CN103880284A - 一种含有氧化铜的玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有氧化铜的玻璃及其制备方法。玻璃包括以下重量份计的原料：二氧化硅10～20份、氧化钙10～30份、氧化钾20～30份、氧化铜40～50份、氯化银50～60份、磷酸钠60～65份、焦磷酸钠35～38份、次磷酸钠40～80份、三聚磷酸钠20～60份、磷酸氢二钾30～80份、酸式焦磷酸钠40～60份、二氧化钛20～50份。其制备方法是：将各原料混合均匀，熔制，待原料完全熔化，搅拌，降温至500～600℃时取出该玻璃液，浇注在模具上；退火，先在170～230℃的温度下保持1～2h，然后以2～5℃/小时的速率降温至100～110℃，自然冷却。本发明提高了玻璃的化学稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃，尤其涉及一种含有氧化铜的玻璃及其制备方法。
背景技术
玻璃色彩多样，节能环保，为室内外增添美感，还可以隔热阻寒，防爆抗震，为居室保暖同时添加安全保险。玻璃是一种透明的半固体，半液体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学氧化物的组成(Na2O·CaO·6SiO2),主要成份是二氧化硅。广泛应用于建筑物，用来隔风透光，属于混合物。另有混入了某些金属的氧化物或者盐类而显现出颜色的有色玻璃，和通过特殊方法制得的钢化玻璃等。有时把一些透明的塑料也称作有机玻璃。玻璃是一种无规则结构的非晶态固体（从微观上看，玻璃也是一种液体），其原子不像晶体那样在空间具有长程有序的排列，而近似于液体那样具有短程有序。玻璃像固体一样保持特定的外形，不像液体那样随重力作用而流动。玻璃态物质一般是由熔融体快速冷却而得到，从熔融态向玻璃态转变时，冷却过程中黏度急剧增大，质点来不及做有规则排列而形成晶体，没有释出结晶潜热，因 此，玻璃态物质比结晶态物质含有较高的内能，其能量介于熔融态和结晶态之间，属于亚稳状态。从力学观点看，玻璃是一种不稳定的高能状态，比如存在低能量状 态转化的趋势，即有析晶倾向，所以，玻璃是一种亚稳态固体材料。
其中，钢化玻璃是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近软化点的700度左右，再进行快速均匀的冷却而得到的（通常5-6MM的玻璃在700度高温下加热240秒左右，降温150秒左右。8-10MM玻璃在700度高温下加热500秒左右，降温300秒左右。总之，根据玻璃厚度不同，选择加热降温的时间也不同）。钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力，而内部则形成张应力，使玻璃的抗弯和抗冲击强度得以提高，其强度约是普通退火玻璃的四倍以上。已钢化处理好的钢化玻璃，不能再作任何切割、磨削等加工或受破损，否则就会因破坏均匀压应力平衡而“粉身碎骨”。钢化玻璃 （Tempered glass/Reinforced glass） 属于安全玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。但是钢化玻璃的成本比较高。
但是一般的玻璃热转变温度低，性能不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种含有氧化铜的玻璃及其制备方法，玻璃的化学性能稳定。
一种含有氧化铜的玻璃，包括以下重量份计的原料：二氧化硅10～20份、氧化钙10～30份、氧化钾20～30份、氧化铜40～50份、氯化银50～60份、磷酸钠60～65份、焦磷酸钠35～38份、次磷酸钠40～80份、三聚磷酸钠20～60份、磷酸氢二钾30～80份、酸式焦磷酸钠40～60份、二氧化钛20～50份。
作为优选，二氧化硅10～15份、氧化钙10～20份、氧化钾20～25份、氧化铜40～45份、氯化银50～55份、磷酸钠60～63份、焦磷酸钠35～37份、次磷酸钠40～60份、三聚磷酸钠20～50份、磷酸氢二钾30～70份、酸式焦磷酸钠40～50份、二氧化钛20～40份。
作为优选，二氧化硅15份、氧化钙20份、氧化钾25份、氧化铜45份、氯化银55份、磷酸钠63份、焦磷酸钠36份、次磷酸钠60份、三聚磷酸钠40份、磷酸氢二钾50份、酸式焦磷酸钠50份、二氧化钛30份。
含有氧化铜的玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各原料混合均匀，放入铂金坩埚中熔制，熔化温度为700～800℃，待原料完全熔化，继续升高温度为950～1000℃，并用铂金螺旋桨以20～60转/分钟搅拌30～40分钟，降温至500～600℃时取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热170～230℃的模具上；
（2）将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在170～230℃的温度下保持1～2h，然后以2～5℃/小时的速率降温至100～110℃，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
作为优选，步骤（1）的熔化温度为700～750℃。
作为优选，步骤（1）的熔化温度为730℃。
