主要原料是指往玻璃中引入玻璃组成氧化物的原料, 如石英砂、方解石、长石、纯碱、硐酸、铅的化合物、钡的化合物等。按所引入的氧化物的性质,又分为酸性氧化物原料、碱金属氧化物原料、碱土金属和二价金属氧化物原料、多价元素氧化物原料。按所引入氧化物在玻璃结构中的作用,又分为玻璃形成体氧化物原料、中间体氧化物原料、网络外体氧化物原料。按来源可分为矿物原料(石英、长石、方解石、锥云母、锥辉石、萤石)、化工原料(纯碱、硐酸、碳酸钡、铅丹、硐砂、钻粉、硒粉)。
1、SiO₂原料
二氧化硅(SiO₂),相对分子质量60. 06 , 相对密度2.40 ~ 2.65。二氧化硅是重要的玻璃形成体氧化物,以硅氧四面体[Si0₄]的结构单元形成不规则的连续网络,成为玻璃的骨架。单纯的SiO₂可以在1800℃以上的高温下熔制成石英玻璃(SiO₂),它的熔点为1713℃,在钠钙硅酸盐玻璃中Si0₂能降低玻璃的热膨胀系数,提高玻璃的热震稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度、机械强度、黏度和透紫外光性能。当含量较高时,需要较高的熔化温度, 而且可能导致析晶。
2、B₂0₃原料
氧化硼B₂0₃, 相对分子质量69. 62, 相对密度1. 84。B₂O₃也是玻璃的形成氧化物,它以硼氧三角体[B0₃]和硐氧四面体[B0₄] 为结构单元,在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体共同组成结构网络。B₂O₃能降低玻璃的膨胀系数,提高玻璃的热稳定性和化学稳定性,增加玻璃的折射率,改善玻璃的光泽,提高玻璃的机械性能。
3、Al₂0₃原料
氧化铝AL₂O₃相对分子质量101. 96 , 相对密度3. 84。Al₂0₃属于中间体氧化物,当玻璃中Na₂0与Al₂0₃的摩尔比大于1时,形成铝氧四面体并与硅氧四面体组成连续的结构网。当Na₂0与Al₂0₃的摩尔比小于1时,则形成八面体,为网络外体而处于硅氧结构网的空穴中。Al₂0₃能降低玻璃的结晶倾向,提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率,减轻玻璃对耐火材料的侵蚀,并有助于氟化物的乳浊,Al₂0₃能提高玻璃的黏度。绝大多数玻璃都引入1.0%~3. 5% (质晕分数)的Al₂0₃ , 一般不超过8% ~ 10 %。在水位计玻璃和卤素灯玻璃等特种玻璃中,Al₂0₃的含量可达20%以上。
4、P₂O₅原料
P₂0₅是玻璃形成体氧化物,它以磷氧四面体[P0₄]形成磷酸盐玻璃的结构网络。P₂O₅能提高玻璃的色散系数和透过紫外线的能力,但会降低玻璃的化学稳定性,单纯的磷酸盐玻璃极易水解。P₂0₅用于制造光学玻璃和透紫外线玻璃。
5、Na₂0原料
氧化钠Na₂0, 相对分子质量62, 相对密度2.27。Na₂0是玻璃网络外体氧化物,Na⁺居于玻璃结构网络的空穴中。Na₂0能提供游离氧使玻璃结构中的O/Si比值增加,发生断键,因而可以降低玻璃的黏度,使玻璃易于熔解,它是玻璃助熔剂。Na₂0会增大玻璃的热膨胀系数,降低玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械强度,所以不能引入过多,一般不超过18%。
6、K₂O原料
氧化钾(K₂O),相对分子质量94. 2, 相对密度2.32。K₂0也是网络外体氧化物,它在玻璃中的作用与Na2O相似。K⁺的半径比Na⁺的大,钾玻璃的黏度比钠玻璃大,能降低玻璃的析晶倾向,增加玻璃的透明度和光泽等。K₂O常引入于高级器皿玻璃、晶质玻璃、光学玻璃和技术玻璃中。由于钾玻璃有较低的表面张力,硬化速度较慢,操作范围较长,在压制有花纹的玻璃制品中,也常引入K₂0。
7、Li₂O原料
氧化锂Li₂O, 相对分子质量29. 9, 也是网络外体氧化物。它在玻璃中的作用比Na₂0 和K₂0特殊。当O/Si比较小时,主要为断键作用,助熔作用强烈,是强助熔剂。锥的离子半径小于钠、钾的离子半径,当O/Si比大时,主要为积聚作用。Ii₂0代替Na₂0或K₂0使玻璃的膨胀系数降低,结晶倾向变小,大量Li₂O又使结晶倾向增加。在一般玻璃中,引入0.1%~0.5%Li₂O, 可以降低玻璃的熔制温度,提高玻璃的产量和质量。
8、CaO原料
氧化钙(CaO), 相对分子质量56. 08 , 相对密度3. 2~3. 4。CaO是二价碱土金属氧化物,它是网络外体氧化物,在玻璃中的主要作用是稳定剂,即增加玻璃的化学稳定性和机械强度。但含量较高时, 能使玻璃的结晶倾向增大, 而且易使玻璃发脆。 在一般玻璃中CaO含量≤12.5 %。
9、MgO原料
