CN106082645B - 一种高强度本体着色浮法玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度本体着色浮法玻璃，其包括基础玻璃组分和着色剂组分；所述基础玻璃组分中以摩尔百分比为单位的基本玻璃组分如下：SiO2：63～74，Al2O3：3～6，Na2O：8～14，K2O：2.5～4，MgO：5～9.5，CaO：1～3.2，BaO：0.5~3，ZrO2：0.3～1.3；在上述基础玻璃组分中每制出100千克玻璃需加入下含量的着色剂组分（单位：千克）成为玻璃的全部组分组成NiO：0.01～0.1，Fe2O3：0.15～0.95，Co2O3：0.0002～0.03，Se：0.01～0.3，SnO：0.02～0.1。本发明具有更优良的抗外力冲击性能、抗划伤性能及更长的使用寿命；有较高的可见光透过率，较强的红外吸收率和紫外吸收率及外观上呈现出的特殊色彩。

Description

一种高强度本体着色浮法玻璃
技术领域
本发明属于浮法玻璃生产技术领域，涉及到一种特殊的玻璃组分，特别涉及一种高强度本体着色浮法玻璃。
技术背景
随着科学技术的不断进步，人们的生活水平、消费水平也在不断提高，汽车开始成为人们的普通代步工具，高铁、飞机等各种方便快捷的交通工具把人们带向地球的四面八方。普通的钠钙硅酸盐玻璃是目前汽车、列车常用的窗玻璃。当这些交通工具在高速奔驰时，窗玻璃不可避免的要遭受环境中砂砾等硬物的摩擦、冲撞，阳光里的紫外线、红外线大量辐射进交通空间。由于空气中的灰尘、砂粒等物质硬度都比钠钙硅酸盐玻璃的硬度大，当车辆在快速行进时，不断遭受这些硬物划伤，一方面影响车辆美观，另外也影响驾驶人员的事业观察，给驾驶带来安全风险。
大量含有红外线、紫外线的阳光照进车辆空间也给驾乘人员带来严重的燥热感，以及紫外线给人带来皮肤的伤害和车内材料的老化,尤其夏季为了给车内降温将耗费大量的能源。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度本体着色浮法玻璃，其比普通浮法玻璃具有更优良的抗外力冲击性能、抗划伤性能及更长的使用寿命,并且用该组分生产出的玻璃其色调呈现出素雅的灰色，功能上具有较强的红外吸收率和紫外吸收率，特别适合于各种交通工具的窗玻璃。
本发明的目的采用如下技术方案来实现：所述的玻璃组分中按其在玻璃中的作用分为基础玻璃组分和着色剂组份。
所述基础玻璃组分中以摩尔百分比表示如下： SiO2 ：63～74，Al2O3：3～6，Na2O：8～14，K2O：2.5～4 ，MgO：5～9.5，CaO：1～3.2，BaO：0.5~3 ，ZrO2 ：0.3～1.3。
在上述基础玻璃组分中该配方中SiO2与（R2O+ XO）的摩尔比为2.1～3.3，Al2O3与SiO2的摩尔比控制在0.04～0.1之间，其中R= Na，K，X=Mg，Ca，Ba。
在上述基础玻璃组分中每制出100千克玻璃需加入以下含量的着色剂组分（单位：千克）成为玻璃的全部组分组成
NiO：0.01～0.1， Fe2O3 ：0.15～0.95， Co2O3 ：0.0002～0.03，Se ：0.01～0.3，SnO：0.02～0.1。
本发明的高强度本体着色浮法玻璃的基础玻璃组分的优选范围以摩尔百分比表示如下：
SiO2 优选范围为：63～74%，
Al2O3优选范围为：3～6%，
Na2O：优选范围为10～14%，
K2O：优选范围为2.5～4% ，
MgO：优选范围为5～9.5%，
CaO优选范围为：1～3.2%，
BaO优选范围为：0.5~3 %，
ZrO2优选范围为：0.3～1.3%。
在上述基础玻璃组分中依据组分中各氧化物在玻璃结构中的作用可分为网络形成体、网络外体、网络中间体。本发明选择SiO2为网络形成体，引入Al2O3作为网络中间体。在玻璃组分中通过引入一价碱金属（R2O）及二价碱土金属（XO）的摩尔百分含量及通过调整SiO2与（R2O+ XO）的摩尔比和Al2O3与SiO2的摩尔比形成结构适宜的铝硅酸盐玻璃结构，使玻璃具有较高的硬度和机械强度、良好的化学稳定性。
在上述的基础玻璃组分中，SiO2属于构成玻璃的网络形成体，其组成占63～74（mol%）。Al2O3的引入用以改善玻璃的强度，在本发明的玻璃结构中Al2O3为铝氧四面体[AlO4]结构，与硅氧四面体组成统一的网络，起到了修补硅氧四面体网络的作用，使玻璃网络的完整性和紧密程度都有提高。以提高玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械性能。为了使1.0mm的玻璃维氏显微硬度达600MPa 、抗折强度达80 Mpa，Al2O3要大于3%mol。但是由于过高的Al2O3用量将导致玻璃配合料的熔制温度过高，玻璃高温液体粘度过大，造成玻璃的熔化和澄清困难，以及成型温度大幅度提高等缺点。为了达到适宜的熔化温度和浮法成型工艺的目的，Al2O3用量要小于6.2% mol。
