CN106116144A - 一种红色高硼硅玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种红色高硼硅玻璃的制备方法，首先制备配合料，然后对红色玻璃的熔制及显色，本发明通过高温熔融法制备红色高硼硅玻璃，制备工艺操作过程简单，熔制温度低，节能环保，适于工业化生产；按照本发明制备方法得到的红色高硼硅玻璃二次显色颜色稳定，色差小，反复加热颜色变化小，着色均匀稳定，玻璃透光率高，产品质量稳定。

Description

一种红色高硼硅玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高硼硅玻璃的制备方法，特别涉及一种红色高硼硅玻璃的制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，颜色玻璃越来越受到人们的关注。红色玻璃以其鲜艳的色彩尤其受到消费者的青睐。通过高温熔制方法可以制备的红色玻璃有：大红色的硒镉红玻璃、暗红色的铜红玻璃、玫瑰红色的金红玻璃、紫罗兰红色的钕红玻璃、粉红色的铒红玻璃、樱桃红色的锑红玻璃。到目前为止，硒镉红玻璃的生产技术最为成熟，生产最稳定，应用最广泛。硒镉红玻璃虽然颜色亮丽，但是由于玻璃中含有镉，根据欧盟各国颁布的电器与电子设备废弃物处理法(Waste Electnical and Electronic Equipment,WEEE)，已在2008年禁止使用含Pb、Cd、Hg、Tl的材料。我国2006年1月1日将铅、镉、汞和铋等列为重污染元素。因此，硒镉红玻璃已经在使用中受到限制。因此，制备出色泽均匀、颜色亮丽的红色高硼硅玻璃是解决有毒颜色玻璃问题的一种有效办法。
CN200910220072.6(大连工业大学.一种玫瑰红色硼硅玻壳灯泡的制备方法：中国,CN200910220072.6[P].2010-5-12.)将CuCl、AgNO3混和均匀制成金属熔盐，将预热过的硼硅玻壳灯泡放入保温，取出，冷却，去掉熔盐，用水冲洗干净晾干后将再次预热的硼硅玻壳灯泡放在还原气氛中进行二次热处理，自然冷却，得到玫瑰红色硼硅玻壳灯泡。此方法操作方便、成本低廉、适合规模生产、转产灵活，制品透明、着色均匀。
CN201410082529.2(曹小松.红色仿石微晶玻璃及其制备方法：中国,CN201410082529.2[P].2014-7-2.)以硅钙镁锂钡为主要成分，氧化铒和三氯化金为着色剂，用稀土金属改善性能，成型后得到微晶玻璃呈红色、强度和硬度可满足需求， 但其原料成本高。
CN201010184813.2(浙江大学.含钕紫红色微晶玻璃及其制备方法：中国,CN201010184813.2[P].2010-9-29.)以二氧化硅，氧化锂，氧化铝，氧化镁、氧化锌、氧化钡和氧化硼的混合物，氧化钛，氧化钾和氧化钠的混合物，三氧化二锑为基料，硝酸钕为着色剂，掺入量为基料重量百分比的0.1～2％。将基料与硝酸钕混合均匀后球磨，然后依次经熔制、成型、退火和热处理。此方法制备而得的含钕紫红色微晶玻璃颜色稳定、纯正，抗折强度高，但其原料组分多，不易获取，工艺复杂。
胡志强.金属熔盐离子注入法制造红外线灯泡硼硅玻壳玫瑰红色涂层[Z]大连工业大学.2009.采用金属熔盐法进行着色，得到玫瑰红色硼硅玻壳灯泡色泽鲜艳、均匀透明、性能稳定，其设备比较简单，操作方便，但只适合小规模生产。
CN200610053862.6(李军根.一种大红玻璃的生产工艺:中国,[P].2007-3-28.)以SiO2、Al2O3、Sn、K2O、Na2O、ZnO、B2O3、CdO为原料，按比例均匀混合，在封闭的炉窑中烧制，形成毛坯，将选过的毛胚投入显色炉中加热至达到玻璃软化区域呈大红显色时为止。此生产工艺简单，玻璃在生产过程中不会产生磁化，避免了发生杂色和色差现象，产品质量稳定，原材料损耗浪费少，更适应产业化生产。但其反应完成困难，反应周期长，。
CN200410066744.X(中国科学院上海光学精密机械研究所.掺铬离子发红光玻璃及其制造方法:中国,CN200410066744.X[P].2005-3-2.)以SiO2(45.0-68.0wt％)，B2O2(5.0-50.0wt％)，Al2O2(0.0-15.0wt％)，Na2O(0.0-20.0wt％)，CaO(0.0-15.0wt％)Cr2O2(0.01-2.5wt％)，NH3(0.01-3.0wt％)为玻璃组成，先制备出含铬硅酸盐玻璃，将该玻璃粉碎后掺入B2O3和NH4NO3放入带盖的白金坩埚中，在1400℃的高温下制成含铬硼硅酸盐玻璃再将其放入高温炉中，在600℃热处理40小时后冷却获得掺铬离子发红光玻璃。此方法成本高，高温操作，制备时间长,工艺复杂，不 适合工业化生产。
