玻璃中气泡消除方法探究
气泡是玻璃中的常见缺陷,其产生的原因很多,有熔化能力不足,温度不够造成的,有澄清不良消除不掉的,也有耐火材料产生的,还有成型时供料操作不当带来的。
气泡的产生及消除过程
玻璃窑炉是座燃煤蓄热室马蹄焰池炉(本文主要讨论该种窑炉)。在设计上采用小动量比,倾斜底板小炉结构,深澄清池,倾斜上升式流液洞与上升料道,无工作池,该窑炉冷修改造后生产高白料玻璃瓶,投产后发现制品上带有气泡,有圆形的,椭圆形的和表面薄皮气泡,数量0个23/!左右,严重影响产品外观质量。起初,我们按排出法的思路采取措施:提高熔化温度,降低熔化率,将火焰空间辐射温度逐步提高,出料量也降低,结果气泡数量增加到523/!,直径增大薄皮气泡增多;提高配合料气体率,加大澄清剂用量,气体率提高,但气泡并未减少;加大助熔剂的引入量,仍无明显效果。面对制品上越来越多的气泡,我们意识到“吸收法”的思路才可能是正确的。于是,将熔化温度降低后气泡数量减少。后又降到0个23/!,接着改进加料机实现薄层裹入式加料,继续降低熔化温度,出料量控制合适,气泡数量稳定,直径减小。
玻璃熔制工艺中气泡消除机理
熔制过程是一个复杂的物理化学反应过程,包含硅酸盐形成阶段,玻璃形成阶段,澄清均化阶段,其中澄清阶段是气泡消除的过程。在这一过程中随温度升高玻璃液粘度降低,气泡中的气体,窑内气体与玻璃液中物理溶解和化学结合的气体之间建立平衡,再使可见气泡漂浮于玻璃液面加以消除。在澄清过程中可见气泡的消除按下列两种方式进行:
1、气泡体积增大加速上升,漂浮出玻璃表面后破裂消失。
2、小气泡中的气体组份溶解于玻璃液中,气泡被吸收而消失。
气泡的大小和玻璃液的粘度是气泡能否漂浮的决定因素。根据斯托克斯定律,气泡的上升速度与气泡的半径平方成正比,而与玻璃液粘度成反比。
根据高白料玻璃的成分计算玻璃液在不同温度下的粘度,并与一翠绿玻璃配方相比较。以澄清位置的玻璃液温度,气泡上浮距离计算不同直径气泡的上浮时间。
提高熔化温度可增加直径0.2mm以上气泡的上浮速度,减少上浮所需要时间,但对直径在0.2mm以下的气泡则很难通过上浮而消除,必须通过对温度进行调节使小气泡在玻璃液中被吸收而消除。
在玻璃液降温过程中,由于气体变冷,气体压力不变的情况下气泡将变小。由于玻璃表面张力的原因,气泡内压力因半径的减小而增大,降温时,玻璃液中气体的饱和压力低于气泡内气体的压力,气泡内的气体释散到玻璃液中。由于放出了气体,气泡半径又减小,玻璃液表面张力使气泡内压力进一步增高,直到气泡完全被玻璃液所吸收。
玻璃液在澄清过程中,大气泡排出与小气泡吸收这两个阶段是必不可少的,前者要求必要的温度和持续时间,后者需要一定的温降梯度,如果这些条件有一项达不到就会使制品带上气泡。
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