CN103663962B

CN103663962B - 玻璃组合物

Info

Publication number: CN103663962B
Application number: CN201210322255.0A
Authority: CN
Inventors: 孙伟
Original assignee: CDGM Glass Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-09-04
Also published as: CN103663962A

Abstract

本发明提供一种不含TiO₂、透光率性能优异的空间用玻璃组合物。玻璃组合物，其组分按重量百分比含有：SiO₂？55-75%、B₂O₃？1-7.5%、Al₂O₃？1-7%、Na₂O14.5-20%、SrO？0.1-3%、ZnO？0.1-3%、CeO₂2-7%，白光平均透射比≥90%。本发明由于合理安排组成成分及其含量，使组分中不含有TiO₂，玻璃的白光平均透射比≥90%，有效提高玻璃透光性能，能够有效延长玻璃使用寿命。同时，本发明玻璃的密度为2.15-2.56g/cm³,折射率为1.51-1.53，线膨胀系数α≤90×10-7/℃，抗辐照性能≤0.8%。

Description

玻璃组合物

技术领域

本发明涉及一种玻璃组合物，特别是涉及一种空间用抗辐照玻璃组合物。

背景技术

近年来，全球的航天事业取得了前所未有的进步，发射成功的卫星在通讯、气象、军事等领域发挥着重要的作用。航天卫星能够在太空中工作，太阳能电池阵发挥着重要作用，它是卫星工作能源的唯一来源。它将太阳光转换成电能给卫星上负载供电，同时为阴影时间工作的储能蓄电池组充电。在地球的空间存在着许多的宇宙射线、太阳辐射以及地球自身的辐射。

不论是低地球轨道还是高轨道的卫星，对于直接暴露在外层空间的太阳能电池阵来说，空间带电粒子的辐射都是存在的。空间飞行器在运行时，空间粒子及射线会侵害供给能源的太阳能电池阵，使其被击穿，造成短路而失效。为了保护太阳能电池，通常会在太阳能电池上加盖玻璃盖板。普通的无色玻璃虽然不会改变其可见光透过性能，但玻璃在空间中同样会受到高能粒子或射线的辐射，而这类玻璃在遭受各种高能粒子或射线辐射之后，透过率会下降。透过率的下降，将直接导致太阳能电池的供电不足，从而使航天器失去可靠的电源供应。

为了实现航天安全，需要一种能有效地保护太阳能电池免受空间粒子轰击的玻璃，延长太阳能电池的使用寿命，不降低或轻微降低可见光透过率，使航天器得到可靠地电源供应。US4746634公开了一种空间用特种玻璃，但由于其组分中含有TiO₂，使得玻璃易着色，降低了可见光的透过率，玻璃的使用寿命较短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不含TiO₂、透光率性能优异的空间用玻璃组合物。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：玻璃组合物，其组分按重量百分比含有：SiO₂55-75%、B₂O₃1-7.5%、Al₂O₃1-7%、Na₂O14.5-20%、SrO0.1-3%、ZnO0.1-3%、CeO₂2-7%，白光平均透射比≥90%。

进一步的，其组分按重量百分比组成为：SiO₂55-75%、B₂O₃1-7.5%、Al₂O₃1-7%、Na₂O14.5-20%、SrO0.1-3%、ZnO0.1-3%、CeO₂2-7%、Sb₂O₃0-1%。

进一步的，其中：SiO₂67-72%。

进一步的，其中：B₂O₃3.2-7%。

进一步的，其中：ZnO0.5-2%。

进一步的，其中：Na₂O14.5-18%。

进一步的，其中：SrO1.2-2%。

进一步的，所述玻璃密度为2.51-2.56g/cm³,折射率为1.51-1.53，线膨胀系数α≤90×10^-7/℃，抗辐照性能≤0.8%。

玻璃组合物，其组分按重量百分比组成为：SiO₂55-75%、B₂O₃1-7.5%、Al₂O₃1-7%、Na₂O14.5-20%、SrO0.1-3%、ZnO0.1-3%、CeO₂2-7%、Sb₂O₃0-1%。

