除溶解回玻璃。此外,玻璃均质由扩散混合。为了确保熔体的成分是均匀的,机械搅拌机或氮气或空气起泡器可以安装在底部的融化。特殊挑战剩余未融化的材料构成的均化作用可以从批处理,尤其是沙粒,以及使不透明的产品,材料的耐火材料融化,异物如瓶盖,和各种玻璃成分的蒸发,尤其是氧化硼和碱。玻璃同质化,事实上,是病原反应一步整个玻璃熔化过程。
的通路
从空调室,玻璃在狭窄的通道,一组叫做通路,形成机器。玻璃的停留时间一辆坦克从半天到10天不等,根据拉速度,或玻璃是美联储的成型机,以及成立于坦克流模式。
可能出现的两个问题向玻璃制造技术的发展过程被称为结束工作使不透明和使再沸。使不透明,玻璃态或损失,导致晶体时,熔融玻璃的发展是受到温度在图1的阴影区域。最严重的威胁是石英晶体的形成在喉咙,通路区域。玻璃再煮沸溶解气体的快速的出溶作用随着气温升高。解决方案出来后,气体在玻璃泡核,形成泡沫。
Nonfusion玻璃制造技术的发展
从熔体冷却环节并不是唯一的途径。玻璃也可以直接从固体、气体或液体的解决方案。
从固体状态
一个坚实的可能转换玻璃的高剪切(例如,引起冲击波在产生影响),或者它可能是通过与高能亚原子粒子辐照转换。前者被称为类型diaplectic眼镜,而后者类型无定形固体。一些玻璃碎片从月球表面可能会收集的例子diaplectic玻璃形成的流星体的影响。的例子无定形固体矿物质,含有天然的高能粒子辐射。
从气体状态
玻璃也可以直接从气体做好准备。在一个过程中,被称为不反应的气相玻璃吹制技术元素,如硅、锗和硒或他们的合金真空蒸发或气急败坏,然后浓缩到一个很酷的衬底。在另一个过程,称为反应气相玻璃制造技术的发展,所需的玻璃是由化学反应。化学汽相淀积或心血管疾病,属于这一范畴,一个很好的例子是制造石英玻璃羟基化。在羟基化技术,四氯化硅蒸气(SiCl4)反应在高温蒸汽(H2O),造成“煤烟”硅(SiO2)冷却基板上沉积。烟尘是随后烧结致密的玻璃。(实际应用这种技术涉及了四氯化硅的氧化玻璃形成:光学纤维)。
从液体解决方案
石英玻璃也可以从液体解决方案做好准备。在这种技术,称为溶胶-凝胶法路线,有机金属的含酒精的解决方案前体一般醇盐,如原硅酸四乙酯(teo),与水在低温下水解而激动人心的积极。水解促进螯合,或网络类型的形成原子连接,直到质量凝胶。然后仔细干凝胶去除多余的酒精和水,并随后烧结形成致密的玻璃。因为高温反应容器中避免了溶胶-凝胶法路线,它可以产生更高纯度的玻璃比熔化过程。然而,这种凝胶路线是缓慢的,昂贵的,不是有利获得大的,单片标本(干燥期间主要是因为骨折形成)。然而,该方法可以很容易地用于沉积薄膜,如防反射涂层。
相分离技术
的石英玻璃的过程
的亚稳态机制中描述的玻璃形成:相分离的核心是商标维克玻璃过程获得96%的玻璃吗硅和4%四硼酸钠。允许钠硼硅酸盐熔体分离为两个连续的,交织在一起的矩阵的玻璃,一种阶段,另一个钠borate-rich阶段。后者是溶解酸处理,只留下96%的多孔骨架硅。多孔的形状,玻璃(称为“口渴”玻璃)可以用作催化支持,分子筛或胶囊治疗法。它还可以用作glass-polymer复合高分子液体后吸气进入毛孔,可以完成聚合在那里。此外,多孔硅可以烧结致密状态,作为替代品石英玻璃。
玻璃陶瓷
