玻璃熔制的化学反应

      新闻发布时间:2015-8-14新闻浏览次数:1666新闻作者:锦泰特种玻璃

    玻璃熔制过程中的氧化还原反应主要是指变价元素的氧化还原反应。变价元素的氧化还原反应,第一,可产生玻璃的熔制过程中,常见之熔制颜色玻璃,变更价数常引起颜色的变化;助溶剂、澄清剂、晶核剂中的变价元素在熔体玻璃中的氧化程度与下述因素有关:配合料中氧化剂的种类和数量、炉气的性质、温度制得、玻璃成分等。第二,可产生于固体玻璃中,在一定的意义上它与改变价元素在熔制过程中进行怎样的氧化还原过程有关。在固体玻璃中的氧化还原反应常见于耐高温玻璃的制造中,它往往与下述因素有关:热处理制得、气氛性质、光量子能量、辐射线能量、玻璃成分等。
    在玻璃熔制过程中,以下变价元素Cu、Ag、Mn、Fe、U、Ce、Sn、V、As、Sb、Se、Cr易由一种价态转为另一价态,而且子同一玻璃中同一变价元素往往存在不同的氧化程度。而另一些变价元素如Co、Ni、Ti、Tl、Au、Bi、Mo、W往往是在特定条件下才改变价态(Co与Ni在玻璃中的价态不变)。
    当玻璃中存在一种低价的变价氧化物时,它与熔体中的氧相互作用而转为高价氧化物。任何元素的氧化过程和还原过程的一般化学式为:
    Men+△n/4O2 Me(n+△n)+△n/2O2-
    当玻璃中同时存在两种变价氧化物时,它们将如氧化剂与还原剂那样彼此相互作用。若根据高价氧化物的氧化能力的大小来排列,则部分变价元素有如下顺序:
    CrO3>Mn2O3>CeO2>V2O5>CuO>As2O5>Sb2O5>Fe2O3>SnO2
    处于前面的每个氧化物氧化后面呈低价态的氧化物,因而除SnO2外,所有上述氧化物都能把FeO氧化成Fe2O3。若根据低价氧化物的还原能力的大小来排列,则它们顺序与上述相反。
    SnO2>FeO>Sb2O2>As2O3>Cu2O>V2O3>CeO2>MnO>Cr2O3
    即上述每个氧化物都能把后一个呈高价态的氧化物还原成低价态的氧化物。
    从上述可以看出,CrO3是最强的氧化剂,而SnO2是最强的还原剂。实际上,上述的排列并不是绝对的,当玻璃成分与熔化温度有明显变化时,它们间的位置就可能改变。
    变价元素在固体玻璃中的氧化还原反应在制造特种玻璃产品中时有重要的作用。
    例如,可用来制造半导体玻璃、光色玻璃、感光玻璃、计量玻璃等。正如前述,只有当某些变价元素在熔制过程进行后保存某中价态才能获得这种具有特殊性能的玻璃。例如,在熔制后的玻璃中存在Mn2+时,当把这种玻璃在600℃空气中加入4h后,将发生如下反应:
    2Mn2++1/2O2=2Mn3++O2-
    此时,玻璃就具有半导体性质,因为在玻璃表层中间同时存在Mn3+和Mn2+,它能产生P-型电子电导。
    在铋-硼-铅-硅系统中,若组合使用As2O3能制成强腐蚀剂量玻璃,在强辐射剂量【2.58×(10~1015)C/kg】作用下发生如下反应。
    2Bi3++3As3++hv=3As5++Bi+E
    式中hv——光量子能;
    E——剩余能,以热和光的形式释放。
    因此,玻璃熔制过程中的氧化还原反应不仅改变玻璃液的性质,而且也影响固体玻璃的性质。

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