各种玻璃的制备方法

各种玻璃的制备方法

摘要：玻璃的制备工艺多种多样，而用溶胶-凝胶法制备玻璃是近年来兴起的新工艺，本文简单介绍了利用溶胶-凝胶法制备微晶玻璃、水玻璃的状况。

关键词：溶胶凝胶；微晶玻璃；水玻璃；新型；

0 前言

玻璃是一种经过高温熔融得到的非晶态固体材料，具无规则结构的非晶态无机物，原子排列近似液体，近程有序，形状又象固体那样保持一定的形状。通常可按照生产工艺、成分和性能进行分类，具有各向同性、亚稳性、无固定熔点、可逆渐变性和连续性的特性。

玻璃的制备方法多种多样，根据不同的方法可分别从固态、气态、液态进行制备[1]。气态：气体辉光放电法、电解沉积法、溅射法、化学气相沉积法、物理气相沉积法；液态：急冷法（熔融冷却法）；固态：粉末冶金法。这些方法都是较为传统的制备方法。随着制备技术的不断研究和发展，一些新的制备技术不断被应用于制备玻璃。如：辐照法、悬浮熔炼技术、溶胶-凝胶法、落管技术、粒子注入法、冲击波法、低熔点氧化物包裹法等。其中急冷法又可以细化出几种：喷枪法、锤砧法、离心法、压延法、单辊法、熔体沾出法和融滴法。

溶胶-凝胶合成法是在20世纪60年代中期作为制备玻璃、陶瓷材料的一种工艺发展起来的、在低温或温和条件下合成无机化合物和无机材料的重要方法。溶胶是指微粒尺寸介于1-100nm之间的固体质点分散于介质中所形成的多相体系;凝胶则是溶胶通过凝胶化作用(gelation)转变而成的、含有亚微米孔和聚合链的相互连接的坚实的网络，是一种无流动性的半刚性(semi-rigid)的固相体系。

1 特点

溶胶-凝胶法的优点：①通过溶液混合，易获得需要的均相多组分体系；②可大幅降低制备温度，在较温和的条件下合成出陶瓷、玻璃、纳米复合材料等功能材料；③可制备高纯或超纯物质，且可避免在高温下对反应容器的污染等问题；④溶胶或凝胶的流变性质有利于某种技术如喷射、旋涂、浸拉、浸渍等的实现。该制备方法存在的不足：①原料(金属醇盐)价格昂贵，醇的回收使技术和设备投资增加，且有机物危害健康，工业化生产有一定难度；

②整个溶胶-凝胶过程通常需几天或几周的时间，时间较长；③凝胶中存在大量微孔，干燥过程中会逸出许多气体和有机物，干燥收缩大。

2微晶玻璃的制备[2]

溶胶-凝胶法制备玻璃和制备薄膜、超细粉体的部分原理与技术相同或相似。即先由金属与醇类反应，醇氧化物分子中的有机基团与金属离子通过氧原子键合得到金属的醇氧化物[3]。醇氧化物一方面可溶于相似的醇溶剂中，另一方面当加入水时，醇氧化物与水作用形成X-OH基团和醇，最终形成X(OR)n中间物，通过中间物的水解，则可以制得均匀的X(OH)n

溶胶悬浮体，调节溶胶的酸度或碱度可引起两个X-OH 键间的脱水反应，进而形成凝胶，经过干燥、煅烧后即得玻璃。有时采用水做溶剂，会由于溶剂的表面张力，在干燥的过程中收缩而产生龟裂、甚至破碎。因此，人们逐渐采用有机溶剂来代替水来降低表面张力。

采用溶胶-凝胶法制备块（棒）状玻璃、玻璃纤维流程如下：

3 原位析晶法

由于具有在分子水平上均匀混合的特点，原位析晶法将凝胶直接进行析晶热处理，而不一定必须转变成玻璃后再析晶，这样很容易得到热力学稳定态的结晶相，这是这种方法的主要特点。这也同时克服了以往功能晶相含量低的缺陷。粉末烧结法可以解决功能相含量高而不易得到块状材料的问题。铁电复相微晶玻璃、铁磁复相微晶玻璃、氧化物半导体复相微晶玻璃等都可用该方法制备。然而它对玻璃相的组成和性能要求较苛刻，不易选择适合与功能相匹配的玻璃组成。

4 通过外界扩散引入反应析晶法

利用凝胶结构的多孔性，将外界组分在一定条件下引入孔内与凝胶中活性组元反应，形成金属或化合物纳米晶或微米晶-玻璃复相结构。金属单质-玻璃、化合物半导体-玻璃等复相微晶玻璃都是用这种方法获得的。用该法将PZT 微晶玻璃在硫化氢气体中处理得到铁电-硫化铅半导体纳米晶复相材料具有异常高的介电常数。

5 液相包覆法

该方法是将制备好的功能相微粉用可形成玻璃相的先体溶胶进行包覆，然后进行陶瓷工艺的制备过程，从而获得复相微晶玻璃结构。这种方法克服了传统的玻璃粉和陶瓷粉机械混合法的缺陷，在原位析晶法不易得到纯净晶相时，仍有一定的优势。其缺点是制备陶瓷微粉，尤其是纳米微粉较困难。 6 利用废线路板制备水玻璃的方法

