光学玻璃结石是如何形成的?

2015-03-30 admin1

 

    光学玻璃结石是出现于玻璃中的结晶夹杂物,结石同气泡、条纹一样都是光学玻璃必须克服的缺陷,结石的存在严重地影响光学玻璃的光学均匀性。结石的尺寸大小不一,有的呈针头状细点,有的可连片成块。其中包含的晶体有的用肉眼或放大镜即可发现,有的则需用偏光显微镜才能清楚地辨别。由于光学玻璃结石形成的来源十分复杂,形成的历史条件变化多端;因此,研究结石的成因及其检验时遵循的原理和方法,成为岩相学上令人注意的一个方面,由于岩相分析结果对判断结石来源和提出改善和防止的措施,产生了良好的促进作用,日前已成为控制生产的必要手段。

  结石有不同的类型,现按其产生原因叙述如下。

  1、炉料结石

  配合料中某些结晶组分没有很好溶解,即被带入到玻璃制品中间,为炉料结石。在很多情况下,以石英为常见。如果在一定制度下,料粉成分发生变化,尤其是碱性物质缺少时如不及时提高熔制温度,则二氧化硅就难以溶解,于是产生炉料结石。在一般情况下,石英未能完全溶解是同粉料混合不匀、石英粉料内出现较大颗粒或者同炉内温度降低、熔化产生分层、液流出现不正常等有关。个别粗粒石英的残留,则往往与筛网破损有关。料粉的飞扬使碱性物质损失也有可能造成石英难溶而形成料粉结石。不难看到,形成炉料结石的因素甚多,要从结石的检验中找出依据说明真正造成炉料结石的原因,还得依靠岩相学方法来解决。而在正常生产下严格控制工艺制度是避免产生料粉结石的重要条件。炉料石英颗粒过细或炉料中水分过多,使炉料结团,也有可能形成炉料结石。

  2、耐火材料结石

  在光学玻璃熔炼过程中,坩埚的底部和壁部不断地被玻璃液冲刷和侵蚀。由于陶瓷坩埚在制造时采用生料作为粘合剂,坩埚经高温烧结后,粘合荆的生料耐侵蚀较差。耐侵蚀性差的生料部分在高温时先被玻璃侵蚀溶解掉,致使坩埚表两层的一些熟料颗料成为“孤岛”状暴露在玻璃中,进而从坩埚上脱落,掉入玻璃液中成为结石。坩埚和搅拌器在机械作用下损坏落入玻璃中也会形成结石。除此以外,象炉顶砖、耐火拢或炉滴掉入玻璃中也形成结石:这些光学玻璃结石都是因耐火材料而产生的,因此通常称为耐火材料结石。

  耐火材料结石常常是由于坩埚等耐火材料的不良而造成的,如坩埚气孔率过大,烧结不好等使其抗侵蚀性能不好,另外采用了过高的熔化温度也容易造成耐火材料结石。因此提高坩埚的抗侵蚀性能,在不影响玻璃澄清均化情况下,尽量采用较低的化料温度和澄清温度以减少玻璃液对坩埚的侵蚀,可以有效地减少耐火材料结石的产生。此外对于熔炉也要经常检查维修,避免炉滴、炉顶砖、耐火泥掉入玻璃中。在一定温度下如果从已经形成的玻璃重新析出晶体,即成为析晶结石。这类光学玻璃结石的产生,通常与该玻璃的析晶倾向有密切的关系。

 

  玻璃中析晶结石的存在往往使玻璃产生迷漾白点或呈现具有明显结晶形态的产物。析晶结石特别容易发生在两相界面上,例如在玻璃液的表面上、气泡上、玻璃液与耐火材料接触的界面上。

  在析晶温度范围内,不同组成的玻璃液析晶的倾向,可以由它们的晶核形成速率与晶体生长速度曲线来表示。根据两者曲线在相应温度范围内的相交关系便可找出结晶倾向最大的温度范围。为了不让玻璃在这个温度范围内析晶,工艺上往往采取迅速冷却的办法,不使玻璃有充分时间进行成核和生长。

  对析晶倾向不大的玻璃成分来说,产生析晶结石的原因常常是由于控制温度不当而造成。但也很可能是由于玻璃液成分不均,在局部地方形成了析晶倾向强烈的玻璃。对于析晶倾向较大的玻璃来说,采用快速冷却来避免析晶当然是非常必要的,否则析晶结石就不可避免地产生。为了消除析晶结石,工艺上可以采取提高操作温度,使成型温度处于液化温度(析晶上限温度)之上;或者调整配方、稳定操作制度来达到预期目的。