生产的玻璃陶瓷、晶体核的高密度玻璃熔体中生成的液滴相分离机制或者通过添加成核剂如二氧化钛、氧化锆、五氧化二磷。后成核预先确定的时间进行,晶体可以长到成熟温度升高。
玻璃成型
所有传统的玻璃产品,如餐具、容器、管和棒,平板玻璃,玻璃纤维形成的玻璃的熔化过程。粘度是在玻璃形成的关键属性。在融化和调节(中描述工业玻璃制造技术的发展),玻璃送到成型机在一个可控的形状大约10的粘度4风度。在这个粘度,表示工作点,玻璃可以在形成所需的对象,然后释放到near-solid条件。整个过程,提取热量控制的方式,以使粘度增加水平的典型的液体的固体。
珠子和微球
固体玻璃珠和微球用于爆炸清洁剂,喷丸加工,反光漆可以简单地通过精细多孔玻璃通过热的火焰。中空微球,主要是低密度填料使用,可能是由许多过程之一。在一个方法中,玻璃成分溶解在水中,尿素添加发泡剂,混合是美联储通过气体或空气燃烧器喷嘴。在另一个方法中,酒精的醇盐的溶液搅拌液体分散剂,使解决方案分解成小水滴。水滴被允许凝胶,然后分离,干燥和烧结。
餐具
玻璃杯餐具是由吹玻璃吹管道到年底的分裂paste-mold。paste-mold制成的铸铁和内衬湿cork-type或pasted-sawdust材料。产生的蒸汽垫给玻璃的光洁度,在模具中旋转吹的一步。的形成制品然后轻轻地敲了比分光管,使用火焰边缘是串珠。
容器
窄嘴容器等瓶通常由吗个人部分(是)机器。在这台机器的玻璃液流是推出孔的最后通路的一个旋转碗和随后被削减大量的玻璃。泡沿着一个降落伞模具玻璃的吹压缩空气一个中间型坯形状。机械手臂然后握的型坯完成模具,在第二次吹操作使他们完成表单。整个操作,从采空区交付完成形成,持续大约11秒。热容器设置在传送带上,冷却,和运输退火莱尔,如所示。(见也治疗:玻璃退火)。莱尔的入口处,“高电位端”喷雾应用以氯化锡的解决方案传授一种坚硬、耐磨锡氧化物涂层的玻璃表面,和莱尔退出“冷端”喷雾剂的水性聚乳剂使表面更色。高生产速度得到了通过使用一个机器多达12个部分,每个部分切割和成形多达四个泡。
广口容器通常是由使用一个紧迫的操作型坯。轻量级容器的生产,形成了型坯按带来更多均匀分布比是可能的在吹玻璃;这允许高级控制容器壁薄。
容器中使用的模具成形通常是由铸铁、合金元素如碳、钛、铬、钒、钼添加增加抗氧化性能。润滑油是用来防止热玻璃坚持模具。
灯泡
灯泡壳,以商业规模养殖的丝带机。这台机器由两个大的上部和下部炮塔包含吹头和模具。薄的玻璃之间的通路是美联储退出从一对水冷辊,形成一系列的馅饼的流。馅饼是被吹头,吹起一些操作后,被吹到完成壳内低炮塔上的旋转paste-molds旅行时在高速炮塔的长度。丝带机是一个奇迹,以一个正常的制壳速度每秒30。
灯泡是由密封到完成灯壳选择一双合适的金属引线。共同之处白炽灯泡soda-lime-silica贝壳做的,领导首先被密封成一个软玻璃“闪光”,这是后来fusion-sealed裙子shell住房。
管和棒
管和棒是由三个流程:丹纳的过程,downdraw过程,Vello过程。丹纳过程中,玻璃流动在一个中空的连续流,旋转心轴是安装在一个坡度在周围的低沉的声音。针的转动,向下逐渐形成一个中空的管状玻璃流信封,最终绘制成管。管的形状是由空气流吹通过芯棒。使棒,为了保持轻微的吸力崩溃玻壳的墙壁,因为它离开了芯棒。在这两种情况下,形式逐渐由皮带拉拖拉机到水平位置,在部分减少得分与硬技巧和促进裂纹定位火焰。
