玻璃主要用于：（1）化學工業，如器皿、瓶瓶罐罐等； (2)光學； (3)建筑，如門窗玻璃、外墻裝飾玻璃。 雖然玻璃和硬質合金的用途完全不同，但玻璃工業中使用的碳石墨制品和硬質合金冶煉中使用的碳石墨制品有許多共同的特點，故在此分類。

如前所述，碳石墨材料具有良好的自潤滑性能、熱穩定性、耐磨性、化學穩定性和易加工性，因此可以在高低溫、酸、堿、油、空氣或水等環境中使用。介質中的抗磨材料，已廣泛應用于機械、化工等部門。

碳石墨制品與機械等行業一樣，也廣泛應用于玻璃行業。 下面對它們進行分類和描述。

9.6.1普通玻璃工業用碳石墨制品

據英國、德國等國資料顯示，碳石墨材料可作為玻璃生產中吹制、澆注、壓制、拉伸等成型工藝的各種工具和模型，如卷軸和套管、熔煉坩堝、襯里等。插件和成型模具等。而且，很多常見的形狀已經標準化。

目前，我國部分玻璃生產企業已開始使用碳石墨材料。 特別是在高溫下工作、需要潤滑油的零件，則采用碳石墨制品代替金屬。 使用過程中無需潤滑油，維護保養十分方便。 例如，用于生產平板玻璃的平輻條和轉向輻條軸承、隧道窯碳石墨軸承可用于銅套、拉邊機的輻條頭等。

(1) 平面拉拔滾動石墨軸承。 玻璃制造廠成品車間的扁平輻條將成型的平板玻璃向前拉動，以便將其切割成所需的尺寸。 該設備有7個這樣的滾筒。 輻條的兩端各有一個軸承。 規格為φ/φ，轉速20r/min，工作溫度180℃左右，回轉軸材質為耐熱鋼。 目前采用碳石墨材料（如M254等）制造軸承，使用壽命1年左右，且不需要潤滑油。 使用效果好，操作維護非常方便。

(2) 轉向輻條石墨軸承。 成品車間的轉向輪輻是設備的關鍵部件之一。 其作用是將半凝固玻璃液從爐底拉上來，然后翻轉90度。 運輸方向向前。 軸承有冷卻系統，采用冷卻水冷卻。 因此，轉向輻條一端的軸承也具有密封功能。 事實證明，采用填料密封時，泄漏嚴重，經常流水，嚴重影響作業環境衛生，維護十分麻煩。 在改用碳石墨軸承的早期，嘗試過未浸漬的電化學石墨材料。 由于這種材料孔隙率較大（約20%~30%），不耐磨，密封效果差，仍有大量泄漏。 同時，它在組裝時很脆弱。 后來采用了浸漬巴氏合金的石墨材料，效果很好，基本無泄漏，磨損很少，用戶單位非常滿意。

(3)玻璃工業中的碳質耐火材料。 此外，碳質耐火材料也用于玻璃工業。 碳不被熔融玻璃潤濕，在玻璃上不留下斑點或劃痕，抗熱震性強，不需要潤滑劑，易于機械加工。 石墨制品種類繁多，在玻璃工業中有多種用途。 可用作石墨輪、玻璃板滾道、滑板、玻璃纖維導軌和輻條輪以及玻璃容器的成型材料。

9.6.2石英玻璃行業用碳石墨制品

在石英玻璃的生產過程中，特別是采用電熔法生產透明石英玻璃時，廣泛使用石墨坩堝、石墨加熱元件、石墨絕緣套等。 玻璃、石英工業用石墨制品如圖9-34所示。 生產不透明石英玻璃時，常采用單棒法，即采用石墨棒（包括圓棒和U型棒），通電加熱，將石英砂熔化成石英玻璃。 在氣煉石英玻璃的生產中，也使用石墨材料來制作支撐板。 在“氣煉槽沉入法”中，必須將經過一次氣煉的石英塊放入涂有煅燒燒結層的石墨箱中。 箱體用石墨塊加壓，放入高頻爐或電阻爐中加熱。 溫度直至塊體熔化并沉平，然后切斷電源，冷卻并退火。 這樣，可以將細長的石英塊壓制成大直徑的光學石英玻璃（也可以壓制成特殊形狀），并且可以減少氣精玻璃的顆粒。 不均勻、可見，石墨已成為石英玻璃生產過程中不可缺少的材料。

