CN100453484C - 一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无色透明玻璃材料的制备方法。一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料的制备方法，其特征在于包括下列步骤：1)基体玻璃的制备：取玻璃系统为SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-K₂O-Na₂O，SiO₂、Al₂O₃、Li₂O、K₂O、Na₂O的重量百分比分别为78.0-79.5%、3.5-4.5%、12.5-14.0%、3.0-4.5%、0-1.5%；外加添加剂，添加剂为AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃，AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃加入量分别为玻璃系统重量的0.015-0.025%、0.02-0.04%、0-0.02%、0-0.6%，按配比称量后混合，在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基体玻璃；2)玻璃冷加工，3)激光内雕：成形后的坯料玻璃抛光后，用波长为355nm的激光雕刻；4)玻璃热处理：玻璃热处理温度为370-400℃，时间为1.5-2.0h，得到在内部能形成紫红色立体图案的产品。本发明具有简单、实用的特点。

Description

一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种无色透明玻璃材料的制备方法。

背景技术

激光内雕彩色玻璃产品运用光敏玻璃制备原理，玻璃中光敏剂经光还原和热处理后，在其内部形成大小和密度不同的晶粒，选择不同的光敏剂和光辐照强度，可制备出单色和多色艺术玻璃。调节图案设计和点阵密度，可在玻璃内部获得不同图案的工艺装饰品，其性能好、图像清晰、图案可控、深度可调。该类艺术玻璃品是用电脑控制的激光内雕机在其内部雕刻不同的图案，其璀璨夺目、晶莹剔透。

激光技术的出现，使玻璃内雕作品在色彩上变得更为丰富是必然的。利用水晶玻璃工艺品的内雕部分对光线具有较强的反射、折射作用，而空白部分对光线具有较好透过性能的光学原理，由微控制电路按照三基色调色板原理，分别控制几种色彩的灯，在“内雕”图像上混色，变化出多种绚丽的色彩，从而使原本白色的内雕图像呈现出五彩缤纷、光彩夺目的效果。

“激光”是对水晶玻璃进行内雕最有用的工具。采用激光内雕技术，将平面或立体的图案“雕刻”在水晶玻璃的内部。其雕刻原理也较简单，要能雕刻玻璃，它的能量密度必须大于使玻璃破坏的某一临界值，或称阈值，而激光在某处的能量密度与它在该点光斑的大小有关，同一束激光，光斑越小的地方产生的能量密度越大。通过适当聚焦，可以使激光的能量密度在进入玻璃及到达加工区之前低于玻璃的破坏阈值，而在希望加工的区域则超过这一临界值，激光在极短的时间内产生脉冲，其能量能够在瞬间使玻璃受热破裂，从而产生极小的白点，在玻璃内部雕出预定的形状，而玻璃的其余部分则保持原样完好无损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料的制备方法，其特征在于包括下列步骤：

1)基体玻璃的制备：取玻璃系统为SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-K₂O-Na₂O，SiO₂、Al₂O₃、Li₂O、K₂O、Na₂O的重量百分比分别为78.0-79.5％、3.5-4.5％、12.5-14.0％、3.0-4.5％、0-1.5％；外加添加剂，添加剂为AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃，AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃加入量分别为玻璃系统重量的0.015-0.025％、0.02-0.04％、0-0.02％、0-0.6％，按配比称量后混合，在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基体玻璃；其中，SnO、Sb₂O₃的量不同时为0；

2)玻璃冷加工：将基体玻璃熔制在全铂熔炼炉中制备熟料；先用天然气将窑炉预热到1100～1250℃，投入事先准备好的熟料，将导电电极覆盖，通80V～220V的交流电，玻璃自身导电加热，将熟料熔化，熔化温度1480-1500℃，熔化后在澄清池进行高温澄清，澄清好的玻璃液进入均化池搅拌均匀，均化好的玻璃液漏注到成型模内成为坯料玻璃；

3)激光内雕：成形后的坯料玻璃抛光后，用波长为355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000点/分钟；