在downdraw过程,熔融玻璃是允许垂直向下流动,通过定义孔,把牵引。孔控制管壁的厚度和孔的形状。过程允许复杂截面的成形,包括椭圆孔的形状如温度计。此外,带秒可以融合到主玻璃,玻璃温度计,通过从一个流辅助熔炉。Vello过程,混合downdraw和丹纳流程,通过定义孔玻璃向下流动,轻轻把水平。
平板玻璃
的现代方法生产平板玻璃等产品窗户和镜子是漂浮的过程,熔融玻璃带来了广泛的壶嘴的唇,允许通过辊之间,漂浮在一浴熔融锡在钢容器)。玻璃在大约10进入容器3.5poise-a粘度,soda-lime-silica玻璃,出席温度大于1000°C (1800°F)。它是冷却在锡槽的长度,一个熔点的232°C (450°F),几乎和出口固化表形式的粘度大约1013风度。在这种情况下玻璃利差由重力的厚度7毫米(0.28英寸),但是,如果它与石墨桨压缩或拉伸滚花辊,玻璃可以在2到25毫米的厚度和宽度4米。
平床单是减少划线得分与钻石尖轻轻地施加压力来推动裂纹。平板玻璃浮子产生的方法具有良好的厚度控制和力量。一些锡是由玻璃,主要在金属接触的脸。
玻璃纤维
玻璃纤维棉为绝缘通常是由允许玻璃液流进入一个旋转杯,有许多孔的墙。玻璃纤维挤压通过洞下离心力满足高速鼓风,将其细分为短的长度。在他们的血统旅行带下面,纤维粘合在一起的粘合剂喷雾。粘结剂是治愈,羊毛是轻轻挤进切碎棉絮或卷。
连续纤维纺织品是由熔融玻璃或玻璃弹珠下降到一个电热铂铑衬套穿,成百上千的细孔。纤维聚集成一个单一的链。通过把玻璃机械络筒机的线性速度高达每小时200公里(125英里),纤维直径细如三个微米。
光学玻璃
在光学玻璃行业,这个词弗林特是指透明玻璃的高折射率和高分散力量属性一般眼镜高铅的内容但不限于它们。同样,这个词皇冠是指玻璃低吗折射率和低色散力量属性一般钠钙玻璃。
生产光学玻璃的关键是严格控制的折射率,必须使用严格控制材料的杂质水平低于首次公布新油品标准的范围内。融化通常是在电热炉platinum-lined坦克或铂坩埚;偶尔也会融化在大的陶罐,持有约一吨玻璃。熔融玻璃扔进公寓,作为直接流进模具空白,或挤压成棒。在传统光学玻璃房子,玻璃盆,再冷却和良好的选择和冶炼为了获得更多可接受的同质性。
光学纤维
属性
光波导(OWGs),信号脉冲的形式传递信息光,由一个核心玻璃纤维复合玻璃的折射率较低。是解释玻璃的性质:光学特性:折射和反射的光,当光通过一个媒介满足较低的介质折射属性在一个适当的角度,它是反映完全回到第一媒介。在一个OWG,第二是媒介包层核心内,光脉冲反射介质与失真在很远的地方很少。OWG可以单模(本质上携带一个光束),在这种情况下,核心直径大约是10微米;也可以是多模,在这种情况下,核心直径通常是50微米,尽管它可以高达200微米。包层的直径范围从一个标准的125微米到300微米。纤维的core-clad安排,明确两个介质之间的界面不同的折射特性,被称为stepped-index纤维。由于种种原因,可以获得性能优越的渐变型纤维,玻璃的成分,因此折射率,逐步改变,没有突然的转变,核心和外直径。
制造
