一種海藍色硼矽酸鹽玻璃及其製備方法與流程
2023-12-02 07:39:41
本發明屬於玻璃技術領域，具體的說是一種海藍色硼矽酸鹽玻璃及其製備方法。
背景技術：
玻璃是一種無規則結構的非晶態固體，其分子不像晶體那樣在空間具有長程有序的排列，而近似於液體那樣具有短程有序。玻璃像固體一樣保持特定的外形，不像液體那樣隨重力作用而流動。玻璃一般以石英砂、純鹼、長石及石灰石等為原料，經混和、高溫熔融、勻化後，加工成形，再經退火而得。廣泛用於建築、光學、日用、醫療、化學、電子、儀表、核工程等領域中。室內居住採光，太陽光中除可見光外、紫外線和紅外線的熱能也大量透過玻璃，通過傳導、輻射及空氣對流傳遞到室內。亞熱帶地區，由於室內炎熱，頻繁使用空調加重了電力消耗和費用支出。陽光控制鍍膜玻璃，是在玻璃基片上鍍制一層功能膜層，該功能膜具有可以阻擋室外紅外線熱能輻射進入室內，有效控制陽光透射和反射，適應亞熱帶地區建築物使用的需要，是集裝飾建築外觀、控制光線、調節熱量、節約能源、改善環境等多功能於一體的玻璃，被廣泛應用於建築幕牆、交通車窗、娛樂設施和建築屋頂等多種行業。
隨著科技的發展，需要使用玻璃的場所變得多樣化，對玻璃性能指標有了更加嚴格和多樣的要求，不斷的提高玻璃的性能，是經濟和社會發展的迫切需求。海藍色的玻璃是裝飾領域裡的一種較受歡迎的顏色玻璃，傳統的海藍色玻璃基於鈉鈣矽玻璃體系，玻璃的強度與抗衝擊性較差，受外力作用時易碎；此外也有一些海藍色玻璃是通過在普通普白或超白玻璃表面塗布或噴塗一層有機顏料的清漆或生漆來獲得著色，但是該方法存在缺陷，因為塗層的質量和耐久性會隨著時間而老化，同時熱衝擊還會導致塗層脫落，顏色自然也就隨之變淡。
此外，影響玻璃性能的重要因素還有玻璃的強度和玻璃的硬度，在某些工業應用中需要具有高的斷裂強度、高抗腐蝕性能和高的抗氧化性能的合金。玻璃纖維或礦物纖維工業就是屬於這類應用，它是通過將諸如玻璃之類的礦物熔料穿過可高速旋轉的成形室的孔壁（成形室即所謂離心器）生產纖絲。由於旋轉離心器的離心作用使纖絲穿過壁上的成纖孔噴射出去。這種離心器的操作溫度一般約1121.1℃（2050°f）、轉速為2050轉/分。從生產成本觀點來看，轉速儘可能地提高對提高穿過成纖孔的纖絲噴射速度是有利的。然而，由於合金的強度和抗腐蝕性能不高，高心器的高速旋轉會導致其壽命降低。
此外，成本的進一步節約還可以通過使用低成本批料配方來實現，例如使用粘度高於一般用於生產玻璃絕熱纖維（玻璃棉）地高粘度玻璃，但是，先有技術中的合金卻沒有達到必要的性能匹配（特別是必要的機械強度）以便在使用這種高粘度玻璃時所要求的高溫下實現纖維化過程。因而很明顯，先有技術合金的應力斷裂性能肯定需要改進。而基於高強度、高硬度的鋁矽酸鹽玻璃的海藍色著色玻璃卻未見有報導及其相關產品。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的首要目的在於提供一種海藍色硼矽酸鹽玻璃，以硼矽酸玻璃配方為基礎，使得玻璃本身具備線膨脹係數小、色散小、化學穩定性好、熱穩定性高，優於普通著色剝離，使得本發明的玻璃用於裝飾用時，更耐久。
本發明提供了一種海藍色硼矽酸鹽玻璃，由包括以下重量份物質原料製備而成：二氧化矽、氧化硼、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化硒、三氧化二鋁、氧化錫、海藍色顏料；
所述海藍色顏料為二價鐵鹽、鎳鹽、銅鹽中的至少一種。
根據本發明，由包括以下重量份物質原料製備而成：二氧化矽50~80份、氧化硼3~15份、氧化鈣2~6份、二氧化鈦1~5份、二氧化硒2~5份、三氧化二鋁13~30份、氧化錫6~8份、海藍色顏料0.5~3份。