进一步的，其中：SiO₂67-72%。

进一步的，其中：B₂O₃3.2-7%。

进一步的，其中：ZnO0.5-2%。

进一步的，其中：Na₂O14.5-18%。

进一步的，其中：SrO1.2-2%。

进一步的，其中：Al₂O₃1.4-5.5%。

进一步的，其中：Na₂O15-17.4%。

进一步的，其中：CeO₂2.7-6.7%。

进一步的，其中：SiO₂+Al₂O₃56-82%。

采用上述玻璃组合物制成的空间用抗辐照玻璃。

本发明的有益效果是：本发明由于合理安排组成成分及其含量，使组分中不含有TiO₂，玻璃的白光平均透射比（T）≥90%，有效提高玻璃透光性能，能够有效延长玻璃使用寿命。同时，本发明玻璃的密度（ρ）为2.15-2.56g/cm³,折射率（nd）为1.51-1.53，线膨胀系数α≤90×10-7/℃（20-120℃的平均值），抗辐照性能（S）≤0.8%。

具体实施方式

下面将描述本发明光学玻璃的各个组分，除非另有说明，各个组分含量都采用重量百分比表示。

SiO₂是形成玻璃的网络生成体氧化物，可以增大玻璃的高温粘度，提高玻璃的耐失透性能。当其含量低于55%时，效果不充分；而当其含量高于75%时，玻璃的熔融性变差，气泡难以消除。因此，SiO₂的含量限定为55-75%，更优选含量为67-72%。

B₂O₃也是玻璃网络生成体氧化物，同时也是提高玻璃熔融性和降低玻璃粘度的必要成分，可以在玻璃熔融时作为溶剂。但如果含量太高，透过率会降低，使太阳能电池的效率降低，且在熔融时从玻璃表面的挥发会显著增多，容易产生玻璃缺陷。因此其含量限定为1-7.5%，更优选为3.2-7%。

Al₂O₃可以改善玻璃化学稳定性、降低玻璃析晶倾向以及提高玻璃硬度和机械性能，若Al₂O₃含量在1%以下，化学稳定性不好，达不到机械强度要求；但当其超过7%时，玻璃粘度增加，耐失透性能恶化。因此，Al₂O₃的含量为1-7%，更优选为1.4-5.5%。

发明人发现通过调整SiO₂和Al₂O₃的合计量，还可以有效提高玻璃的机械性能；若SiO₂和Al₂O₃合计量达不到56%，则达不到效果，若两者合计量超过82%，玻璃熔融性能变差；优选二者合计范围为60-78%，更优选为65-75%。

ZnO可以降低玻璃的析晶倾向，还可以降低玻璃的高温粘度和膨胀系数，改善玻璃的光泽，但当其含量超过3%时，耐失透性变差，因此ZnO优选含量为0.1-3%，更优选为0.5-2%。

Na₂O可以降低玻璃转变温度，提高玻璃的熔化性能和调整光学常数，同时具有提高玻璃透明度、增加玻璃透光率的作用。当其含量低于14.5%时，上述效果不明显，但当其含量超过20%时，会增加玻璃的析晶倾向，化学稳定性变差，所以Na₂O的含量优选为14.5-20%，更优选为14.5-18%，最优选为15-17.4%。

CeO₂的引入使玻璃具有耐辐射的性能，是抗辐照玻璃必不可少的组分，因此CeO₂的优选含量为2-7%，更优选为2.7-6.7%。

SrO可以提高玻璃的化学稳定性以及玻璃的均质性，同时抑制玻璃析晶，SrO的优选含量为0.1-3%，更优选为1.2-2%。

可选地，在玻璃熔融过程中可以加入Sb₂O₃作为玻璃的澄清剂，含量一般为0-1%，含量过高则极大地损坏铂金器皿；含量过低起不到澄清的作用。

下面描述本发明玻璃组合物的性能。

线膨胀系数的测试方法：

将试样置于加热电炉中，测出试样升高1℃时的相对伸长率称为该试样玻璃的线膨胀系数。平均线膨胀系数α用下式（1）表示：

α=(Lt-L₀)/[L₀×(t-t₀)]………(1)

式中：L₀…………试样在温度t₀=20℃时的长度，mm；

Lt…………试样被加热到温度t时的长度，mm。

膨胀仪测定准确度1.5%；温度控制准确度±4%；游标卡尺准确度不低于0.02mm。

测试步骤为：测量试样在20℃时的长度L₀；再按照仪器升温要求由20℃升至120℃，然后测出这时的试样长度Lt；测出每个试样的α值，然后计算出算术平均值。试样应无气泡、条纹、结石，试样尺寸按仪器的要求制备，试样不少于两个。

密度的测试方法：

原理：设物体在空气中的重量为G，物体在水中称得重量为G₁，则依据下式求出玻璃的密度（ρ）：

ρ=G/(G-G₁)…………………(2)