这两种类型的OWG组合在不同类型的过程。Stepped-index OWGs由熔化的玻璃棒的核心成分在一个玻璃管复合成分,然后画在一起。他们也由双坩埚技术(见),两个同轴的隔间铂坩埚是用玻璃棒,和复合流允许退出底部孔。在这两种情况下,玻璃纤维减毒适当尺寸的高速机械络筒机。孔和络筒机,纤维之间通过laser-monitored diameter-control反馈机制和涂上一种聚合物,通常包含紫外光固化酯复合物,从表面磨耗提供保护。
渐变型OWGs是由几个蒸汽沉积过程之一。最受欢迎的版本修改后的化学汽相淀积(MCVD)。在这种方法中,所示的一个例子,应该四氯化硅(4)蒸气混合着不同数量的磷酰氯(POCl3)和四氯化锗(GeCl4)或三氯化硼(群体BC13)。加热到1300°-1600°C (2375°-2900°F),蒸汽经受了氧化反应产生一个包含硅和其他氧化物烟尘。这烟尘允许冷凝冷却器衬底,如管或棒。压缩材料,这可能是由几百层,然后脱水大约在1200°C (2200°F)和烧结在1500°-1700°C (-3100°F(2700°)。通过控制氯化的比例混合,所需的成分(因此所需的折射率)层obtained-germanium增加折射率和硼减少它。玻璃预成型随后被安装在一个纤维画塔,和它的结束是加热到1900°-2200°C (-4000°F(3450°)内感应电阻炉或通过氢氧火焰或二氧化碳激光光束。如所示的双坩埚技术,减毒纤维的直径是扫描和作为反馈信号来控制粗加工的加料速度,随后,纤维与聚合物涂层。
玻璃海豹
玻璃密封的各种材料(包括玻璃本身)的玻璃粘度和温度之间的关系,不同的热膨胀特性的组件密封,玻璃液的润湿和粘附特性在密封的温度下,在服务和玻璃的化学稳定性。Hermeticity通常是一个预期的结果在玻璃密封。一个典型的例子不透气的海豹在灯泡,金属导电线通过玻璃密封为了维护一个惰性气氛灯内信封。现代微电子涉及厚膜技术也在很大程度上取决于玻璃密封,尽管在这种情况下hermeticity不是一个要求。
形成的一个成功的密封,可能是最关键的因素热收缩的玻璃。热收缩的失配,差异在收缩的密封组件cooled-causes强调发展的每个组件。不超过500 ppm时,玻璃的抗拉应力可能导致骨折。为了避免骨折,最好有玻璃组件在glass-to-metal海豹轻度压缩或雇佣glass-metal系统中玻璃组件和金属合金已知密切匹配的收缩特征。大收缩不匹配时,密封可能通过使用了一种细金属线或薄玻璃涂料,利用压缩密封(一杯低扩张属性内软化higher-expansion金属外壳),或通过密封金属的形式与羽毛边缘(薄箔管家密封)。大多数金属外壳连接器与中空玻璃和一个中心金属销压缩密封的例子。投影仪灯海豹,载流钼金属箔pinch-sealed成熔融石英管,是好管家海豹的例子。
常见的封接玻璃的应用方法熔块当预先形成。玻璃碎或球磨为了获得细粉,或熔块,这是已筛尺寸的5到100微米,然后与少量的混合制浆有机volatilizing-type车辆和绑定。金属粉末(通常是片)可以混合在一起进行贴,可以添加或非金属粉末电阻和绝缘贴或玻璃基质复合材料。浆丝网印刷到对象,然后在空气或惰性气氛控制的方式。
干熔化也可能混有少量的粘合剂和压成合适的形状称为预成型。预成型,形状,方便处理在随后的过程中,可以软化与其他组件导致密封加热。