pt具有非常好的高温性能,1700℃以上的熔化温度,高温下不易被氧化、致密度高等优点,因此在生产高品质玻璃时只有使用pt才能避免其余材料由于高温玻璃侵蚀代入的杂质。但高温下该物质也会存在表面疏松、挥发和氧化的情况,因此使用pt坩埚生产的光学玻璃中不可避免的含有pt的成分。
一般来说pt在玻璃中出现,主要于高温有关,但在某些使用电极加热的池炉中,玻璃中的pt装置---鼓泡器、搅拌器等,也会出现瞬间电极反应,造成玻璃中大量细小的pt颗粒。下面就这两种情况分别加以说明。
一、高温产生的pt粒子
研究证明,pt在高温下的挥发损失大部分由pto2造成。pto2及pt的蒸汽压曲线见图1。
由图中可以看到,pt在空气中加热时,生成氧化物而使pt的损失大大增加,实验证明,在较低温度加热时,pt的表面看不出明显的变化。但实际上已生成一层非常薄的固态氧化膜,此氧化膜随温度的升高而增厚。继续加热到某个临界温度,对于pt来说,此温度大约是400~500℃,氧化物薄膜不再进一步增厚,而是完全消失了。也就是说,在此温度经历了一个相变过程--从固态pto2直接变成气态pto2,且随温度的升高,该转变更加剧烈,生成的pto2气体也越多。气态pto2的走向取决于pto2从金属表面逸出的自由度,换句话说,如果金属表面是敞开的,又有流动空气作为动力,那么,所生成的pto2就被驱散到空气中,而形成pto2的强力挥发。但如果加热的金属表面被耐火材料之类的东西所封闭,又没有流动的空气作为动力,pto2气体的平衡分压值将降低,狭小空间中的pto2就形成过饱和状态。此时,如果金属表面及耐火材料的温度仍在500℃以上,气态的pto2就不可能以固态pto2沉积下来(因为此时仍在其临界温度以上),而是离解成金属pt沉积下来,以使气相中的pto2达到平衡状态。在高温区沉积下来的金属,在下一个加热循环中又氧化并形成气态的pto2,可以用如下方程表示:
(1)沉积在玻璃表面的pt溶解在玻璃液中,如果玻璃中的pt溶液过饱和,pt则以金属的形式在玻璃中析出,形成有害的pt---“闪点”。由此,我们可以看到“闪点”出现,与pt坩埚的使用温度、气氛、表面保护以及pt在玻璃中的溶解度有关。
根据上述的分析,在“闪点”出现的几个重要环节加以控制,可以相当大的程度上减少玻璃中“闪点”的数量。
1、pt坩埚的使用和保护
通常在使用pt坩埚时,一般用两层耐火材料保护,外层使用的是烧结制品,内层用耐火材料填料充填。烧结制品主要的作用是为pt坩埚提供足够的强度,这类制品的烧结温度在1500~1650℃,在通常的光学玻璃玻璃熔炼、澄清温度远低于此,所以在高温下这类制品有很好的高温强度;填充材料一般使用的是al2o3和高温水泥(其主要成分也是al2o3、sio2配以少量的锂酸盐水泥做粘结剂)。从“闪点”产生的叙述中了解到,在高温下必须将pt坩埚与空气尽可能的隔离,因此在安装时必须将填充料很好的包裹pt,在修理时看到,pt坩埚没有被很好覆盖的,在填料与pt直接形成了一个空气层,由于填料内壁和坩埚之间存在温度差,可以在低温的一面看到有大量的pt颗粒凝结于此,由此也应证了方程(1)。