根據本發明，氧化鎂能夠有效控制玻璃液的硬化速度和析晶性能，同時還能改善玻璃的熔化性能，起助熔作用，控制硬化速度，在較短時間內粘度加大變硬；控制析晶性能，防止玻璃液在冷卻過程中變成晶體而不透明或退火時炸裂，此外氧化鎂還能改善玻璃的折光性能在螢光材料中氧化鎂可以將電子射線轉化為比較柔和的可見光，優選的，所述海藍色硼矽酸鹽玻璃中還含有氧化鎂，進一步的，所述氧化鎂的用量為0.5~0.8重量份。
根據本發明，為降低海藍色硼矽酸鹽玻璃的熔融溫度，所述海藍色硼矽酸鹽玻璃中還含有鹼金屬氧化物，鹼金屬氧化物具有助熔的作用，同時增強玻璃的活性，降低玻璃的熔融溫度，優選的，所述鹼金屬氧化物為氧化鉀、氧化鈉中的至少一種；此外，鹼金屬的含量對玻璃性能的影響很大，當含量過低時時要熔化二氧化矽非常困難，而含量過高則化學穩定性降低，表現為玻璃的耐酸鹼性能下降、玻璃中呈現「泛鹼」現象，優選的，所述鹼金屬氧化物的用量為0.2~0.5重量份。
根據本發明，含鈮玻璃還具有化學耐蝕性好，努氏硬度高，比重低的特點，因此，所述海藍色硼矽酸鹽玻璃中還含有氧化鈮。
根據本發明，為了進一步調控玻璃的顏色，所述海藍色硼矽酸鹽玻璃中還含有氧化鈷、氧化鉻、氧化鈰中的至少一種。
氧化鈰不僅具有降低玻璃粘度、改善玻璃熔液的澄清效果，消除氣泡的作用，而且製得的玻璃架構緊湊，材料力學性能和耐鹼度均有所提高。
根據本發明，所述二價鐵鹽為氯化亞鐵、硝酸亞鐵、硫酸亞鐵、醋酸亞鐵中的至少一種；
所述鎳鹽為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、醋酸鎳中的至少一種；
所述銅鹽為氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、醋酸銅中的至少一種。
本發明還提供了一種海藍色硼矽酸鹽玻璃的製備方法，包括以下步驟：
（1）按重量比稱取二氧化矽、氧化硼、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化硒、三氧化二鋁、氧化錫，混合均勻後乾燥、粉碎、球磨，然後過200-400目篩得微粉原料；
（2）將步驟（1）所得微粉原料輸入密閉的池窯中，在1150~1250℃下保溫30~60min，然後升溫至1350-1400℃下熔融反應，形成可流動的玻璃液熔融體，然後向玻璃液熔融體中加入海藍色顏料，保溫5~10min；
（3）將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻後製備成型得玻璃片；
（4）將玻璃片在590℃～600℃保溫1.5~3h使成核，然後在700℃～730℃保溫3h使晶核長大，得到海藍色硼矽酸鹽玻璃。
根據本發明，在步驟（2）中，所述池窯的升溫速率為10～20℃/min。
根據本發明，在步驟（2）中，在加入海藍色顏料後，為了提高顏料的均勻性，對玻璃熔融體進行超聲和/或震動處理。
根據本發明，在步驟（3）中，為了進一步提高玻璃的強度，所述玻璃片成型後，還需進行退火處理。
根據本發明，所述退火處理工藝為：退火溫度為500℃～530℃，退火時間為5～8h。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：
1、玻璃液粘度適中，流動性好，易於加工成型。
2、具有優異的力學性能及耐腐蝕性、具有突出的抗熱性能、具有較高的折射率。
3、該發明製備的硼矽酸鹽玻璃熱膨脹係數尤其適合與合金等金屬進行高溫封接，室溫至300℃的膨脹係數為48～52×10-7/℃，此外，該玻璃具有優異的抗水化學穩定性、抗彎強度和耐熱衝擊的性能。
4、本發明製備方法簡單，對環境友好，生產成本較低。
本發明的首次合成了海藍色硼矽酸鹽玻璃，以硼矽酸玻璃配方為基礎，使得玻璃本身具備線膨脹係數小、色散小、化學穩定性好、熱穩定性高，這不同於普通的著色玻璃中穩定性不好缺點，使得本發明的玻璃用於裝飾用時，更耐久。
具體實施方式
下面將結合實施例對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例1