CN200910155219.8(浙江工业大学.一种中硼硅大红玻璃及制备方法:中国,CN200910155219.8[P].2010-6-2.)通过改进含铅晶质玻璃配方，以无机颜料镉黄与硒粉为着色剂，制备出一种中硼硅大红玻璃。其生产工艺操作过程简单，成本低产品质量稳定，着色均匀，不会出现色差现象，但其不适合工业化大规模生产。
CN200810200833.7(东华大学.一种锑红宝石玻璃配方及其制备方法:中国,CN200810200833.7[P].2009-3-11.)其组分包括：SiO2、Na2O、K2O、CaO、B2O3、Sb2O3、S、C、着色稳定剂CuO，按配方称取原料，研磨，混合均匀，熔制，成型后迅速放入马弗炉退火，自然冷却到室温后显色得到锑红宝石玻璃。此制备过程无毒和低毒化，对人体无害，所得的玻璃中不含有重度污染元素且很好的控制了显色稳定性，但其操作复杂，反应时间长，产量低，不适合工业化生产。
CN200710308077.5(浙江工业大学.一种大红晶质玻璃的配方及其制备工艺:中国,CN200710308077.5[P].2008-7-9.)以SiO2，Na2O或K2O，B2O3，PbO，ZnO，镉红为主要原料按组分量混合均匀，熔融，澄清，浇注成型后立即退火，再将样品进行热处理显色，直到玻璃产生预期的大红色为止。此方法制备的大红含铅晶质玻璃质量稳定，着色均匀，不会出现色差现象，且制备工艺操作过程简单，成本低廉，适于工业化生产，但其反应周期长，显色结果不好判断。
CN201210215950.7(华南理工大学.一种红色硅酸盐玻璃及其制备方法:中国,CN201210215950.7[P].2012-10-17.)以SiO2，Li2O，Na2O，K2O，B2O3，Al2O3，P2O5，MgO，CaO，BaO，ZnO，TiO2，Bi2O3，ZrO2，SrO为原料进行称量，球磨，混匀，熔制，成型，冷却，退火得到红色硅酸盐玻璃。此方法的着色剂廉价，制备过程简单易行，制备的红色玻璃，着色均匀，热稳定性好，且可调整组分，实现玻璃颜色的变化，有望获得广泛的应用，但其原料组成复杂，不易获取，生产成本高， 不利于工业化生产。
CN201010142435.1(徐州康腾微晶玻璃制品科技有限公司.红色微晶玻璃及其制造方法:中国,CN201010142435.1[P].2011-10-5.)以金红石矿渣，石英砂，石灰石，纯碱，氧化锌，碳酸钡，氧化铁，氧化铜，二氧化锰，煤粉，硼砂，氧化铬，为原料配比混合后经熔化、水淬及晶化成型得到红色微晶玻璃。此方法可降低成本、延长设备使用年限，并可降低玻璃熔化温度、降低能耗，是一种绿色环保型建筑装饰材料，但其操作过程复杂，不易掌握。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种配方组成少、工艺过程简单的大红色玻璃的制备方法，按照本发明制备方法得到的大红色玻璃产品质量稳定，玻璃的着色均匀，且制备工艺操作过程简单，成本低廉，适于工业化生产。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)首先，按质量百分比取76～90％的SiO2，0.5～5％的Al2O3，6～15％的B2O3，1～8％的Na2O，0.1～2％的CaO，0.1～2％的K2O备用；
2)然后，将SiO2和Al2O3放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；
3)然后，将B2O3、Na2O、CaO和K2O放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；
4)然后，取配合料A和配合料B总质量0.3～2.0％的SnO2，0.001～0.1％的Au；
5)然后，将HCl和HNO3按1:3的体积比混合得酸溶液，在50～90℃的按1:200的质量比将Au加入到酸溶液中，待Au完全溶解后备用；
6)然后，将SnO2和已经溶解的Au溶液加入混合料A中，混合均匀后形成混合料C；
7)最后，将混合料B加入到混合料C中混合均匀即得到配合料；
第二步，红色玻璃的熔制及显色
1)首先，将配合料分两次加入到已经升温至1500℃的石英坩埚中，然后以3～6℃/min的升温速度升温至1600～1680℃，保温4～6h；
2)然后，以10～20℃/min的降温速度降温至1400～1450℃，保温1～2h；
3)然后，将坩埚取出，将熔融的玻璃液倾倒入400～450℃的不锈钢模具中；
4)最后，将玻璃移入580～680℃退火炉中，保温4～6h后，按照10～20℃/min的降温速度降温至50℃以下即得红色高硼硅玻璃。
所述的SiO2由工业石英砂引入，粒度大于250目标准筛，且FeO含量小于50ppm。
所述的B2O3，Al2O3，Na2O，CaO，K2O，SnO2由分析纯的无水硼酸，氧化铝，硼砂，碳酸钙，碳酸钾，二氧化锡引入，粒度小于30目。
所述的Au的纯度大于99.999％。
