CN102249546A - 纳晶板材及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳晶板材及其生产方法，该板材其组分的化学成份重量百分比：SiO2：64-67，Al2O3：9-23，B2O3：0.05-0.2，CaO：0.1-0.3，MgO：0.1-0.5，ZnO：1-2，K2O：0.1-0.4，Na2O：0.2-0.6，FeO2：0.2-0.5，ZrO2：1.5-3，P2O5：1-2，TiO2：2-4，Li2O：2-5和As2O3：1-3%。将原料混合后，投入熔窑，将熔窑内熔液温度冷却到适宜的成型温度至流道口，再依次经大锡槽、小锡槽，成型为连续的板材，再进行核化、退火、切裁，得到合格的纳晶板材。本发明的板材表面光洁度好、无玻筋，无后续加工成本，且可应用到工业化生产当中。
Description
技术领域
本发明属建筑玻璃材料领域，具体涉及一种纳晶板材及其生产方法。
背景技术
纳晶板材是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制成的一类含有大量纳米晶相及玻璃相的多晶固体材料。在生产中通过组份的调整和严格控制，以实现晶体的类型、晶粒大小、晶体的生成比例的可控性，从而达到产品特殊的性能要求。
目前国内外生产纳晶板材的生产方法主要有压延法生产工艺和浮法生产工艺两种。
压延法是将熔窑内玻璃液平行通过唇砖溢流到两根压延辊之间，通过压延辊将玻璃液挤压成一定厚度的玻璃带。中国专利ZL95224122.6和ZL 98226174.8公开了压延法的生产装置。利用压延法生产的产品表面光洁度和平整度取决于压延辊表面的平整度和光洁度，因此，通常需要对产品表面进行后续加工处理，如铣平、磨光、抛亮，这不仅增加了生产成本，而且还破坏了产品原有的表面强度。
浮法工艺是将原料混合后送入玻璃熔窑，经熔化、澄清、均化、冷却等过程后，形成均匀的玻璃液，玻璃液经流道、流槽进入充满氮氢保护气体的锡槽，漂浮在锡液表面上，完成玻璃液的自然摊平、展薄、抛光、冷却后，再进入退火窑退火。这种方法生产的产品质量较高，产品的厚度范围也较宽。
而利用浮法生产工艺进行纳晶板材的工业化生产，需要解决以下两个技术难题：1、要解决板材贴近锡面反应膜层问题。2、要解决板材迅速成型过程中的核化、晶化失控问题，以及消除板材部分塑性变形的问题。目前除本发明外均未能形成工业化生产。
上述各种生产方法受其工艺特点的限制，要么生产的产品表面光洁度差、有玻筋，后续加工成本高，要么受熔液特性的限制无法正常生产。因此需要开发一种工艺科学、而且制造的产品质量较高的生产方法，以突破现有各种方法中的限制。
发明内容
本发明的目的为克服上述不足之处，提供一种表面光洁度好、无玻筋，无后续加工成本，且能应用到工业化生产当中的纳晶板材及其生产方法。
本发明的技术方案是：一种纳晶板材，该板材其组分的化学成份重量百分比：
SiO2：64---67， Al2O 3 ： 19---23 ， B2O3 ：0.05----0.2 ， CaO ：0.1----0.3 ， MgO ：0.1—0.5 ， ZnO ：1----2 ， K2O ： 0.1----0.4， Na2O ：0.2----0.6， Fe2O3 ：0.2---0.5， ZrO2 : 1.5—3， P2O5 ： 1---2， TiO2：2---4， Li2O： 2---5和As2O3： 1---3。
上述的纳晶板材采用含SiO2 、Al2O 3 、B2O3、CaO、MgO、ZnO、K2O、Na2O、Fe2O3、ZrO2、P2O5、TiO2、 Li2O 和As2O3化学成份的原料为：锂辉石、石英石、硅酸锆、氧化砷、复合肥、硝酸钠、纯碱、氢氧化铝、缩合磷酸铝、二氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钾。