本发明通过添加氧化铜，一方面增加了玻璃的成玻璃性能，制得的玻璃透明无气泡；同时也有效增加了玻璃的二阶非线性折射率，提高了玻璃的化学稳定性。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种含有氧化铜的玻璃，包括以下重量份计的原料：二氧化硅10份、氧化钙10份、氧化钾20份、氧化铜40份、氯化银50份、磷酸钠60份、焦磷酸钠35份、次磷酸钠40份、三聚磷酸钠20份、磷酸氢二钾30份、酸式焦磷酸钠40份、二氧化钛20份。
含有氧化铜的玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各原料混合均匀，放入铂金坩埚中熔制，熔化温度为700℃，待原料完全熔化，继续升高温度为950℃，并用铂金螺旋桨以20转/分钟搅拌30分钟，降温至500℃时取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热170℃的模具上；
（2）将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在170℃的温度下保持1h，然后以2℃/小时的速率降温至100℃，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
实施例2
一种含有氧化铜的玻璃，包括以下重量份计的原料：二氧化硅20份、氧化钙30份、氧化钾30份、氧化铜50份、氯化银60份、磷酸钠65份、焦磷酸钠38份、次磷酸钠80份、三聚磷酸钠60份、磷酸氢二钾80份、酸式焦磷酸钠60份、二氧化钛50份。
含有氧化铜的玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各原料混合均匀，放入铂金坩埚中熔制，熔化温度为800℃，待原料完全熔化，继续升高温度为1000℃，并用铂金螺旋桨以60转/分钟搅拌40分钟，降温至600℃时取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热230℃的模具上；
（2）将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在230℃的温度下保持2h，然后以5℃/小时的速率降温至110℃，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
实施例3
一种含有氧化铜的玻璃，包括以下重量份计的原料：二氧化硅15份、氧化钙20份、氧化钾25份、氧化铜45份、氯化银55份、磷酸钠63份、焦磷酸钠36份、次磷酸钠60份、三聚磷酸钠40份、磷酸氢二钾50份、酸式焦磷酸钠50份、二氧化钛30份。
含有氧化铜的玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各原料混合均匀，放入铂金坩埚中熔制，熔化温度为750℃，待原料完全熔化，继续升高温度为980℃，并用铂金螺旋桨以40转/分钟搅拌35分钟，降温至550℃时取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热200℃的模具上；
（2）将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在200℃的温度下保持1.5h，然后以3℃/小时的速率降温至105℃，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
实施例4
一种含有氧化铜的玻璃，包括以下重量份计的原料：二氧化硅12份、氧化钙12份、氧化钾22份、氧化铜42份、氯化银52份、磷酸钠62份、焦磷酸钠36份、次磷酸钠42份、三聚磷酸钠22份、磷酸氢二钾32份、酸式焦磷酸钠42份、二氧化钛22份。
含有氧化铜的玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各原料混合均匀，放入铂金坩埚中熔制，熔化温度为720℃，待原料完全熔化，继续升高温度为980℃，并用铂金螺旋桨以27转/分钟搅拌32分钟，降温至520℃时取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热180℃的模具上；
（2）将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在180℃的温度下保持1.2h，然后以3℃/小时的速率降温至102℃，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
实施例5
一种含有氧化铜的玻璃，包括以下重量份计的原料：二氧化硅18份、氧化钙18份、氧化钾28份、氧化铜48份、氯化银58份、磷酸钠63份、焦磷酸钠37份、次磷酸钠48份、三聚磷酸钠28份、磷酸氢二钾38份、酸式焦磷酸钠48份、二氧化钛28份。
含有氧化铜的玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各原料混合均匀，放入铂金坩埚中熔制，熔化温度为780℃，待原料完全熔化，继续升高温度为980℃，并用铂金螺旋桨以28转/分钟搅拌38分钟，降温至580℃时取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热180℃的模具上；
（2）将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在180℃的温度下保持1.8h，然后以4℃/小时的速率降温至108℃，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
实施例6