4)玻璃热处理：玻璃热处理温度为370-400℃，时间为1.5-2.0h，得产品。

彩色内雕的显色机理：

雕像可以通过细分散状态的金属对光的选择性吸收而着色。一般认为，选择性吸收是由于胶体金颗粒的光散射而引起的。铜红、金红、银黄即属于这一类。雕像的颜色很大程度上取决于金属粒子的大小。一般认为，玻璃在高温熔制时，金属以离子状态溶解于熔体之中。玻璃冷却后是无色的，经热处理(显色)，金属离子被还原为金属原子，并聚集长大成具有一定数量胶体，从而使雕像着色。

1、金属离子的溶解：

金属离子(如Cu⁺、Ag⁺、Au⁺)充分溶解于玻璃熔体之中是金属胶体着色的前提。铜最容易氧化，银次之，金最不容易氧化。故铜红玻璃必须在还原条件下熔制使之呈Cu⁺状态，防止铜氧化为蓝色的Cu²⁺。金红玻璃则必须在氧化条件下熔制，以防止还原过甚，使Au⁺成Au状态，引起金颗粒长大，使玻璃冷却时着色。

2、金属离子的还原：

在高温下金属是以离子的状态存在于玻璃中(当然也不排除有原子状态，特别是金)。玻璃自高温降温，由于冷却速度较大，这些离子冻结而保留在玻璃中，因此随后必须把金属离子还原为金属原子。还原一般通过以下两种方法来实现。

a.热还原法

玻璃中预先加入锡、锑等多原子价元素，在Tg以上的适当温度进行热处理。多原子价的离子会使上述金属离子还原，如下式表示：

2Au⁺+Sn²⁺→2Au⁰+Sn⁴⁺

2Ag⁺+Sn²⁺→2Ag⁰+Sn⁴⁺

2Cu⁺+Sn²⁺→2Cu⁰+Sn⁴⁺

b.光化学还原法

将加有光化学还原剂(即增感剂)C_e ³⁺的玻璃，经紫外线或X射线照射，使金属离子还原为原子状态，如下式所示：

Au⁺+Ce³⁺→Au⁰+Ce⁴⁺

Ag⁺+Ce³⁺→Ag⁰+Ce⁴⁺

Cu⁺+Ce³⁺→Cu⁰+Ce⁴⁺

在紫外线照射下，C_e ³⁺离子中的4f电子被激发出来与Au⁺(或Ag⁺、Cu⁺)结合，形成金原子Au⁰(Ag⁰或Cu⁰)。

3、热处理：

还原后的金属原子聚集长大成具有一定大小的胶粒而是玻璃显色。

本发明基于上述彩色内雕的显色机理，利用可满足光化学反应的激光对玻璃内部雕刻，在雕刻时激光聚焦产生的能量一方面使玻璃局部受热炸裂而形成雕刻图案，另一方面发生光化学反应，金属金离子被还原为金属金原子，在经热处理显紫红色，聚集长大成胶体大小的粒子使雕像着色。因本发明的玻璃组成含少量热还原剂，在进行显色处理时，部分没有被还原的金属离子同时会发生热还原反应而使玻璃本体着色，而雕刻图案的显色温度要比基体显色温度要低，因此通过控制温差可实现玻璃基体不显色，而使雕像着色，同时调控显色参数来控制金属胶粒的尺寸来调节雕像颜色的深浅，从而实现本发明的目的。

本发明采用熔融法制备玻璃坯料，机械法对坯料进行冷加工，常规的热处理技术使玻璃显色，因此本发明方法具有简单、实用的特点，选择生产工艺符合国内外生产习惯，易于控制和掌握材料的性能以及制备。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是熔炉示意图，图中：1-熔化池，2-料道，3-澄清池，4-均化池，5-搅拌器。

图3是激光内雕原理

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实例1：

如图1、图2、图3所示，一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料的制备方法，包括下列步骤：

1)、基体玻璃的制备：取玻璃系统为SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-K₂O-Na₂O，SiO₂、Al₂O₃、Li₂O、K₂O、Na₂O的重量百分比分别为78.5％、4.5％、13.0％、3.0％、1.0％；取添加剂为AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃，AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃的外加量分别为玻璃系统重量的0.02％、0.025％、0.015％、0.015％，按配比称量后混合；在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基体玻璃。2)玻璃冷加工：基体玻璃熔制在全铂熔炼炉中制备熟料，先用天然气将窑炉预热到1150℃，投入事先准备好的熟料，将导电电极覆盖，通80V～220V的交流电，玻璃自身导电加热，将熟料熔化，熔化温度1480-1500℃，熔化后在澄清池进行高温澄清，澄清好的玻璃液进入均化池搅拌均匀，均化好的玻璃液漏注到成型模内成为坯料玻璃。3)激光内雕：成形后的坯料玻璃抛光后，用波长为355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000点/分钟。4)玻璃热处理：玻璃热处理温度为370℃，时间为2.0h；得产品，产品的玻璃本体透明无色，内部图案为紫红色。