通过大量实验证明随着SiO2与（R2O+XO）、Al2O3与SiO2的摩尔比的增加，玻璃的弹性模量、剪切模量将明显上升，但是玻璃的熔化温度、成型温度也会大幅度上升，结合现用玻璃熔窑耐火材料配置情况以及成型锡槽的工艺条件，选取SiO2与（R2O+ XO）的摩尔比为2.1～3.3，Al2O3与SiO2的摩尔比为0.04～0.1。
R2O 为K2O和Na2O，是网络外体氧化物，引入后能使硅氧四面体[Si04]所形成的网络松弛、断裂，用于调整玻璃的结构及高温粘度，其组成分别为Na2O：8～14%mol，K2O： 2.5～4%mol，当K2O和Na2O总量低于10.5%mol时，玻璃将难以熔化，当总量高于18%mol 时，玻璃的机械强度显著降低，这与功能上的高强度要求发生背离。
XO为 MgO、CaO、BaO这些二价金属氧化物，引入这些氧化物能显著降低玻璃的高温粘度，提高玻璃的低温粘度，使玻璃既能够在高温便于熔融又能提高玻璃的机械强度，但MgO的摩尔百分比如果超过9.5，CaO的摩尔百分比如果超过3.2，BaO的摩尔百分比如果超过3时将发生玻璃分相及析晶失 透的结果，机械强度也将显著降低。MgO的摩尔百分比如果低于5，CaO的摩尔百分比如果低于1，BaO的摩尔百分比如果低于0.5时将使玻璃高温熔化困难，使玻璃的着色更加困难，玻璃的气泡、结石等缺陷将会大量增多。
ZrO2的摩尔百分含量为0.3～1.3，它们用以调整玻璃的硬度和机械强度。
以上述组分熔制的玻璃（当厚度为1.0mm）显微硬度大于600MPa 、抗压强度大于750 Mpa、抗折强度大于80 Mpa。
为了满足玻璃功能上具有较强的红外吸收率和紫外吸收率及外观上呈现出的特殊色彩，本发明在上述的玻璃组分中中添加适量的能使其按设计需要对不同波长的光波选择性吸收的吸收因子硒、铁、镍、钴、的着色剂组分。本发明以上述基础玻璃组分中按照生成100千克玻璃引入如下含量的着色剂组分（单位：千克）成为玻璃的全部组分组成：
NiO:0.01～0.1，Fe2O3：0.15～0.95，Co2O3：0.0002～0.03，
Se：0.01～0.3，SnO：0.02～0.1。
以上述组分熔制的玻璃（当厚度为5.0mm）紫外光透过率小于25%，红外光透过率小于20%，可见光透过率大于71.5%，主波长为510nm～550nm。
本发明所述的一种高强度本体着色浮法玻璃，用其组分生产出的玻璃比普通浮法玻璃具有更优良的抗外力冲击性能、抗划伤性能及更长的使用寿命。并且用该组分生产出的玻璃其色调呈现出素雅的灰色，功能上具有较强的红外吸收率和紫外吸收率，这种玻璃经过强化后可用于汽车、轮船、铁路机车及飞机等交通工具的风挡安全玻璃及高档住宅安全玻璃。
具体实施方式
按上述基础玻璃和着色剂组成范围设计玻璃的氧化物组成，采用含有这些氧化物的矿物粉料或化工原料准确计算称量混合后，加入到坩埚中，根据每组玻璃的不同，设置不同的熔化退火温度，将退火好的玻璃切割、精细磨抛至50*50*1mm和50*50*5mm两种规格的玻璃试样，分别测试弹性模量、抗压强度、抗折强度等机械性能，用紫外-可见光-近红外分光光度计cary-500进行紫外-可见光-近红外光透过率及颜色指数的测试。表1是六个具体实施例及测试结果：
表1 实施例及测试结果
实施例1 (mol ) 实施例2 (mol ) 实施例3 (mol ) 实施例4 (mol ) 实施例5 (mol ) 实施例6 (mol )
SiO<sub>2</sub> 63.1 67.3 73.5 72.0 70.0 69.6
ZrO<sub>2</sub> 1.3 1.3 0.3 0.6 1.3 1.3
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5.5 5.2 3.3 4.5 3.5 4.1
Na<sub>2</sub>O 11.3 10.5 12.5 14 11.0 10.9
K<sub>2</sub>O 3.9 3.6 2.7 2.6 1.7 1.7
CaO 3.0 2.8 1.3 3.1 3.0 2.9
MgO 9.1 8.5 5.5 6.9 8.8 8.8
BaO 2.8 0.7 0.9 1.8 0.7 0.8
NiO(wt%) 0.04 0.05 0.055 0.076 0.028 0.012
Fe<sub>2</sub>O<sub>3(</sub>wt%) 0.76 0.62 0.55 0.65 0.45 0.81
Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(wt%) 0.0012 0.00095 0.0008 0.0036 0.0096 0.021