氧化镁MgO, 相对分子质量40. 32。MgO在钠钙硅酸盐玻璃中是网络外体氧化物。玻璃中以3.5 %以下的MgO代替部分CaO, 可以使玻璃的硬化速度变慢,改善玻璃的成形性能。MgO还能降低结晶倾向和结晶速度, 增加玻璃的高温黏度, 提高玻璃的化学稳定性和机械强度。但含镁玻璃极易产生玻璃脱片,因此在保温瓶玻璃和中性玻璃中慎用。
10、BaO 原料
氧化钡(BaO) , 相对分子质量153. 4, 相对密度5.7。BaO也是二价的网络外体氧化物。它能增加玻璃的折射率、密度、光泽和化学稳定性,少量的BaO (0. 5%)能加速玻璃的熔化,但含量过多时,由于产生2Ba0 + 0₂ = 2Ba0₂ 反应,会使澄清出现二次气泡。含BaO 玻璃吸收辐射线的能力较大,但对耐火材料侵蚀较严重。BaO常用于高级器皿玻璃、化学仪器、光学玻璃、防辐射玻璃等品种。瓶罐玻璃中也常加入0.5%~1.0%的BaSO₄作为助熔剂和澄清剂。
11、ZnO原料
氧化锌ZnO,相对分子质量81.4,相对密度5. 6。一般情况下,ZnO以锌氧八面体[Zn0₆]作为网络外体氧化物,当玻璃中的游离氧足够时,可以形成锌氧四面体[Zn0₄]而进入玻璃的结构网络,使玻璃的结构更趋稳定。ZnO能降低玻璃的热膨胀系数,提高玻璃的化学稳定性和热稳定性及折射率。在氟乳浊玻璃中,ZnO能通过增大玻璃体与分相物质的折射率差提高乳白度和光泽性。在硒镐着色的玻璃中,ZnO能吸收硒和硫的挥发,并有利于玻璃着色。在铅玻璃中加入2%~5% 的ZnO,可以消除其主要缺陷(条纹)。一般玻璃中含ZnO不超过5%~ 6 % , 用量过多时会使玻璃易于析晶。含ZnO玻璃的表面性质会发生变化,而不易吸附某些物质, 因此可以用来制造不附着药粉的粉剂瓶和显微镜载玻片、盖玻片。
12、PbO原料
氧化铅PbO, 相对分子质量223. 0, 相对密度9. 3 - 9. 5。PbO在一般情况下为网络外体氧化物,当PbO含量高时,Pb²⁺容易极化变形,或降低其配位数而居于玻璃的结构网中。PbO能增加玻璃的密度,提高玻璃的折射率,使玻璃具有特殊的光泽,良好的电性能。铅玻璃的高温黏度小,熔制温度低,易于澄清。铅玻璃的硬度小,便于研磨抛光。在熔制时,必须在氧化条件下进行,否则PbO容易还原变为金属铅,使玻璃发黑或变灰,而且金属铅沉积在玵涡底部易使玵涡穿孔,为此,在配合料中必须加入一定量的硝酸盐原料作为氧化剂。铅玻璃对耐火材料的侵蚀比较严重,需要高质量的耐火材料。铅玻璃的化学稳定性较差,但吸收辐射线的能力很强。
13、BeO原料
氧化破(BeO),相对分子质量25. 01 , 当游离氧足够时,能以被氧四面体[ BeO₄ ]参加结构网络。[ Be0₄]带有电荷,彼此不能直接连接。BeO能显著地降低玻璃的热膨胀系数,提高热稳定性、化学稳定性,增加X射线和紫外线的透过率,并能提高玻璃折射率和硬度。BeO用于制造照明技术玻璃、X射线管透射窗、透紫外线玻璃等。
14、Sr0原料
氧化锯(Sr0) , 相对分子质量103. 63 ,它是网络外体氧化物,对于玻璃的作用介于CaO和BaO之间。SrO能吸收X射线,主要用于制造电视显像管的玻屏原料。
15、CdO原料
氧化镉CdO,相对分子质量128. 41。CdO能增加玻璃中La₂0₃ 、ThO₂的含量,提高玻璃的折射率,并使玻璃易熔,主要用于生产高折射低色散的光学玻璃、红橙黄基础玻璃。
16、GeO₂原料
二氧化锗(Ge0₂ ) ,相对分子质量104. 6, 外观为白色粉末,它是玻璃形成体氧化物,以锗氧四面体[GeO₄]为结构单元。Ge0₂能提高玻璃的折射率、色散、密度。锗酸盐玻璃比硅酸盐玻璃的熔融温度低、化学稳定性差。以GeO₂代替SiO₂可以提高玻璃的低温黏度,但降低高温黏度。Ge0₂ 主要用于制造高折射率的光学玻璃。
17、TiO₂原料
二氧化钛(Ti0₂ ),相对分子质量79. 9, 它是中间体氧化物。在硅酸盐玻璃中,一部分Ti0₂以钦氧四面体[Ti0₄]进入结构网中,一部分以[ Ti0₆ ]八面体处于结构之外。Ti0₂可以提高玻璃的折射率和化学稳定性,增加吸收X射线和紫外线的能力。在含有AL₂O₃、B₂O₃、MgO的硅酸盐玻璃中,Ti0₂在低温时容易失透。Ti0₂用以制造高折射率的光学玻璃、吸收X射线和紫外线的防护玻璃、作为铝硅酸盐微晶玻璃的晶核剂。
18、Zr0₂原料
二氧化锆(Zr0₂ ),相对分子质量123. 22 , 它是中间体氧化物。ZrO₂能提高玻璃的黏度、硬度、弹性、折射率、化学稳定性,降低玻璃的热膨胀系数。含Zr0₂的玻璃比较难熔解,含量超过5%时易析晶。Zi0₂可用于制造化学稳定性和热稳定性良好的玻璃,特别是耐碱的玻璃,以及高折射率的光学玻璃,也可作微晶玻璃的晶核剂和优质耐火材料的原料。