实例2：

一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料制备方法，包括下列步骤：

1)基体玻璃的制备：取玻璃系统为SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-K₂O-Na₂O，SiO₂、Al₂O₃、Li₂O、K₂O、Na₂O的重量百分比分别为79.5％、3.5％、12.5％、4.5％、0；取添加剂为AuCl₃、CeO₂和SnO，AuCl₃、CeO₂和SnO的外加量分别为玻璃系统重量的0.015％、0.03％、0.02％，按配比称量后混合；在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基体玻璃。2)玻璃冷加工：基体玻璃熔制在全铂熔炼炉中制备熟料，先用天然气将窑炉预热到1200℃，投入事先准备好的熟料，将导电电极覆盖，通80V~220V的交流电，玻璃自身导电加热，将熟料熔化，熔化温度1480-1500℃，熔化后在澄清池进行高温澄清，澄清好的玻璃液进入均化池搅拌均匀，均化好的玻璃液漏注到成型模内成为坯料玻璃。3)激光内雕：成形后的坯料玻璃抛光后，用波长为355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000点/分钟。4)玻璃热处理：玻璃热处理温度为380℃，时间为1.5h；得产品，产品的玻璃本体透明无色，内部图案为紫红色。

实例3：

一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料制备方法，包括下列步骤：

1)基体玻璃的制备：取玻璃系统为SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-K₂O-Na₂O，SiO₂、Al₂O₃、Li₂O、K₂O、Na₂O的重量百分比分别为78.0％、4.5％、13.5％、3.0％、1.0％；取添加剂为AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃，AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃的外加量分别为玻璃系统重量的0.02％、0.02％、0、0.03％，按配比称量后混合；在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基体玻璃。2)玻璃冷加工：基体玻璃熔制在全铂熔炼炉中制备熟料，先用天然气将窑炉预热到1100℃，投入事先准备好的熟料，将导电电极覆盖，通80V～220V的交流电，玻璃自身导电加热，将熟料熔化，熔化温度1480-1500℃，熔化后在澄清池进行高温澄清，澄清好的玻璃液进入均化池搅拌均匀，均化好的玻璃液漏注到成型模内成为坯料玻璃。3)激光内雕：成形后的坯料玻璃抛光后，用波长为355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000点/分钟。4)玻璃热处理：玻璃热处理温度为400℃，时间为2.0h；得产品，产品的玻璃本体透明无色，内部图案为紫红色。

Claims (1)

1.一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料的制备方法，其特征在于包括下列步骤：

1)基体玻璃的制备：取玻璃系统为SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-K₂O-Na₂O，SiO₂、Al₂O₃、Li₂O、K₂O、Na₂O的重量百分比分别为78.0-79.5％、3.5-4.5％、12.5-14.0％、3.0-4.5％、0-1.5％；外加添加剂，添加剂为AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃，AuCl₃、CeO₂、SnO和Sb₂O₃加入量分别为玻璃系统重量的0.015-0.025％、0.02-0.04％、0-0.02％、0-0.6％，按配比称量后混合，在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基体玻璃；其中，SnO、Sb₂O₃的量不同时为0；

2)玻璃冷加工：将基体玻璃熔制在全铂熔炼炉中制备熟料；先用天然气将窑炉预热到1100～1250℃，投入事先准备好的熟料，将导电电极覆盖，通80V～220V的交流电，玻璃自身导电加热，将熟料熔化，熔化温度1480-1500℃，熔化后在澄清池进行高温澄清，澄清好的玻璃液进入均化池搅拌均匀，均化好的玻璃液漏注到成型模内成为坯料玻璃；

3)激光内雕：成形后的坯料玻璃抛光后，用波长为355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000点/分钟；

4)玻璃热处理：玻璃热处理温度为370-400℃，时间为1.5-2.0h，得产品。

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