能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料及其生產方法
2023-10-06 17:03:54
專利名稱：能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料及其生產方法
技術領域：
本發明屬於玻璃製造領域，具體涉及一種能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料及其生產方法。
背景技術：
高機械強度石英玻璃用於高壓力的複雜惡劣環境中，如高壓器皿的監控窗口，可以承受IlOOMPa以上的壓力；高溫、高壓環境中的觀察窗口，可以承受明火的燒烤而不變形，不炸裂。它的致命缺陷是抗拉強度和抗彎強度低，只有抗壓強度的二十分之一。石英玻璃是用純度達到99. 99%以上的二氧化矽原料，經1713攝氏度以上的高溫條件下熔制而成的，它具有耐高溫、耐高壓力、耐腐蝕、低膨脹係數、熱震性好等其它玻璃無法比對的優點；而石英玻璃的耐機械強度不高，在一些對機械強度要求高的場合中不能做大規格使用，我國目前使用的石英玻璃窗口、鏡片因為耐機械強度不夠，只能用作小規格的石英玻璃窗口和鏡片，大規格的石英玻璃窗口和鏡片要求石英玻璃具有較高的機械強度。而我國目前生產石英玻璃的工藝主要有真空加壓電熔法、連續電熔法、氫氧氣熔製法、等離子熔製法、化學合成法等生產工藝，這些工藝生產得到的石英玻璃的物理性能基本是一致的，不能得到理想的功能性高機械強度石英玻璃。只有調整生產石英玻璃所用的原料，才能獲得高機械強度石英玻璃。在現有技術中已有在傳統石英玻璃原料生產工藝的基礎上，利用石英原礦的物理和化學性能，進行有目的摻入能提高石英玻璃機械強度的化學元素的報導，如摻入了鋁元素的石英玻璃原料，但用此種原料產出的石英玻璃機械強度仍然不夠。而我國現有石英玻璃原料生產企業生產的石英玻璃用 原料也均不能滿足高機械強度石英玻璃的性能要求。
發明內容
本發明針對現有技術中所選用的原料無法滿足高機械強度石英玻璃的生產要求的技術問題，提供能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料及其生產方法，其具體方案如下本發明提供一種能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料，其特徵在於原料石英顆粒中鈣氧化物的質量含量控制在O. 00039Γ0. 001%，且鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的約10 20倍。作為本發明的一種改進，上述鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的約15倍。上述石英玻璃原料可用如下生產工藝流程完成包括以下步驟破碎一篩分一磁選一整形一浮選一純化一物理選一改性處理一清洗一乾燥一檢驗一包裝；其中改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/或鋁氧化物，至鈣氧化物的質量含量為O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。作為本發明的進一步改進，同時控制原料石英顆粒中鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的約2飛倍。
作為一種優選的方案，鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的約3倍。
上述石英玻璃原料可用如下生產工藝流程完成包括以下步驟破碎一篩分一磁選一整形一浮選一純化一物理選一改性處理一清洗一乾燥一檢驗一包裝；其中改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣、鋰氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/ 或鋁氧化物和/或鋰氧化物，至鈣氧化物的質量含量為O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數，鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。
本發明同時還提供上述能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料的生產方法，包括如下步驟破碎一篩分一磁選一整形一浮選一純化一物理選一改性處理一清洗 —乾燥一檢驗一包裝，其特徵在於其中改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/或鋁氧化物，至鈣氧化物的質量含量為 O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。
作為本發明進一步改進，在摻入鈣和/或鋁氧化物時，把鋁和/或鈣氧化物溶解成水溶液後加入石英顆粒原料中進行攪拌。
