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生产玻璃用坩埚除了石英和氧化铝,还有哪些??
2020年07月08日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:427
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随着生活水平的提高,玻璃产品变得随处可见,在建筑行业中它更是成为了继水泥和钢材之后的第三大建筑材料。玻璃的主要原料石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等,在可耐高温的坩埚中经过复杂的物理和化学反应后,便可形成均匀的无气泡玻璃液

玻璃制造工艺 

因此为了让玻璃顺利完成制作,需要特别留意坩埚的选择,以免玻璃熔体受到坩埚变形、开裂或污染等带来的影响。同时,坩埚也是玻璃制备成本中的重要一部分,如果坩埚在制作过程中失效,可能会导致整个工序停转,代价十分昂贵。

因此为了生产的稳定性及降低成本,坩埚最好选择具有较长使用寿命的类型,而这一般需要结合原材料的诸多性能特征进行评价,抗热震性、最高工作温度、抗压强度与玻璃是否发生反应、膨胀系数以下是在玻璃行业中常用的一些坩埚材料:

石英陶瓷

石英陶瓷坩埚,全称为高纯熔融石英陶瓷坩埚石,主要成分是二氧化硅SiO2),可在高温下工作并保持化学成份稳定和结构完整性。由于具有结构精细、热导率低、热膨胀系数小、热震稳定性好、电性能好、耐化学侵蚀性好(除氢氟酸及300℃以上的浓磷酸外几乎所有酸和金属熔体都对它没有作用)等特点,因此石英坩埚成为了许多玻璃家族的理想选择,如硼硅酸盐、硅酸盐和钠石灰。其最高运行温度为1500 比它的替代材料——氧化铝低一些。

石英陶瓷坩埚 

氧化铝陶瓷

氧化铝Al2O3)属于石英的替代材料,具有很好的高温稳定性人们通常会把氧化铝含量超过95%以上的坩埚称为刚玉坩埚由于具有较高的热导率,因此它能更快地从炉子中传递热量,此外氧化铝还具备较高的抗热震性及较低的热膨胀系数,纯度足够高的话,其最高工作温度可达1700

氧化铝坩埚另一个优势在于它能够抵抗化学侵蚀但不适于用Na2O2NaOH等强碱性物质和酸性物质作熔剂熔融样品避免坩埚被降解或玻璃熔体受到污染。在重金属氧化物(HMO)玻璃熔制中,其电阻率甚至高于铂

氧化铝坩埚 

AZS氧化铝-氧化锆-氧化硅

AZS (alumina-zirconia-silica)是工业玻璃生产中最常用的耐火材料之一它可以耐受高温并具有很的抗腐蚀性。由于组AZS的氧化物价格都比较低廉,因此成本不高,随后的混合物可浇铸成各式各样的坩埚形状。

AZS坩埚主要的局限性在于,当玻璃熔体接触到内壁时,会产生诸如节点和气泡之类的缺陷从而导致结构破损这对于工业玻璃的生产来说是一个巨大的隐患。据预测高达10%的玻璃在连续操作的熔炉中被淘汰,因此超低渗出AZS的研发已被摆上日程。

AZS坩埚 

铂是贵金属之一,而且极为惰性,因此铂坩埚是避免样品污染的最佳选择之一。但铂的稀有性和开采的困难意味着它的造价极为高昂,因此一般与铑以90:10或80:20的比例合金化,在不影响功能的前提下降低成本。

合金化后的铂坩埚的工作温度可提高到约1600,比纯铂的温度高300。由于铂可锻性较强,因此很容易制成各种尺寸和形状的坩埚。虽然铂坩埚能够抵抗大多数类型的腐蚀,但重金属氧化物玻璃会对铂坩埚造成损害,从而导致端部材料的特性退化。

铂合金坩埚 

玻璃碳

交联聚合物的热分解产生了一种称为玻璃碳的陶瓷材料。由于其高光泽和黑色,它也被称为玻璃碳。它非常易碎,有点类似玻璃,但由于能够抵抗热冲击,同时具有高达2500的工作温度,因此玻璃碳十分适合作为坩埚材料。同时由于成本中含有碳,因此热导率也比较高。

玻璃碳不容易受气体的影响,而且孔隙率低得令人难以置信,同时还具备很强的抵抗化学侵蚀的能力(如铬,硫酸,硝酸,氢氟酸和盐酸等)与其他陶瓷坩埚如氧化铝)相比虽然玻璃碳的成本更高,但由于极高的稳定性,因此使用寿命更长。

玻璃碳坩埚 

火粘土

粘土是应用历史最久的坩埚原料,有多种类型,在历史上一直被用制作玻璃熔炉。现代耐火粘土可通过氧化物和其他添加剂改变其组成,以适应不同的用途 MgO、 CaO、 K2O 和Na2O等,它们都可以显著提高粘土坩埚的最高操作温度。

耐火粘土含有较高的氧化硅SiO2),可能会降低其抗热震性。当耐火粘土坩埚的孔隙率较高时,这些气孔会导致坩埚被玻璃熔体渗透,增加了被污染的风险,甚至造成坩埚本身的破损。

耐火粘土坩埚 

资料来源:Mo-Sci 公司

粉体圈 小榆编译

 

 

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