一種海藍色硼矽酸鹽玻璃，其特徵在於，由以下重量份的物質製成：二氧化矽60份、氧化硼8份、氧化鈣3份、二氧化鈦3份、二氧化硒3份、三氧化二鋁18份、氧化錫6份、氧化鈷1份、硫酸鹽鐵1份、氧化鈮0.3份、氧化鈉0.2份、氧化鎂0.6份。
所述海藍色硼矽酸鹽玻璃的製備方法，步驟如下：
（1）按重量比稱取二氧化矽、氧化硼、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化硒、三氧化二鋁、氧化錫，混合均勻後乾燥、粉碎、球磨，然後過200-400目篩得微粉原料；
（2）將步驟（1）所得微粉原料輸入密閉的池窯中，在1200℃下保溫60min，然後以10℃/min的速率升溫至1350-1400℃下熔融反應，形成可流動的玻璃液熔融體，然後向玻璃液熔融體中加入海藍色顏料，超聲15min，保溫5~10min；
（3）將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻後製備成型得玻璃片，將玻璃片在500℃下退火6h；
（4）將玻璃片在590℃～600℃保溫2h使成核，然後在715℃保溫3h使晶核長大，得到海藍色硼矽酸鹽玻璃。
通過測試，其性能如表1：
實施例2
一種海藍色硼矽酸鹽玻璃，其特徵在於，由以下重量份的物質製成：二氧化矽70份、氧化硼12份、氧化鈣3份、二氧化鈦2份、二氧化硒4份、三氧化二鋁15份、氧化錫6份、氧化鉻0.5份、硫酸鹽鐵1.8份、氧化鈮0.5份、氧化鉀0.5份。
所述海藍色硼矽酸鹽玻璃的製備方法，步驟如下：
（1）按重量比稱取二氧化矽、氧化硼、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化硒、三氧化二鋁、氧化錫，混合均勻後乾燥、粉碎、球磨，然後過200-400目篩得微粉原料；
（2）將步驟（1）所得微粉原料輸入密閉的池窯中，在1150℃下保溫30min，然後以15℃/min的速率升溫至1350-1400℃下熔融反應，形成可流動的玻璃液熔融體，然後向玻璃液熔融體中加入海藍色顏料，超聲20min，保溫5~10min；
（3）將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻後製備成型得玻璃片，將玻璃片在520℃下退火6h；
（4）將玻璃片在590℃～600℃保溫1.5h使成核，然後在700℃℃保溫3h使晶核長大，得到海藍色硼矽酸鹽玻璃。
通過測試，其性能如表1：
實施例3
一種海藍色硼矽酸鹽玻璃，其特徵在於，由以下重量份的物質製成：二氧化矽65份、氧化硼12份、氧化鈣2份、二氧化鈦1份、二氧化硒5份、三氧化二鋁20份、氧化錫8份、氧化鈷0.6份、硫酸銅2份、氧化鈮0.5份、氧化鎂0.5份。
所述海藍色硼矽酸鹽玻璃的製備方法，步驟如下：
（1）按重量比稱取二氧化矽、氧化硼、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化硒、三氧化二鋁、氧化錫，混合均勻後乾燥、粉碎、球磨，然後過200-400目篩得微粉原料；
（2）將步驟（1）所得微粉原料輸入密閉的池窯中，在1250℃下保溫60min，然後以20℃/min的速率升溫至1350-1400℃下熔融反應，形成可流動的玻璃液熔融體，然後向玻璃液熔融體中加入海藍色顏料，超聲30min，保溫5~10min；
（3）將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻後製備成型得玻璃片，將玻璃片在530℃下退火8h；
（4）將玻璃片在590℃～600℃保溫2h使成核，然後在30℃保溫3h使晶核長大，得到海藍色硼矽酸鹽玻璃。
通過測試，其性能如表1：
實施例4