作為本發明的另一種改進，上述石英玻璃原料的生產方法中的改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣、鋰氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/或鋁氧化物和/或鋰氧化物，至鈣氧化物的質量含量為O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數，鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。
作為本發明的更進一步改進，在摻入鈣和/或鋁氧化物和/或鋰氧化物時，把鈣氧化物和/或鋁氧化物和/或鋰氧化物溶解成水溶液後加入石英顆粒原料中進行攪拌。
本發明所提供的石英玻璃原料的生產方法，除了改性處理步驟外，其他步驟具體方法同專利申請號為201110407110. 6的專利申請文件《一種石英玻璃原料的提純方法》。
本發明中摻入鋁氧化物和鈣氧化物的目的是增強石英玻璃的機械強度，其中鈣氧化物的添加對鋁氧化物在高溫熔融時有補充增強作用，其作用並非硬度增加的簡單疊加。 但其含量必須控制在一定範圍內，當低於最小量時增強性能不夠，而總量超過最大量時又會影響石英玻璃的其它性能。
本發明中加入鋰氧化物的目的是調整因摻入鋁氧化物和鈣氧化物造成的石英玻璃高溫難熔，增強高溫元素的易熔性和排氣性，提高石英玻璃的透明度。
有益效果本發明在傳統石英玻璃原料生產工藝的基礎上，利用石英原礦的物理和化學性能，進行有目的摻入能提高石英玻璃機械強度的化學元素，`使之在不影響現有生產工藝生產，不影響石英玻璃已有的物理和化學性能的基礎上產出一種新型的石英玻璃原料，而用這種石英玻璃原料生產的石英玻璃，抗拉強度達到約10(T110 MPa，抗壓強度達到約1150 MPa ;而用常規石英玻璃原料生產的石英玻璃的抗拉強度僅約為50MPa，抗壓強度約為1120 MPa。由此看出，用本發明提供的新型石英玻璃原料生產石英玻璃，能顯著提高石英玻璃的機械強度。
具體實施方式
下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術解決方案，但不是對本技術方案的限制。
實施例1能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料——韓氧化物含量O. 0003%,且鈣氧化物鋁氧化物鋰氧化物=1:15:3原料石英顆粒中鈣氧化物的質量含量控制在O. 0003%,且鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的約15倍，即O. 005% ;鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的約3倍，即O. 0009%ο用此石英玻璃原料生產的石英玻璃機械強度顯著增強，其抗拉強度約為llOMPa，抗壓強度約為1150 MPa。實施例2能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料——韓氧化物含量O. 0005%,且鈣氧化物鋁氧化物鋰氧化物=1:15:3原料石英顆粒中鈣氧化物的質量含量控制在O. 0005%,且鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的約15倍，即O. 0075% ;鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的約3倍，即O. 0015%。用此石英玻璃原料生產的石英玻璃機械強度顯著增強，其抗拉強度約為105MPa，抗壓強度約為1150 MPa。實施例3能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料——韓氧化物含量O. 001%,且鈣氧化物鋁氧化物鋰氧化物=1:15:3原料石英顆粒中鈣氧化物的質量含量控制在O. 001%，且鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的約15倍，即O. 015% ;鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的約3倍，即O. 003%。用此石英玻璃 原料生產的石英玻璃機械強度顯著增強，其抗拉強度約為llOMPa，抗壓強度約為1150 MP a。實施例4實施例1中所述石英玻璃原料的生產工藝流程根據鈣氧化物的質量含量範圍為O. 00039Γ0. 001%，且且鈣氧化物鋁氧化物鋰氧化物=1:15:3，計算得知鋁氧化物和鋰氧化物在原料石英玻璃中的含量範圍見表I。表I原料石英玻璃種各金屬氧化物質量含量範圍
權利要求
1.一種能夠提高石英玻璃機械強度的石英玻璃原料，其特徵在於原料石英顆粒中鈣氧化物的質量含量控制在O. 00039Γ0. 001%，且鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的約1(Γ20倍。
2.如權利要求1所述的石英玻璃原料，其特徵在於所述鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的約15倍。
3.如權利要求1或2所述的石英玻璃原料，其特徵在於其生產工藝流程包括如下步驟破碎一篩分一磁選一整形一浮選一純化一物理選一改性處理一清洗一乾燥一檢驗一包裝；其中改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/或鋁氧化物，至鈣氧化物的質量含量為O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。
