在顯微鏡下對玻璃結(jié)石的研究

史小榮

（甘肅能源化工職業(yè)學院，甘肅 蘭州 730314）

0 前言

隨著人們生活水平的不斷提高、科學技術(shù)的不斷發(fā)展以及玻璃工藝的不斷改進，人們對玻璃的質(zhì)量和性能提出了更高的要求。鑒于此，改進玻璃生產(chǎn)工藝，提高玻璃質(zhì)量和性能是我國玻璃行業(yè)從業(yè)人員的首要任務。玻璃缺陷對玻璃的質(zhì)量有致命的影響。通過顯微鏡下觀察和判斷玻璃結(jié)石，找出結(jié)石的成因和位置，從而指導生產(chǎn)，減少結(jié)石的產(chǎn)生，提高玻璃質(zhì)量。

1 玻璃結(jié)石的主要來源

玻璃缺陷通常包括氣泡、玻筋、結(jié)石等，尤其是結(jié)石，它對玻璃的質(zhì)量和性能影響很大，是玻璃的主要缺陷。玻璃結(jié)石的來源主要有三種：一種是由原料形成的配合料中的粉料未完全熔化時而形成的結(jié)石，未完全熔化的配合料粉料冷卻后進入成型部留在液態(tài)玻璃中即成結(jié)石。第二種來源主要是砌筑玻璃池窯時用的耐火材料。由于高溫玻璃液在玻璃池窯內(nèi)并不是固定不動的，移動的玻璃液會侵蝕窯內(nèi)的耐火材料，特別是玻璃液面附近的耐火材料更容易被腐蝕，被腐蝕的耐火材料進入玻璃池窯中并形成結(jié)石。第三是在玻璃形成時，玻璃溶液中析出的結(jié)晶物質(zhì)的反玻璃化現(xiàn)象，使玻璃失去其清晰透明的性質(zhì)而形成的結(jié)石，我們稱之為析晶結(jié)石，又稱失透結(jié)石。

通過對玻璃結(jié)石來源的分析研究，查清玻璃結(jié)石的化學成分和礦物組成，確定了玻璃結(jié)石的成因和位置，我們就可以制定出相應的防止和預防產(chǎn)生玻璃結(jié)石的措施。

2 玻璃結(jié)石的檢驗方法

常見的玻璃結(jié)石檢測方法有常規(guī)的光學顯微鏡分析法、化學分析法、X射線物相分析法、電鏡結(jié)構(gòu)形態(tài)分析法等。而玻璃結(jié)石的光學顯微鏡分析法是最常見、快速、有效的方法。

研究礦物的光學顯微鏡主要有偏光顯微鏡和反光顯微鏡，。偏光顯微鏡主要用于系統(tǒng)地鑒定透明晶體。而反光顯微鏡主要用來研究不透明晶體對光的反射。玻璃中的結(jié)石主要是由原料中的礦物、耐火材料和玻璃液中析出的晶體組成，它們都是透明晶體。因此，我們主要用偏光顯微鏡來對玻璃中的結(jié)石進行研究。

2.1 肉眼手標本分析

為了用偏光顯微鏡來研究玻璃結(jié)石中的礦物，第一步應該在結(jié)石手標本的肉眼分析的基礎上粗略地確定玻璃結(jié)石的來源。我們可以用肉眼觀察結(jié)石的顏色、周圍環(huán)境、存在部位及外貌特點等。一般來說，粉料結(jié)石在玻璃中主要為未熔顆粒物形成的疙瘩，結(jié)石的周圍通常被乳白色包圍，由于結(jié)石的邊緣不斷被溶解而變圓，但容易形成以結(jié)石為中心的環(huán)形條紋或玻筋。有時在白色結(jié)石疙瘩周圍會聚集有較大氣泡。有時在放大鏡下可以看到乳白色的長橢圓形結(jié)石，就像水紋一樣，它們是由不溶性芒硝顆粒聚集而形成的芒硝泡結(jié)石。析晶結(jié)石通常也呈現(xiàn)乳白色，但是大部分都位于玻璃制品的表面。耐火材料結(jié)石由于組成不同，顏色和形狀也會有所不同，硅質(zhì)耐火材料結(jié)石，它們大多數(shù)表面的針狀結(jié)晶物質(zhì)是磷石英，且因為硅質(zhì)耐火材料含有鐵，所以結(jié)石通常是黃綠色的，并且伴有條紋和節(jié)瘤，經(jīng)常是水滴狀的；粘土質(zhì)耐火材料結(jié)石通常呈淺灰白色；莫來石形成的結(jié)石常呈青灰色和深棕色，常會伴有一些氣泡，肉眼可看見針狀結(jié)晶礦物。

