玻璃綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)報(bào)告玉石玻璃材料的制備及性能測(cè)定班級(jí)：無(wú)非0802姓名：胡楊馬迪張萌張曉梅張學(xué)成張艷指導(dǎo)老師：馬雷馬晶曹大力日期：2011年11月10日沈陽(yáng)化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

文獻(xiàn)綜述普通的玻璃是用石英砂、純堿和石灰石一起熔煉而成的。它是一種組成不固定的硅酸鹽的混和物。人們最先制造出來(lái)的玻璃是一些透明度差，帶有一些顏色的小玻璃片。它的顏色并不是人們有意識(shí)地加進(jìn)去的，而是所用的原料不純，混進(jìn)了雜質(zhì)的結(jié)果。那時(shí)的顏色玻璃只是用來(lái)做裝飾品，要求不高，人們只是偶然生產(chǎn)出了顏色玻璃。經(jīng)過(guò)研究，人們發(fā)現(xiàn)如果在普通玻璃的配料中加入0.4～0.7％的著色劑，就能使玻璃帶上了顏色。著色劑大多是金屬的氧化物。每種金屬元素都有它獨(dú)特的“光譜特征”，所以不同的金屬氧化物都能呈現(xiàn)出不同的顏色。如果在玻璃配料中加入這些氧化物就給玻璃著上了色。其實(shí)，玻璃的顏色不僅取決于加入的著色劑，人們還通過(guò)熔煉的溫度及爐焰的性質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)元素的化合價(jià)，使玻璃呈現(xiàn)不同的顏色。例如玻璃中的銅，如果以高價(jià)的氧化銅存在時(shí)玻璃顯現(xiàn)藍(lán)綠色；以低價(jià)的氧化亞銅存在時(shí)，玻璃呈紅色。有時(shí)，燒熔一次還不能使玻璃顯示出色來(lái)，再要進(jìn)行第二次加熱才能使玻璃顯出顏色。名貴的金紅玻璃就是這樣，它是在普通的玻璃配料中加入微量的金子燒制成的。第一次燒熔后，金以原子形式分布在玻璃中，此時(shí)玻璃并不顯顏色；當(dāng)再次加熱到接近軟化的溫度時(shí)，其中的金原子聚合成膠狀顆粒，此時(shí)玻璃就顯現(xiàn)出了美麗的紅色。目前，人們又用稀土元素的氧化物為著色劑制成了各種高級(jí)的顏色玻璃。摻有稀土元素的顏色玻璃，色調(diào)明凈，有光亮的色澤，甚至還會(huì)在不同的光線下改變顏色。例如氧化釹玻璃中就有這種特性，它在日光下顯紫紅色，在熒光下顯藍(lán)紫色，十分美麗。有一種玻璃會(huì)隨著光線的強(qiáng)弱而改變顏色，人們用它作眼鏡的鏡片和房屋的窗戶玻璃。用這種玻璃作窗玻璃，室內(nèi)可以保持一定的光亮度，再也用不著用窗簾子來(lái)遮陽(yáng)，所以有人稱它為“自動(dòng)窗簾”。它又能阻擋陽(yáng)光中的紫外線通過(guò)，圖書(shū)館藏書(shū)室和博物館裝上這種玻璃以后，可以保護(hù)書(shū)籍和文物不受紫外線的破壞。除稀土元素外，在玻璃中直接添加鎢和鉑，也可以做成變色玻璃。向玻璃原料中添加能夠形成著色離子、化合物膠體及金屬膠體粒子的物質(zhì)，使之呈現(xiàn)不同顏色的工藝，按照著色機(jī)理可分四種類型：離子著色、化合物膠體粒子著色、金屬膠體粒子著色、半導(dǎo)體著色。顏色玻璃也被用于制成人工玉石。人工寶石包括合成寶石、人造玉石、拼合寶石和再造寶石?？梢?jiàn)人造寶石只是人工寶石的一部分，故不能將人工寶石稱為人造寶石。合成寶石與人造寶石的主要區(qū)分是：如果在自然界中有對(duì)應(yīng)的天然寶石，且其物理和化學(xué)性質(zhì)、礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)與對(duì)應(yīng)的天然寶石相同，則稱“合成寶石”，如合成水晶、合成祖母綠、合成立方氧化鋯、合成紅、藍(lán)寶石、合成金紅石等等；若在自然界中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的天然寶石，只是外表的顏色、透明度、硬度等像某種天然寶石，但其物理和化學(xué)性質(zhì)、礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)等都與這種天然寶石不一樣，甚至它不像任何天然寶石，僅可作為寶石用，這些人工合成的寶石統(tǒng)稱為人造寶石（有時(shí)人們把某些人造寶石叫仿寶石），如人造釔鋁榴石（YAG）、人造釓鎵榴石（GGG）、人造鈦酸鍶、人造夜光寶石、人造玻璃貓眼、仿金星石、仿綠松石、仿珊瑚、仿珍珠等等。