本发明生产纳晶板材的方法依次包括以下工艺步骤：
1）将原料按比例均匀混合后制成配合料；
2）将所述配合料投入熔窑进行熔化、澄清、均化；
3）将熔窑内熔液温度冷却调整到适宜的成型温度至流道口；
4）熔液经流道口进入成型部的大锡槽，而后进入小锡槽，熔液漂浮在锡液表面上，在相匹配的拉引速度、拉边机速度、纳晶液流速的共同作用下成型为连续的板材；
5）成型后的板材进入热处理窑，均匀核化、晶化；
6）晶化后的成型板材经过渡辊进入退火窑内退火，以消除板材的内应力；
7）退火后的成型板材经自控切裁，得到合格的纳晶板材。
作为本发明的一种改进方案为：在熔窑进行熔化的温度1500----1750℃，使之熔化成纳晶熔液。
作为本发明的另一种改进方案为：熔液继续冷却至流道口，温度为1300---1500℃。
作为本发明的另一种改进方案为：所述纳晶熔液从熔窑经流道口至大锡槽而后进入小锡槽，漂浮在锡液上，根据板材厚度的不同熔液在相匹配的拉引速度140---160m/h，，拉边机速度40---50m/h、表面张力、纳晶液流量的共同作用下，形成具有一定宽度和厚度的纳晶板材，成型温度控制在1000---1300℃。
作为本发明的另一种改进方案为：成型后的板材纳晶带在 700---1000℃ 温度环境下进入热处理窑，进行核化、晶化。
作为本发明的另一种改进方案为：晶化后的纳晶带在500--800℃环境下进入退火窑退火。
本发明不同于现有的压延微晶工艺和浮法玻璃成型工艺，而是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制成的一类含有大量纳米晶相及玻璃相的多晶固体材料。在生产中可通过组成成分的调整和严格控制，以实现晶体的类型、晶粒大小、晶体的生成比例的可控性，从而达到产品特殊的性能要求。因此，它除具有玻璃较高的透光率外，还具有：1高软化点，2热冲击性能优良，3导磁作用广泛，4优良的透红外线特性。
本发明所生产的产品表面光洁度好、无玻筋，无后续加工成本，且能应用到大批量的生产当中。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明纳晶板材及生产方法作进一步详细说明。
本发明纳晶板材，其组分的化学成份重量百分比为： Al2O 3 ：19---23、SiO2 : 64---67、B2O3 ：0.05----0.2 、CaO ：0.1----0.3、 MgO ：0.1—0.5、ZnO ：1----2、K2O : 0.1----0.4 、 Na2O ：0.2----0.6、Fe2O3 ：0.2---0.5、ZrO2 : 1.5—3 、P2O5 : 1---2、TiO2 : 2---4 、Li2O: 2---5 和As2O3 : 1---3。本实施例采用含Al2O 3 、SiO2 、ZrO2、As2O3 、B2O3、Na2O、 CaO、Al2O 3、P2O5、TiO2、ZnO、MgO、、K2O、Fe2O3化学成份的原料为：锂辉石、石英石、硅酸锆、氧化砷、复合肥、硝酸钠、纯碱、氢氧化铝、缩合磷酸铝、二氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钾。上述原料中的锂辉石、复合肥、石英砂中所含化学成分不是单一的，比如锂辉石中含Al2O 3 、SiO2 、Na2O、 CaO、MgO、K2O、Li2O 、Na2O 、Fe2O3等。石英砂中含的化学成分有Al2O 3 、SiO2 、Na2O、 CaO、MgO、K2O、Li2O 、Na2O。复合肥中含化学成分有Al2O 3、CaO、MgO、K2O、Fe2O3 。