4.如權利要求1或2所述的石英玻璃原料，其特徵在於同時控制所述原料石英顆粒中鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的約2飛倍。
5.如權利要求4所述的石英玻璃原料，其特徵在於所述鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的約3倍。
6.如權利要求4所述的石英玻璃原料，其特徵在於其生產工藝流程包括如下步驟破碎一篩分一磁選一整形一浮選一純化一物理選一改性處理一清洗一乾燥一檢驗一包裝；其中改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣、鋰氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/或鋁氧化物和/或鋰氧化物，至鈣氧化物的質量含量為O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數，鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。
7.如權利要求5所述的石英玻璃原料，其特徵在於其生產工藝流程包括如下步驟破碎一篩分一磁選一整形一浮選一純化一物理選一改性處理一清洗一乾燥一檢驗一包裝；其中改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣、鋰氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/或鋁氧化物和/或鋰氧化物，至鈣氧化物的質量含量為O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數，鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。
8.權利要求1或2所述石英玻璃原料的生產方法，包括如下步驟破碎一篩分一磁選—整形一浮選一純化一物理選一改性處理一清洗一乾燥一檢驗一包裝，其特徵在於其中改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/或鋁氧化物，至鈣氧化物的質量含量為O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。
9.如權利要求8所述石英玻璃原料的的生產方法，其特徵在於在摻入鈣和鋁氧化物時，把鋁和鈣氧化物溶解成水溶液後加入石英顆粒原料中進行攪拌。
10.權利要求4所述石英玻璃原料的生產方法，包括如下步驟破碎一篩分一磁選一整形一浮選一純化一物理選一改性處理一清洗一乾燥一檢驗一包裝，其特徵在於其中改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣、鋰氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/或鋁氧化物和/或鋰氧化物，至鈣氧化物的質量含量為O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數，鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。
11.權利要求5所述石英玻璃原料的生產方法，包括如下步驟破碎一篩分一磁選一整形一浮選一純化一物理選一改性處理一清洗一乾燥一檢驗一包裝，其特徵在於其中改性處理步驟為對所述原料石英顆粒進行鋁、鈣、鋰氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣氧化物和/或鋁氧化物和/或鋰氧化物，至鈣氧化物的質量含量為O. 00039Γ0. 001%，同時鋁氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數，鋰氧化物的質量含量為鈣氧化物的規定倍數。
12.如權利要求10或11所述石英玻璃原料的的生產方法，其特徵在於在摻入鈣和/或鋁氧化物和/或鋰氧化物時，把鈣氧化物和/或鋁氧化物和/或鋰氧化物溶解成水溶液後加入石英顆粒原料中進行攪拌。
全文摘要
本發明針對現有技術中所選用的原料無法產出高機械強度石英玻璃的技術問題，提供一種石英玻璃原料，即把原料石英顆粒中鈣氧化物的含量控制在0.0003%~0.001%，鋁氧化物的含量為鈣氧化物的10~20倍；本發明還提供一種改進，即同時控制鋰氧化物的含量為鈣氧化物的2~10倍。本發明同時提供上述原料的生產方法，即在普通石英玻璃原料生產工藝中添加改性處理步驟，即對原料石英顆粒進行鋁、鈣、鋰氧化物含量分析，根據分析結果摻入鈣和/或鋁和/或鋰氧化物，至鈣、鋁、鋰氧化物的含量符合產品要求。本發明在不影響現有生產工藝，不影響石英玻璃已有的物理和化學性能的基礎上產出一種新型的石英玻璃原料，用這種石英玻璃原料生產的石英玻璃能顯著提高石英玻璃的機械強度。
文檔編號C03C3/06GK103043898SQ20121051804
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者金小寧, 洪璐, 李廷華 申請人:東海縣金孚石英製品有限公司