该水玻璃的制备方法，涉及利用废弃线路板制备水玻璃的方法，制备方法能耗低，操作简便，具体为：a.废线路板中非金属材料粉末2份、碱1.4～2份和水

76～86份反应得到悬浮溶液；所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾；b.步骤a 制得的悬浮溶液放入加压反应釜内，通水蒸汽加热到160～175℃，压力控制在0.6～0.8MPa ，反应8～12h 后冷却至常温；c.步骤b 制得的反应液过滤掉不溶物后，浓缩即得水玻璃。本发明方法有效的将废线路板非金属材料中环氧树脂与玻璃纤维分离开来，玻璃纤维用于制作水玻璃，为废线路板的再资源化提供了新的解决途径，减少固体废物的丢弃量，达到保护环境的目的。

H 2O 、HCl

室温加入C 2H 5OH

Si(OC 2H 5) 4 60℃放置—块状凝胶—缓慢加热到500℃—SiO 2块（棒） 状玻璃 80℃放置—黏稠溶液—室温抽丝—凝胶纤维—400~800℃ 加热—SiO 2纤维

7 由硅胶常压制备液体水玻璃的方法

一种由硅胶常压制备液体水玻璃的方法属于无机化学工业中的硅酸钠生产技术领域，涉及一种由硅胶常压制备液体水玻璃的方法，本发明所述的方法为：a.工业液体烧碱加入反应罐，加热，搅拌；b.待液体烧碱温度升至70℃-80℃时，均衡加入湿硅胶；c.继续加热，将温度保持在76℃-112℃，液体烧碱与湿硅胶发生反应；d.反应至硅胶全部溶解后，得半透明状液态物质，将液态物质浓缩、冷却即得成品。本发明工艺简单，能耗低，成本低，更具意义的是它开辟了一条非常好的磷肥厂副产物废渣硅胶的利用途径。

8 悬浮法合成水玻璃改性酚醛树脂的方法

该发涉及一种悬浮法合成水玻璃改性酚醛树脂复合材料的方法。其特征在于，它包括如下步骤：1)原料的选取：各原料的重量份配比是：水20-250，苯酚90-160，甲醛溶液60-120，六次甲基四胺15-35，阿拉伯树胶粉3-10，氢氧化铝粉末2-8，水玻璃1-150；2)取水总重量0-60％的水与苯酚、甲醛溶液加入到搅拌着的反应容器中，加入酸溶液调节pH值至2-5；3)向反应容器内加入部分阿拉伯树胶粉和部分六次甲基四胺，随后加入水玻璃，将剩余的阿拉伯树胶粉、氢氧化铝粉末和经步骤2)后水的余量的50％水混合均匀，加入反应容器中；将剩余的六次甲基四胺溶解于剩余水中并加入到反应容器内；4)洗涤、过滤、干燥，即得到水玻璃改性酚醛树脂。该方法合成的产品具有高分子量、高耐热性和高温稳定性。

9 煤矸石制取水玻璃的方法

该发涉及一种煤矸石制取水玻璃的方法，为解决现有煤矸石的资源化利用问题，为社会提供有用的水玻璃产品，其是先将煤矸石投入沸腾炉中烧结，再将所得70-130重量份的煤矸石粉与200-300重量份的盐酸在搪瓷釜中进行酸浸，所得产物液渣分离后制得氯化铝母液和固体渣，所得固体渣100重量份中加入40-60重量份的10-12％的液体烧碱和40-60重量份的水，搅拌下在80-105℃反应0.5-1小时，所得产物用板框过滤机过滤除渣后制得。煤矸石粉的细度为60-80目，盐酸的浓度为25-36％，烧结温度为750±50℃。煤矸石为石炭二叠纪煤矸石。其具有简便易行，原料利用率高，工艺成本低，可操作性强的优点。

10 铸造用水玻璃化学改性剂及其制备方法和用途

本发明提供了一种铸造用水玻璃化学改性剂和制备方法，其组成物中包含水玻璃相对质量的0.1％-1％羧甲基纤维素钠、0.1％-1％聚乙烯烷基醇醚、0.1％-1％聚丙烯酰胺、0.1％-1％糊精。在此基础上，还可另外包含1％-8％磷酸氢二钾、0.1％-1％十二烷基硫酸钠(或烷基磺酸钠)及1％-6％纳米蒙脱土。制备方法是：将有机组成物溶于水中，加热搅拌，冷却得到有机复合改性剂；将有机复合改性剂，按一定质量比加入水玻璃中，加热搅拌，冷却获

11 硅渣制备水玻璃及偏硅酸钠的方法

一种硅渣制备水玻璃及偏硅酸钠的方法，以硅渣为原料与氢氧化钠在100℃左右温度下反应，加入溶剂生成水玻璃，经过过滤、浓缩得到成品水玻璃和偏硅酸钠。本发明的技术效果是：充分利用氧氯化锆生产中产生的废弃物制成常用的化工产品，工艺过程易控制，能耗低，实用性强，解决化工废物的排放，变废为宝，有利于环保。