一種海藍色硼矽酸鹽玻璃，其特徵在於，由以下重量份的物質製成：二氧化矽50份、氧化硼15份、氧化鈣6份、二氧化鈦5份、二氧化硒3份、三氧化二鋁30份、氧化錫6份、氧化鉻1.2份、硫酸鎳0.5份、氧化鈉0.2份、氧化鎂0.8份。
所述海藍色硼矽酸鹽玻璃的製備方法，步驟如下：
（1）按重量比稱取二氧化矽、氧化硼、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化硒、三氧化二鋁、氧化錫，混合均勻後乾燥、粉碎、球磨，然後過200-400目篩得微粉原料；
（2）將步驟（1）所得微粉原料輸入密閉的池窯中，在1250℃下保溫60min，然後以10℃/min的速率升溫至1350-1400℃下熔融反應，形成可流動的玻璃液熔融體，然後向玻璃液熔融體中加入海藍色顏料，震動20min，超聲15min保溫5~10min；
（3）將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻後製備成型得玻璃片，將玻璃片在520℃下退火5h；
（4）將玻璃片在590℃～600℃保溫2.5h使成核，然後在720℃保溫3h使晶核長大，得到海藍色硼矽酸鹽玻璃。
通過測試，其性能如表1：
實施例5
一種海藍色硼矽酸鹽玻璃，其特徵在於，由以下重量份的物質製成：二氧化矽80份、氧化硼8份、氧化鈣5份、二氧化鈦5份、二氧化硒4份、三氧化二鋁13份、氧化錫8份、氧化鈷1.3份、醋酸鎳3份、氧化鈮0.2份。
所述海藍色硼矽酸鹽玻璃的製備方法，步驟如下：
（1）按重量比稱取二氧化矽、氧化硼、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化硒、三氧化二鋁、氧化錫，混合均勻後乾燥、粉碎、球磨，然後過200-400目篩得微粉原料；
（2）將步驟（1）所得微粉原料輸入密閉的池窯中，在1180℃下保溫30min，然後以15℃/min的速率升溫至1350-1400℃下熔融反應，形成可流動的玻璃液熔融體，然後向玻璃液熔融體中加入海藍色顏料，震動30min，保溫5~10min；
（3）將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻後製備成型得玻璃片；
（4）將玻璃片在590℃～600℃保溫2h使成核，然後在725℃保溫3h使晶核長大，得到海藍色硼矽酸鹽玻璃。
通過測試，其性能如表1：
實施例6
一種海藍色硼矽酸鹽玻璃，其特徵在於，由以下重量份的物質製成：二氧化矽60份、氧化硼8份、氧化鈣3份、二氧化鈦3份、二氧化硒3份、三氧化二鋁18份、氧化錫6份、氧化鈷1份、硫酸鹽鐵1份。
所述海藍色硼矽酸鹽玻璃的製備方法，步驟如下：
（1）按重量比稱取二氧化矽、氧化硼、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化硒、三氧化二鋁、氧化錫，混合均勻後乾燥、粉碎、球磨，然後過200-400目篩得微粉原料；
（2）將步驟（1）所得微粉原料輸入密閉的池窯中，在1200℃下保溫60min，然後以10℃/min的速率升溫至1350-1400℃下熔融反應，形成可流動的玻璃液熔融體，然後向玻璃液熔融體中加入海藍色顏料，超聲15min，保溫5~10min；
（3）將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻後製備成型得玻璃片，將玻璃片在500℃下退火6h；
（4）將玻璃片在590℃～600℃保溫2h使成核，然後在715℃保溫3h使晶核長大，得到海藍色硼矽酸鹽玻璃。通過測試，其性能如表1：
表1：
實施例1~6製備的海藍色硼矽酸鹽玻璃的性能參數
其中，所述耐腐蝕性是將玻璃在100℃水浴24h下，測試玻璃的失重率。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。