实例1、纳晶板材组分的化学成份重量百分比为：SiO2：67 ， Al2O 3 ： 23 ，B2O3 ：0.2 ， CaO ： 0.3 ， MgO ： 0.5， ZnO ：1 ， K2O：0.1 ， Na2O ：0.2 ， FeO2 ：0.2， ZrO2 ： 1.5 ， P2O5：1， TiO2： 2 ， Li2O：2 和 As2O3 ：1；
该实例中采用的原料组分百分比为：锂辉石54 石英石：24 硅酸锆：2 氧化砷：1 复合肥：5 硝酸钠： 0.1 纯碱：0.1 氢氧化铝：10 缩合磷酸铝：1.5 二氧化钛：1 氧化锌：0.5 氧化镁： 0.5 碳酸钾：0.3；其生产方法依次包括以下工艺步骤：
（1）将上述原料混合均匀，在熔窑中加热至1750℃，熔化成纳晶液体；
（2）熔化好的纳晶熔液继续进行均化、冷却流至流道口，温度为1500℃；
（3）.纳晶熔液从熔窑经流道口进入成型部的大锡槽，而后进入小锡槽，熔液漂浮在锡液表面上，根据板材生产厚度的不同熔液在相匹配的拉引速度150m\h，拉边机速度40m/h，表面张力、纳晶液流量的共同作用下，形成具有一定宽度和厚度的纳晶板材，成型温度控制在1300℃；
（4）纳晶带在1000℃温度环境下进入热处理窑，进行核化、晶化；
（5）晶化后的纳晶带在800℃温度环境下进入退火窑，进行均化退火；
（6）退火后的纳晶带经切裁，得到合格的纳晶板材。
实例2、纳晶板材组分的化学成份重量百分比为：
SiO2 : 64 ， Al2O 3 ： 19 ， B2O3 ：0.1 ， CaO ：0.1， MgO ：0.1 ，ZnO ：1.5， K2O :0.3 ， Na2O ： 0.6， FeO2 ：0.5 ， ZrO2 : 3 ， P2O5 : 2 ， TiO2 : 4 ， Li2O: 3 和As2O3 : 2；
该实例中原料组分百分比为：锂辉石50 ， 石英石：20 ， 硅酸锆：2.5 ， 氧化砷：1.5 ， 复合肥：6 ， 硝酸钠：0.5 ， 纯碱： 0.5 ， 氢氧化铝：14 ， 缩合磷酸铝：1 ， 二氧化钛：2.5 ， 氧化锌：1， 氧化镁：0.1和碳酸钾：0.4；
其生产方法依次包括以下工艺步骤：
（1）将上述原料混合均匀，投入玻璃熔窑中加热至1500℃，熔化成纳晶液；
（2）熔化好的纳晶熔液继续进行均化、冷却流到至流道口，温度为1450℃；
（3）.纳晶熔液从流道口进入成型部的大锡槽，而后进入小锡槽，熔液漂浮在锡液表面上，根据板材生产厚度的不同熔液在相匹配的拉引速度160m\h，拉边机速度50m/h，表面张力、纳晶液流量的共同作用下，形成具有一定宽度和厚度的纳晶板材，成型温度控制在1000℃；
（4）纳晶带在950℃温度环境下进入热处理窑，均匀核化、晶化；
（5）晶化后的纳晶带在750℃温度环境下进入退火窑，进行均匀退火；
（6）退火后的纳晶带经切裁，得到合格的纳晶板材。
实例3、、纳晶板材组分的化学成份重量百分比为：
SiO2 : 64.5， Al2O 3 ：20 ， B2O3 ：0.05 ， CaO ：0.2 ， MgO ：0.15 ， ZnO ：2 ， K2O : 0.4， Na2O ：0.3 ， FeO2 ：0.3 ，ZrO2 : 2 ，P2O5 : 1.5， TiO2 : 3 ， Li2O: 5 和As2O3 : 3；
该实例中原料组分百分比为：锂辉石50.5 ，石英石：20.5 ，硅酸锆：3 ，氧化砷：3，复合肥：6.5， 硝酸钠：0.3 ，纯碱：0.4 ，氢氧化铝：10.5 ， 缩合磷酸铝： 2， 氧化钛：1.5， 氧化锌： 1.5 ， 氧化镁：0.2和 碳酸钾0.1；
其生产方法依次包括以下工艺步骤：
（1） 将上述原料将上述原料混合均匀，投入到熔窑中加热至1650℃，熔化成纳晶液；