本次實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是離子著色的玉石玻璃，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯坎煌珓?duì)玻璃顏色的影響。本次實(shí)驗(yàn)的意義是：通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)了解玻璃中得各氧化物在玻璃中得作用，各氧化物由何種原料引入，玻璃成分設(shè)計(jì)的依據(jù)，玻璃配方調(diào)整的方法，理解玻璃的熔制過(guò)程，以及顏色玻璃的著色機(jī)理，了解和掌握相關(guān)儀器設(shè)備的使用。二、化學(xué)組成設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)題目：離子著色的玉石玻璃組成（2）性能要求：由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，在滿足玻璃所設(shè)計(jì)的玻璃組成能夠形成玻璃的基礎(chǔ)上，要求玻璃的熔制溫度在1350℃以下，因此要引入能夠降低玻璃熔點(diǎn)的物質(zhì)，如鋇化合物、氟化物等。為了縮短料性，使玻璃易于成型，還要適度減少鈣的含量。因此，玻璃設(shè)計(jì)組成為：成分(wt%)SiO2Al2O3CaOBaONa2OK2OF參考組成64.93.97.116.47.55設(shè)計(jì)組成60.03.06.454.516.52.07.55玻璃性能：①玻璃的熔制溫度：Ledererova計(jì)算式：式中：—常數(shù)—計(jì)算系數(shù)—玻璃成分百分含量因此，由上式知玻璃的退火溫度：式中：x—Na2O%y—CaO%z—Al2O3%A=-7.32B=3.49C=5.37D=603.4因此，由上式知②玻璃的密度Knapp法③玻璃的折射率Huggins法式中：—玻璃密度—折射率加和系數(shù)—玻璃成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)其中的系數(shù)==0.2258的系數(shù)==0.1294因此=1.45④玻璃的熱膨脹系數(shù)高橋法： 0~400℃時(shí)⑤玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性：式中：B—玻璃耐水性，將2g玻璃粉末加入50ml蒸餾水中，加熱到98℃并保持60mi以析出NaOmg數(shù)表示P,P,P,P,P,P—分別代表NaO，KO，MgO，CaO，AlO，F(xiàn)eO含量因此三、玻璃的原料本實(shí)驗(yàn)所選用的原料是：石英粉、（32~35%水分）、碳酸鈣、、（）、四、配方計(jì)算：100g玻璃為基準(zhǔn)①需NaSiF的量：，引入Na：3.05gSi：1.85g②需SiO的量：③需CaCO的量：④需BaCO的量：⑤需KOH的量：⑥需NaCO的量：，補(bǔ)充0.47g，共需14.68g需的量：g⑦需Al的量：，又Al含32%~35%的水分，取33%得Al的量：100g玻璃所需配料配料石英粉AlNaCOKOHCaCOBaCONaSiF質(zhì)量（g）56.046.8539.612.8011.545.3812.45五、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)玻璃的熔制過(guò)程是將配合料經(jīng)過(guò)高溫加熱，配合料發(fā)生一系列物理的，化學(xué)的，物理化學(xué)的現(xiàn)象和反應(yīng)，最后使之成為符合要求的玻璃。這一過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，一般把玻璃熔制過(guò)程分為五個(gè)階段，即硅酸鹽形成、玻璃形成、澄清、均化和冷卻。由前面計(jì)算得：加料1000℃左右，澄清1339℃，成型1000℃左右。本次實(shí)驗(yàn)共制作2種顏色玻璃，分別加入MnO和CuO+Cr2O3為著色劑，然后比較2種玻璃的差異。六、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備①箱式電阻爐；②茂福爐（型號(hào)：SM-2.8-12）；③瓷坩堝若干、研缽；④其他物品，如坩堝鉗、石棉手套、氧化鋁粉、坩堝套、爐鏟、加料勺、攪拌棒、墨鏡、石棉板、成型模具等。七、實(shí)驗(yàn)步驟①烘烤電爐②預(yù)熱坩堝：將坩堝放入馬弗爐內(nèi)預(yù)熱。③加料：將溫度升到1000℃左右，向坩堝內(nèi)加入配料1/3左右。爐溫將有所下降。待溫度升到加料溫度保溫15min左右，再根據(jù)融化情況分次加料，直至加完為止。④融化和澄清：電爐在1000℃保溫15min后，以5~10