仪器设备：分析天平一台，感重0.1mg；100ml烧杯一只；蒸馏水300ml；铜丝φ0.08mm；载物用三脚架一只。

试样应是无气泡、结石、条纹的三块盖片玻璃，每块重约10g左右，盖片玻璃表面应是自然断裂的光滑面，表面应无油污和赃物。

测试步骤：a、称得试样在空气中的重量G；b、称得试样在蒸馏水中的重量G₁。

将三个试样测完后，按公式（2）算出ρ，再算出平均值即可得到玻璃密度。

折射率的测试方法：

所用仪器和试剂包括：阿贝折射仪一台、钠光灯、α—溴代奈油。

取无气泡、结石、条纹的玻璃加工成9mm×20mm×4mm的长方形试样，其中一个最大面与顶端最小面要经过抛光，试样不得少于2个。

在试样的抛光大面上，滴α—溴代奈油，贴在仪器试样座上。转动读数旋钮，将目镜中十字线对准式样的亮暗交界线上，从窗口上读出试样的折射率值。

白光平均透射比测试方法：

仪器：双光束紫外—近红外分光光度计；

玻璃试样厚度：2mm

测试波长范围为400nm-760nm，测试间隔为20nm；

光源发出的光通过单色器，分成连续光谱线，每次测试用光电接收器测试光谱通过试样前后的功率比，得到光谱透射比T_X，将每次测得T_X的合计量与测试次数相除，即为白光平均透射比。

抗辐照性能：

玻璃样品厚度：0.08mm≤d≤0.16mm

试样辐照条件是：a能量1MeV、b剂量率5×10¹⁰-2×10¹²/cm²·s、c累积通量1×10¹⁶e/cm²。在500-1000nm波长范围内测定盖片在电子辐照前后的光谱透射比，其平均值的相对衰减值按下式（3）计算：

S=(T₁－T₂)/T₁×100%............(3)

式中：

T₁——盖片辐照前的透射比；

T₂——盖片辐照后的透射比。

实施例

现在描述本发明的实施例。

表1

表2

表3

通过表1-3中的实施例可以看出，本发明玻璃的密度（ρ）为2.15-2.56g/cm³,折射率（nd）为1.51-1.53，线膨胀系数α≤90×10^-7/℃（20-120℃的平均值），抗辐照性能（S）≤0.8%，白光平均透射比（T）≥90%，有效提高了玻璃透光性能，能够有效延长玻璃使用寿命。

Claims

1.玻璃组合物，其特征在于，其组分按重量百分比含有：SiO₂55-75％、B₂O₃1-7.5％、Al₂O₃1-7％、Na₂O14.5-20％、SrO0.1-3％、ZnO0.1-3％、CeO₂2.82-7％，白光平均透射比≥90％。

2.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，其组分按重量百分比组成为：SiO₂55-75％、B₂O₃1-7.5％、Al₂O₃1-7％、Na₂O14.5-20％、SrO0.1-3％、ZnO0.1-3％、CeO₂2.82-7％、Sb₂O₃0-1％。

3.如权利要求1或2所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：SiO₂67-72％。

4.如权利要求1或2所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：B₂O₃3.2-7％。

5.如权利要求1或2所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：ZnO0.5-2％。

6.如权利要求1或2所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：Na₂O14.5-18％。

7.如权利要求1或2所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：SrO1.2-2％。

8.如权利要求1或2所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃密度为2.51-2.56g/cm³,折射率为1.51-1.53，线膨胀系数α≤90×10^-7/℃，抗辐照性能≤0.8％。

9.玻璃组合物，其特征在于，其组分按重量百分比组成为：SiO₂55-75％、B₂O₃1-7.5％、Al₂O₃1-7％、Na₂O14.5-20％、SrO0.1-3％、ZnO0.1-3％、CeO₂2.82-7％、Sb₂O₃0-1％。

10.如权利要求9所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：SiO₂67-72％。

11.如权利要求9所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：B₂O₃3.2-7％。

12.如权利要求9所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：ZnO0.5-2％。

13.如权利要求9所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：Na₂O14.5-18％。

14.如权利要求9所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：SrO1.2-2％。

15.如权利要求9所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：Al₂O₃1.4-5.5％。

16.如权利要求9所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：Na₂O15-17.4％。

17.如权利要求9所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：CeO₂2.82-6.7％。

18.如权利要求9所述的玻璃组合物，其特征在于，其中：SiO₂+Al₂O₃56-82％。

19.采用权利要求1-18所述的任一玻璃组合物制成的空间用抗辐照玻璃。