（2） 熔化好的纳晶熔液继续均化、冷却至流道口，温度为1300℃；
（3） .纳晶熔液从熔窑经从流道口进入成型部的大锡槽，而后进入小锡槽，熔液漂浮在锡液表面上，根据板材生产厚度的不同熔液在相匹配的拉引速度140m\h，拉边机速度35m/h，表面张力、纳晶液流量的共同作用下，形成具有一定宽度和厚度的纳晶板材，成型温度控制在1150℃；
（4） 纳晶带在700℃温度环境下进入热处理窑，均匀核化、晶化；
（5） 晶化后的纳晶带在温500℃度环境下进入退火窑，进行均匀退火；
（6） 退火后的纳晶带经切裁，得到合格的纳晶板材。
Claims (10)
1.一种纳晶板材，其特征在于；该板材其组分的化学成份重量百分比：SiO2 : 64---67%， Al2O 3 ： 19---23% ， B2O3 ：0.05----0.2% ， CaO ：0.1----0.3% ， MgO ：0.1—0.5% ， ZnO ：1----2% ， K2O : 0.1----0.4%， Na2O ：0.2----0.6%， FeO2 ：0.2---0.5%， ZrO2 : 1.5—3%， P2O5 : 1---2%， TiO2 : 2---4%， Li2O: 2---5% 和As2O3 : 1---3%。
2.根据权利要求1所述的纳晶板材，其特征在于：所述纳晶板材采用含Al2O 3 、SiO2 、ZrO2、As2O3 、B2O3、Na2O、 CaO、Al2O 3、P2O5、TiO2、ZnO、MgO、、K2O和Fe2O3化学成份的原料为：锂辉石、石英石、硅酸锆、氧化砷、复合肥、硝酸钠、纯碱、氢氧化铝、缩合磷酸铝、二氧化钛、氧化锌、氧化镁和碳酸钾。
3.一种权利要求1或2所述的纳晶板材的生产方法，其特征在于：该生产方法依次包括以下工艺步骤：
1）将原料按比例均匀混合后制成配合料；
2）将所述配合料投入熔窑、均化和澄清；
3）将熔液温度调整到适宜的成型温度至流道口；
4）熔液经流道口进入成型部的大锡槽，而后进入小锡槽，熔液漂浮在锡液表面上，在相匹配的拉引速度、拉边机速度，纳晶液流速的共同作用下，成型为连续的板材；
5）成型后的板材进入热处理窑，进行均匀核化、晶化；
6）晶化后的成型板材经过渡辊进入退火窑内退火，以消除板材的内应力；
7）退火后的成型板材经自控切裁，得到合格的纳晶板材。
4.根据权利要求3所述纳晶板材生产方法，其特征在于：所述在熔窑进行熔化的温度1500----1750℃，使之熔化成纳晶熔液。
5.根据权利要求3所述纳晶板材生产方法，其特征在于：所述熔液继续均化、冷却流至流道口，温度为1300---1500℃。
6.根据权利要求3所述纳晶板材生产方法，其特征在于：所述纳晶熔液从熔窑经大锡槽而后进入小锡槽，漂浮在锡液上，再进入流液道口，熔液在相匹配的拉引速度140---160m/h，，拉边机速度40---50m/h，表面张力、纳晶液流量的共同作用下，形成具有一定宽度和厚度的纳晶板材，成型温度控制在1000---1300℃。
7.根据权利要求3所述纳晶板材生产方法，其特征在于：所述成型板材纳晶带在 700---1000℃ 温度环境下进入热处理窑，进行核化、晶化。
8.根据权利要求3所述纳晶板材生产方法，其特征在于：所述晶化后的成型板材纳晶带在500--800℃环境下进入退火窑退火。
9.根据权利要求3所述纳晶板材生产方法，其特征在于：所述成型板材纳晶带在 700---1000℃ 温度环境下进入热处理窑，进行核化、晶化。
10.根据权利要求3所述纳晶板材生产方法，其特征在于：所述晶化后的成型板材纳晶带在500--800℃环境下进入退火窑退火。
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