9.6.2.1真空常壓法生產透明石英玻璃

是將經過純凈處理的天然水晶塊（粒徑5~25mm）裝入石墨坩堝中，在真空電阻爐（每爐15~）中快速熔化，直接控制成透明石英玻璃管的方法。

石墨坩堝一般為圓筒型，既是容器，又是加熱元件，如圖9-35中的4所示。 為了便于消除氣泡，爐子的保溫結構和石墨坩堝的形狀應符合下部高溫、上部低溫的原則。

9.6.2.2 真空加壓法生產石英玻璃

它將細粉碎的原料真空熔化，然后充入高壓氣體，然后對管內放氣，從而拉制管或制造紅外光學石英玻璃。 目前，真空加壓法拉管所用的石墨充氣機一般采用兩端壁較薄、中間壁較厚的圓柱形梭形坩堝。 選擇這種錐形形狀的主要原因是為了減小充氣機加熱元件的縱向溫差。 由于縱向溫差的存在，芯棒周圍的料層脫氧不完全。 由于局部材料層中的玻璃已經熔化并下沉，因此在芯棒周圍的材料層中形成氣泡。 即使延遲脫氣時間，氣泡也無法排出。

石墨坩堝加熱元件的幾何尺寸不同。 以帶外徑的坩堝為例，其外觀及尺寸如圖9-36所示。

上述兩種石墨發熱體，要求所用石墨材料純度高，并經過石墨化處理。 如果未石墨化，則必須在高溫下燃燒后才能使用。

在真空加熱法拉管爐中，保溫結構分為固定保溫和活動保溫兩種。 固定絕緣采用石墨圓套，絕緣套尺寸根據坩堝直徑確定。 采用石墨筒的固定保溫方式具有很多優點：熔化效果重現性好、爐體處于熱狀態、可以省電、操作方便、車間環境好。

采用真空加壓法熔化光學石英玻璃時，采用間接加熱方式，即在石墨加熱體中安裝裝有材料的石墨盒，石墨盒內壁鍍有鎢燒結層。層。

目前，采用石墨坩堝作為加熱元件生產透明石英玻璃成本較高的主要原因是石墨蠕蟲加熱元件消耗量大。 由于目前有些廠家采用煉鋼用石墨電極材料來加工螺旋加熱元件，而這種材料的顆粒尺寸較大，電極本身的孔隙率較大，因此在高溫下在空氣中的氧化速度較快，添加二氧化碳硅電極和石墨電極的線膨脹系數不同，影響石墨坩堝的使用壽命。 為了延長石墨坩堝的使用壽命，降低生產成本，應采取以下措施：

(1)選用細粒高純石墨制品。 雖然投資會比使用煉鋼電極材料高，但這種材料抗氧化能力強，使用壽命長，不利于提高產品質量、減少產量。 成本仍然有好處。

(2)拉管后，使用過的石墨坩堝應立即在真空下高溫煅燒。 煅燒溫度應超過熔化溫度。 碳化硅層基本上可以通過高溫鍛燒去除。

(3)拉管時不能打開上爐蓋，防止蟲孔氧化。

(4)為了不影響下一爐的生產，必須將燒紅的坩堝取出，放入特制的密封石墨套內，防止其與空氣接觸，防止高溫下氧化。

(5)為了增加使用次數，坩堝壁可適當加厚。 坩堝發生器的上下形狀可加工成對稱，并可雙向倒置使用。

9.6.2.3 不透明石英玻璃的生產方法

此類方法有多種，有單桿法、多桿法、圓弧法、離心法、蝸桿增大法等，其中以單桿法最為成熟，應用廣泛。

單棒法是利用石墨棒（包括圓棒和U型棒）通過通電加熱將石英砂熔制成石英玻璃的工藝。 用于熔化不透明石英玻璃的單棒電阻爐是由鐵板制成的圓柱形爐體，中間有一根可以自由旋轉的橫軸。 其結構如圖9-37所示。 U型棒電阻爐的結構如圖9-37所示。 如圖9-38所示。

用于熔化不透明石英玻璃的電阻爐，使用石墨棒作為電阻加熱元件。 通電后，石墨棒發熱體的溫度迅速上升。 當溫度升高到以上時，加熱元件周圍的硅砂層開始熔化形成石英玻璃。 同時，二氧化硅和加熱元件開始反應。 主要反應如下：

