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稀土氧化鈰復(fù)合玻璃的研究進(jìn)展
內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院 邵明迪，李梅，張曉偉 2014/3/21 8:06:00
（接上頁(yè)）明度等缺點(diǎn)。于是早在19世紀(jì)末，國(guó)外已有人研究用氯化鈰[11]做玻璃脫色劑。氧化鈰具有許多優(yōu)點(diǎn)，其中一點(diǎn)是不像三氧化二砷那樣優(yōu)先對(duì)硒進(jìn)行氧化。因此，硒仍以零價(jià)狀態(tài)存在。
鈰硒混合一般都能獲得良好的脫色效果，但CeO2是強(qiáng)氧化劑，在玻璃熔制過(guò)程中它能把硒氧化轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)色的硒酸鹽，在退火(或烤花)過(guò)程中，特別在還原氣氛下，致使無(wú)色硒酸鹽分解形成紫色單質(zhì)硒(Na2SeO3+Na2O+Se+O2)，導(dǎo)致退火玻璃發(fā)生顏色變紫或紫色加深的現(xiàn)象。因此用鈰硒脫色必須嚴(yán)格控制熔制工藝和退火工藝制度，以防止或減小玻璃色擇的變化。在鈰硒混合脫色劑中加入少量的釹，可以減少硒的用量，并能防止鈰硒脫色在退火中顯紫的現(xiàn)象。除此之外，鈰釹鉺和鈰釹錳兩種組合也是脫色效果比較優(yōu)良的脫色劑，因其價(jià)格低廉，效果優(yōu)異而被廣泛研究使用。
2.3 氧化鈰對(duì)玻璃的澄清作用
玻璃液的澄清過(guò)程完善與否和配合料的組成、熔制制度、窯內(nèi)氣氛的組成與壓力，氣泡內(nèi)氣體的性質(zhì)，使用澄清劑等因素有關(guān)。其中，在配料中加入少量的澄清劑，可以十分有效的提升玻璃液的澄清效果。根據(jù)氧化鈰的澄清作用機(jī)理，將其歸結(jié)到變價(jià)氧化物類(lèi)澄清劑中，它的特點(diǎn)主要是通過(guò)在氧化過(guò)程中，化合價(jià)發(fā)生變化生成不同的產(chǎn)物，在此期間或者分解放出氧，然后在玻璃液中擴(kuò)散，滲入氣泡中使它們長(zhǎng)大而排除；或者在一定吸收或化合氣泡中的氣體，使氣泡減小到臨界泡徑以下而消失。
氧化鈰的澄清作用優(yōu)于白砒的澄清作用，并且使用氧化鈰有利于環(huán)境監(jiān)督管理，減少白砒對(duì)環(huán)境的污染。稀土玻璃澄清劑又是高溫澄清劑，很適合于中性玻璃的澄清與熔制。玻璃熔制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，稀土氧化物的加入改善了玻璃液的澄清效果，玻璃中沒(méi)有氣泡，使玻璃結(jié)構(gòu)緊湊。當(dāng)在制作過(guò)程中加入氧化鈰后，晶體顆粒更細(xì)小，組織更致密，性能有所改善．其作用機(jī)理是由于玻璃在熔化的澄清階段分解放出氧氣，將玻璃液中的小氣泡擴(kuò)大，逸出液面，氧化鈰本身則由高價(jià)的氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛢r(jià)態(tài)。氧化鈰高溫分解放出氧氣，具有澄清作用，在玻璃熔化過(guò)程中進(jìn)行下列化學(xué)反應(yīng)：
2Ce2O3+O2 4CeO2
2CeO2 Ce2O3+ [O]↑
在熔化過(guò)程中，氧化鈰不象三氧化二砷那樣需要對(duì)氣氛進(jìn)行特殊的控制。氧化鈰也不象硒、三氧化二砷和銻那樣易受窯溫波動(dòng)的影響。鈰的揮發(fā)性低得多，因此粉塵和廢氣損失較少。因此，上海玻璃廠李春苑[12]等人和輕工部玻璃搪瓷工業(yè)科學(xué)研究所的王敬軒[13]等課題組均用CeO2作為中性料的澄清劑生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成品率有所提高，成本有所降低，改善了對(duì)環(huán)境的污染，因此得到了大規(guī)模的工廠化制備生產(chǎn)。
2.4 氧化鈰對(duì)玻璃的防紫外線功能的影響
除以上功能以外，鈰是既能強(qiáng)烈吸收紫外線又能良好透過(guò)可見(jiàn)光的唯一元素，Ce4+在紫外區(qū)域的特性吸收為240 nm，Ce3+為314 nm。在含鈰的玻璃中，Ce3+的含量比Ce4+的含量高2-4倍，Ce4+能強(qiáng)烈地吸收紫外線，CeO2是強(qiáng)氧化劑，加到含鐵的鈉鈣硅玻璃中會(huì)對(duì)氧化鐵和氧化亞鐵的分配產(chǎn)生極大的影響。
趙洪力[14]等研究了不同氧化鈰添加量對(duì)紫外線透過(guò)率的影響，研究指出，加入氧化鈰的玻璃吸收紫外線的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通玻璃。賓夕法尼亞州立大學(xué)的JenRygel研究員和Carlo Pantano教授帶領(lǐng)的研究小組發(fā)現(xiàn)，在磷酸鹽玻璃中添加氧化鈰可使太陽(yáng)鏡、窗戶和太陽(yáng)能電池更有效地阻止紫外線，增加了耐輻射性。陳國(guó)榮[15]等研究了Ce3+，Tb3+，Pr3+摻雜的鍺酸鹽玻璃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Sn2+和Ce3+的添加促使玻璃的紫外截止波長(zhǎng)出現(xiàn)紅移現(xiàn)象，并且稀土離子的添加促使玻璃的抗輻射性能提高。其中，易發(fā)生變價(jià)的Ce3+抗輻射效應(yīng)最為明顯。張凡[16]等人發(fā)明了一種可以對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行有選擇性吸收的綠色玻璃，該玻璃的基本成分為SiO2-Al2O3-MgO2-CaO-Na2O-K2O-Fe2O3-FeO，當(dāng)加入CeO2約0.15~0.50%后，可見(jiàn)光透過(guò)率﹥70%，紫外透過(guò)率16%，太陽(yáng)透過(guò)率低于41%。不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)光譜中的紫外光譜的選擇性吸收，還由于配方構(gòu)成的獨(dú)特設(shè)計(jì)，比現(xiàn)有同類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本降低。
3. 氧化鈰在玻璃制造中的應(yīng)用前景和展望
本文總結(jié)了近幾年來(lái)氧化鈰在玻璃著色、脫色、澄清等方面的應(yīng)用發(fā)展近況，得出了氧化鈰由于其多價(jià)態(tài)及其價(jià)態(tài)配位易變的特性，使其在玻璃制造過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。雖然氧化鈰在玻璃中的應(yīng)用已經(jīng)取得了成熟的技術(shù)及長(zhǎng)足的進(jìn)展，但是，以氧化鈰為代表的稀土氧化物的制備及應(yīng)用研究依然是任重而道遠(yuǎn)，許多新奇的應(yīng)用領(lǐng)域還有待化學(xué)家去發(fā)掘。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 趙云才，肖漢寧．稀土氧化鈰對(duì)玻璃（未完，下一頁(yè)）
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