肉眼手標本分析玻璃結(jié)石中的特征性結(jié)石，基本上是準確的，但肉眼鑒定一般只是作為進一步分析的參考。

2.2 單偏光鏡下的分析

在肉眼鑒定的基礎上，進一步根據(jù)玻璃的成分和結(jié)石的來源，就可以初步判斷出可能的結(jié)石礦物。然后用切割機將結(jié)石部位切割下來，先將一面用磨片機磨光，再用光學樹膠或者是加拿大樹膠將磨光的這一面粘在載玻片上，再磨另一面，磨至礦片厚約0.03毫米為止，在蓋玻片上涂上樹膠，蓋上蓋玻片，形成礦物薄片。這時，就可以把礦物薄片拿到顯微鏡下進行觀察。

圖1 礦物薄片的切面圖

抽出上偏光鏡，形成單偏光顯微鏡，在單偏光鏡下對礦物薄片進行整體的瀏覽，觀察結(jié)石和玻璃相的顏色、多色性、晶體的完善程度、各種不同晶體的形態(tài)、晶體的分布情況以及晶體的解理、等級、突起、折射率范圍等等，對于某些結(jié)石就可以鑒定出來。比如樹枝狀的磷石英，羽毛狀和羽扇狀的失透石，還有骨架狀的方石英等，粉紅色針狀礦物多為莫來石。對于結(jié)石薄片整個結(jié)構(gòu)的觀察，還可以確定某些結(jié)石的來源，如粉料結(jié)石一般聚集成團，析晶結(jié)石的礦物晶體相對分散，由耐火材料形成的結(jié)石，其周圍的玻璃相一般為綠色。

圖2 磷石英

圖3 方石英

2.3 正交鏡下的研究

在單偏光鏡的基礎上，把上偏光鏡推入，就可以與下偏光鏡形成正交偏光鏡。在正交偏光鏡下，我們可以觀察到結(jié)石礦物的干涉色、判斷出礦物的消光類型、測出消光角以及礦物的延性和雙晶等。有些結(jié)石礦物在單偏光鏡下具有相似的光學性質(zhì)，比如柱狀的硅灰石和透輝石，在單偏光鏡下，其特性非常接近，很難區(qū)分。此時，我們就需要借助正交偏光鏡來進一步確定。在正交顯微鏡下，硅灰石是平行消失的，而透輝石卻是斜消光的；硅灰石是負延性的，而透輝石是正延性的。

一般來說，玻璃中的結(jié)石礦物比較細小，很難看到礦物的干涉圖，而結(jié)石礦物的軸性和光性也很不容易測定。因此，在一般情況下，我們不需要確定結(jié)石礦物的軸性和光性。但對于個別礦物，當在單偏光鏡下的形態(tài)和光學性質(zhì)非常相似時，這時我們就需要確定它們的光學性質(zhì)和軸性來做區(qū)分。例如，表面已磷石英化的未熔石英顆粒，它與一種霞石在單偏光顯微鏡下都是無色的，表面有毛刺狀的細小針狀晶體，為負突起；在正交鏡下均呈1級灰干澀色，負延性。也就是說，它們的光學性質(zhì)、形態(tài)都非常相似，很難區(qū)分。此時，我們就需要分別測出它們的軸性、光性來區(qū)分它們，磷石英為二軸晶正光性，而霞石為一軸晶負光性。

圖4 透灰石

圖5 硅灰石

3 結(jié)語

根據(jù)肉眼鑒定，結(jié)合單偏光鏡和正交鏡下的分析，我們就可以基本上確定結(jié)石礦物的名稱。再結(jié)合玻璃生產(chǎn)過程中的具體情況，就可以提出對結(jié)石來源的分析意見，來調(diào)節(jié)和指導生產(chǎn)。

當然，隨著人們對玻璃性能和質(zhì)量的不斷深入研究，陸續(xù)出現(xiàn)了很多新的測試方法和測試儀器。比如，X射線法可以直接進行礦物巖相分析，測定出礦物組成，也可以對結(jié)石進行X射線能譜拍攝，進行對比，確定出結(jié)石礦物；電子探針可以進行小結(jié)石的微區(qū)化學成分分析；以及激光技術(shù)的應用，利用速度為60m/s的激光束掃描玻璃表面，就可以檢測出0.1mm的缺陷等等。無論采用哪種檢測方法，都對提高玻璃制品的質(zhì)量起到了很好的保障作用。