一种含有氧化铜的玻璃，包括以下重量份计的原料：二氧化硅17份、氧化钙17份、氧化钾27份、氧化铜47份、氯化银57份、磷酸钠65份、焦磷酸钠35份、次磷酸钠47份、三聚磷酸钠27份、磷酸氢二钾37份、酸式焦磷酸钠47份、二氧化钛27份。
含有氧化铜的玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各原料混合均匀，放入铂金坩埚中熔制，熔化温度为777℃，待原料完全熔化，继续升高温度为970℃，并用铂金螺旋桨以27转/分钟搅拌37分钟，降温至570℃时取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热177℃的模具上；
（2）将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在177℃的温度下保持1.2h，然后以2.5℃/小时的速率降温至107℃，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
实施例7
一种含有氧化铜的玻璃，包括以下重量份计的原料：二氧化硅17份、氧化钙17份、氧化钾27份、氧化铜47份、氯化银57份、磷酸钠65份、焦磷酸钠36份、次磷酸钠42份、三聚磷酸钠22份、磷酸氢二钾32份、酸式焦磷酸钠42份、二氧化钛22份。
含有氧化铜的玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各原料混合均匀，放入铂金坩埚中熔制，熔化温度为770℃，待原料完全熔化，继续升高温度为980℃，并用铂金螺旋桨以60转/分钟搅拌37分钟，降温至570℃时取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热220℃的模具上；
（2）将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在220℃的温度下保持1.2h，然后以4℃/小时的速率降温至106℃，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
对照例
原料和方法同实施例1，不同的是：原料中不含氧化铜。
性能测试：将实施例1～3的玻璃进行性能测试，其中，n2为玻璃的二阶非线性折射率。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对照 | |
| 成玻璃情况 | 透明 | 透明 | 透明 | 透明且少量气泡 |
| n2(×10-12esu) | 2.89 | 2.54 | 2.32 | 1.23 |
本发明通过添加氧化铜，一方面增加了玻璃的成玻璃性能，制得的玻璃透明无气泡；同时也有效增加了玻璃的二阶非线性折射率，提高了玻璃的化学稳定性。
由于二氧化硅本身的非线性效应相当低，很难直接产生超连续谱，加入氧化铜可以提高二氧化硅玻璃在非线性系数上的特性，而且酸式焦磷酸钠的加入，可以使玻璃具有更高的非线性，提高玻璃的物化稳定性。
Claims (6)
1.一种含有氧化铜的玻璃，其特征在于：包括以下重量份计的原料：二氧化硅10～20份、氧化钙10～30份、氧化钾20～30份、氧化铜40～50份、氯化银50～60份、磷酸钠60～65份、焦磷酸钠35～38份、次磷酸钠40～80份、三聚磷酸钠20～60份、磷酸氢二钾30～80份、酸式焦磷酸钠40～60份、二氧化钛20～50份。
2.根据权利要求1所述的含有氧化铜的玻璃，其特征在于：二氧化硅10～15份、氧化钙10～20份、氧化钾20～25份、氧化铜40～45份、氯化银50～55份、磷酸钠60～63份、焦磷酸钠35～37份、次磷酸钠40～60份、三聚磷酸钠20～50份、磷酸氢二钾30～70份、酸式焦磷酸钠40～50份、二氧化钛20～40份。
3.根据权利要求1所述的含有氧化铜的玻璃，其特征在于：二氧化硅15份、氧化钙20份、氧化钾25份、氧化铜45份、氯化银55份、磷酸钠63份、焦磷酸钠36份、次磷酸钠60份、三聚磷酸钠40份、磷酸氢二钾50份、酸式焦磷酸钠50份、二氧化钛30份。
4.权利要求1所述的含有氧化铜的玻璃的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将各原料混合均匀，放入铂金坩埚中熔制，熔化温度为700～800℃，待原料完全熔化，继续升高温度为950～1000℃，并用铂金螺旋桨以20～60转/分钟搅拌30～40分钟，降温至500～600℃时取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热170～230℃的模具上；
（2）将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在170～230℃的温度下保持1～2h，然后以2～5℃/小时的速率降温至100～110℃，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
5.根据权利要求4所述的含有氧化铜的玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（1）的熔化温度为700～750℃。
6.根据权利要求4所述的含有氧化铜的玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（1）的熔化温度为730℃。
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