SiO2（液相）+3C（固相）=SiC（固相）+2C0↑（氣相）

由于上述反應，在石墨棒的外表面接觸熔融材料的地方形成致密的碳化硅層，并且看起來被填充。 在其他氣體的空腔中，溫度越高，熔化時間越長，反應越強烈。 碳化硅和空腔的形成有利于熔化完成后將石墨發熱體從熔料中拉出。 熔化產生的不透明石英玻璃需要成型才能得到所需的產品。 要將即將在熔爐中熔化的石英玻璃塊成型，首先將石墨加熱棒拔出，然后將其夾緊并放入模具中吹或壓成所需的形狀。 成型模具為二開式，一般采用鑄鐵制成，但對于數量較少的小型制品，也可用石墨制成或可在大模型中設置所需形狀的小石墨模型。

所謂電爐熔化法，就是將熔融物放入旋轉的容器中，利用石墨電極之間的電弧來加熱熔融的石英玻璃。 過去，制造商使用電解釔碳棒來制造這種類型的電極。 由于純度和密度不夠，該類電極的使用壽命較短。 石英玻璃生產廠家希望獲得具有一定體積密度、電阻率、硬度、強度、燃燒速度低、電弧穩定的石墨棒作為電極。 為此，世界各地的碳制造商正在進行大量的研究工作。

據報道，一些電碳制造商首先在石墨電極上涂覆金屬硅或硅化合物，以穩定電極電弧。 當電極之間產生電弧時，電極上的硅元素由于電弧的高溫而開始蒸發，引起電離。 離子在電極之間形成電弧路徑，從而產生極其穩定的電弧。 同時，部分硅元素被氧化混入作為原料的熔融石英中，可以使熔融狀態均化，得到高純度的石英制品。

該高純度石英玻璃電弧熔化電極可以通過以下方法制造。

(1)在經氯氣、四氯化碳或二氟二氯甲烷脫灰的石墨粉中，加入所需量的金屬硅粉或硅化合物粉，用粘結劑成型，然后放入無氧化爐中燒結。在中性氣氛下，可得到高純石英玻璃電弧熔煉含有金屬硅或硅化物的石墨電極。

(2)將經過氯氣、四氯化碳或二氟二氯甲烷氣體脫灰的石墨電極浸泡在含有硅粉或硅化合物粉的混合液中或在真空條件下，以防止硅或硅化合物浸入石墨中待電極滲出后，可將其表面逐漸加熱干燥，即可得到高純度的石英玻璃電弧熔電極。

(3)在經過氯氣、四氯化碳或二氟二氯甲烷等氣體脫灰的石墨電極上，將以有機物為粘結劑的硅粉或硅化合物粉末涂在石墨電極上，然后經過干燥后，得到電極對于高純石英玻璃可采用電場強度熔煉制得。 后兩種方法也可以在石英玻璃制造廠進行。 我國的實踐表明，使用效果是好的。

當然，為了提高電弧的穩定性，對石墨電極施加高頻電壓或脈沖電壓會有更好的效果。

(4)由于高純石墨材料具有良好的耐高溫性能，在高溫下尺寸穩定，抗熱震性能好，并且不潤濕或粘附石英玻璃，因此高純石墨材料可用于制造石英玻璃。 工具和用具。 例如，高純石墨材料可用于制造各種形狀的石墨板、石墨錐體以及各種平面、喇叭口的石墨模型。

9.6.3 小截面電極

小截面電極主要用作電阻爐中的加熱元件。 此外，還可用作碳粒電阻爐的導電元件。 氧氣爐、氨爐用電極規格及電阻率見表9-9。 電極和碳管（管接頭）成套供貨。

生產石英玻璃所用電極，直徑為（22±l）mm，孔徑為（10±l）mm，長度為（1000±50）mm，比電阻不大于75μΩ ·m，灰分不大于1.5%，含鐵。 含量不超過0.3%，銅含量不超過0.005%，線性偏差不超過0.8%。 這種電極耐熱性好，能承受400A的啟動電流而不斷裂。

石英加熱器所用電極的直徑為（8±0.5）mm，長度為（650±10）mm。 電極的曲率不應超過長度的1-0%。 電極比電阻不大于60μΩ·m，灰分不大于0.5%，極限彎曲強度不小于0.5%。

特殊結構加熱爐所用石墨棒的直徑為（1±0.l）mm，長度不小于40mm。 經與訂貨方協商，也可生產其他規格的電極，可制成棒狀、管狀，也可制成片狀、異形電極。 灰分含量不大于0.05%，極限彎曲強度（兩點距離10mm時）不小于3MPa。