Se(wt%) 0.085 0.016 0.054 0.25 0.19 0.12
SnO(wt%) 0.052 0.041 0.023 0.065 0.08 0.1
L* 67.29 66.26 64.17 68.11 68.69 69.35
a* -27.46 -38.69 -18.09 -26.76 -5.43 -7.83
b* -3.48 -3.28 -6.87 1.24 2.22 7.77
主波长nm 524 516 526 531 543 545
可见光透过率% 72.5 72.3 71.5 72.8 73.5 74.9
紫外光透过率% 20.5 24.8 23..8 21.5 22.8 18.6
红外光透过率% 15.7 17.1 18.4 16.5 18.8 14.5
抗折强度MPa 81.96 84.52 88.99 86.92 87.12 86.88
抗压强度MPa 765 805 835 843 830 828
显微硬度MPa 615 687 656 695 615 607
熔化温度℃ 1497 1533 1540 1538 1527 1532
作业点温度℃ 1099 1135 1162 1095 1136 1144
从上述实施例可以看出，按上述玻璃基础组分和着色剂组分制成的玻璃完全达到本发明所述的目的，其比普通浮法玻璃具有更优良的抗外力冲击性能、抗划伤性能及更长的使用寿命。并且用该组分生产出的玻璃其色调呈现出素雅的灰色，功能上具有较强的红外吸收率和紫外吸收率。

Claims (5)

1.一种高强度本体着色浮法玻璃，其特征是：所述的玻璃组分中按其在玻璃中的作用包括基础玻璃组分和着色剂组分；
所述基础玻璃组分以摩尔百分比表示如下： SiO2 ：63～74%，Al2O3：3～6%，Na2O：8～14%，K2O：2.5～4% ，MgO：5～9.5%，CaO：1～3.2%，BaO：0.5~3% ，ZrO2 ：0.3～1.3%；
所述基础玻璃组分中的SiO2与（R2O+ XO）的摩尔比为2.1～3.3，Al2O3与SiO2的摩尔比控制在0.04～0.1之间，其中R= Na，K，X=Mg，Ca，Ba；
在上述基础玻璃组分中每制出100千克玻璃需加入以下含量的着色剂组分（单位：千克）成为玻璃的全部组分组成：
NiO：0.01～0.1，Fe2O3 ：0.15～0.95，Co2O3 ：0.0002～0.03 ，
Se：0.01～0.3，SnO：0.02～0.1。
2.根据权利要求1所述的一种高强度本体着色浮法玻璃，其特征是：所述基础玻璃组分的优选范围以摩尔百分比表示如下：
SiO2：63～74%，Al2O3：3～6%，Na2O： 10～14%，
K2O： 2.5～4% ，MgO： 5～9.5%，CaO：1～3.2%，
BaO：0.5~3 %， ZrO2：0.3～1.3%。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度本体着色浮法玻璃，其特征是：所述基础玻璃组分以摩尔百分比表示如下：
SiO2：70.0 %，Al2O3：3.5%，Na2O：11.0%， K2O：1.7% ，MgO：8.8%，CaO：3.0%， BaO：0.7 %，ZrO2：1.3%；
在上述基础玻璃组分中每制出100千克玻璃加入以下含量的着色剂组分（单位：千克）成为玻璃的全部组分组成：
NiO：0.028，Fe2O3 ：0.45，Co2O3 ：0.0096 Se：0.19，
SnO：0.08。
4.根据权利要求1或2所述的一种高强度本体着色浮法玻璃，其特征是：所述基础玻璃组分以摩尔百分比表示如下：
SiO2：63.1 %，Al2O3：5.5%，Na2O：11.3%， K2O：3.9% ，MgO：9.1%，CaO：3.0%， BaO：2.8 %，ZrO2：1.3%；
在上述基础玻璃组分中每制出100千克玻璃加入以下含量的着色剂组分（单位：千克）成为玻璃的全部组分组成：
NiO：0.04，Fe2O3 ：0.76，Co2O3 ：0.0012 ，Se：0.085，
SnO：0.052。
5.根据权利要求1或2所述的一种高强度本体着色浮法玻璃，其特征是：所述基础玻璃组分以摩尔百分比表示如下：
SiO2：72.0 %，Al2O3：4.5%，Na2O：14%， K2O：2.6% ，
MgO：6.9%，CaO：3.1%， BaO：1.8 %， ZrO2：0.6%；
在上述基础玻璃组分中每制出100千克玻璃加入以下含量的着色剂组分（单位：千克）成为玻璃的全部组分组成：
NiO：0.076，Fe2O3 ：0.65，Co2O3 ：0.0036 ，Se：0.25，
SnO：0.065。
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