本发明通过高温熔融法制备红色高硼硅玻璃，制备工艺操作过程简单，熔制温度低，节能环保，适于工业化生产。按照本发明制备方法得到的红色高硼硅玻璃二次显色颜色稳定，色差小，反复加热颜色变化小，着色均匀稳定，玻璃透光率高，产品质量稳定。
附图说明
图1是实施例1制备的红色高硼硅玻璃的试样透光率曲线图，其中横坐标为入射光波长，纵坐标为透光率。
具体实施方式
实施例1：
1)首先，按质量百分比取78％的SiO2，4％的Al2O3，15％的B2O3，2％的Na2O，0.5％的CaO，0.5％的K2O备用；
2)然后，将SiO2和Al2O3放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；
3)然后，将B2O3、Na2O、CaO和K2O放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；
4)然后，取配合料A和配合料B总质量1.2％的SnO2，0.01％的Au；
5)然后，将HCl和HNO3按1:3的体积比混合得酸溶液，在65℃的按1:200的质量比将Au加入到酸溶液中，待Au完全溶解后备用；
6)然后，将SnO2和已经溶解的Au溶液加入混合料A中，混合均匀后形成混合料C；
7)最后，将混合料B加入到混合料C中混合均匀即得到配合料；
第二步，红色玻璃的熔制及显色
1)首先，将配合料分两次加入到已经升温至1500℃的石英坩埚中，然后以5℃/min的升温速度升温至1620℃，保温5.5h；
2)然后，以15℃/min的降温速度降温至1400℃，保温2h；
3)然后，将坩埚取出，将熔融的玻璃液倾倒入420℃的不锈钢模具中；
4)最后，将玻璃移入630℃退火炉中，保温4.5h后，按照17℃/min的降温速度降温至50℃以下即得红色高硼硅玻璃。
通过分光光度计测试试样的透光率曲线如图1所示。
实施例2：
1)首先，按质量百分比取90％的SiO2，0.5％的Al2O3，6％的B2O3，3％的Na2O，0.4％的CaO，0.1％的K2O备用；
2)然后，将SiO2和Al2O3放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；
3)然后，将B2O3、Na2O、CaO和K2O放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；
4)然后，取配合料A和配合料B总质量0.6％的SnO2，0.001％的Au；
5)然后，将HCl和HNO3按1:3的体积比混合得酸溶液，在85℃的按1:200的质量比将Au加入到酸溶液中，待Au完全溶解后备用；
6)然后，将SnO2和已经溶解的Au溶液加入混合料A中，混合均匀后形成混合料C；
7)最后，将混合料B加入到混合料C中混合均匀即得到配合料；
第二步，红色玻璃的熔制及显色
1)首先，将配合料分两次加入到已经升温至1500℃的石英坩埚中，然后以3.5℃/min的升温速度升温至1650℃，保温4.5h；
2)然后，以20℃/min的降温速度降温至1440℃，保温1.5h；
3)然后，将坩埚取出，将熔融的玻璃液倾倒入450℃的不锈钢模具中；
4)最后，将玻璃移入650℃退火炉中，保温5.5h后，按照13℃/min的降温速度降温至50℃以下即得红色高硼硅玻璃。
实施例3：
1)首先，按质量百分比取83％的SiO2，1％的Al2O3，8％的B2O3，5％的Na2O，1％的CaO，2％的K2O备用；
2)然后，将SiO2和Al2O3放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；
3)然后，将B2O3、Na2O、CaO和K2O放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；
4)然后，取配合料A和配合料B总质量2％的SnO2，0.09％的Au；
5)然后，将HCl和HNO3按1:3的体积比混合得酸溶液，在70℃的按1:200的质量比将Au加入到酸溶液中，待Au完全溶解后备用；
6)然后，将SnO2和已经溶解的Au溶液加入混合料A中，混合均匀后形成混合料C；
7)最后，将混合料B加入到混合料C中混合均匀即得到配合料；
第二步，红色玻璃的熔制及显色
1)首先，将配合料分两次加入到已经升温至1500℃的石英坩埚中，然后以4℃/min的升温速度升温至1630℃，保温5h；
2)然后，以10℃/min的降温速度降温至1420℃，保温1h；
3)然后，将坩埚取出，将熔融的玻璃液倾倒入400℃的不锈钢模具中；
4)最后，将玻璃移入590℃退火炉中，保温6h后，按照19℃/min的降温速度降温至50℃以下即得红色高硼硅玻璃。
实施例4：
1)首先，按质量百分比取83％的SiO2，2.5％的Al2O3，10％的B2O3，1％的Na2O，2％的CaO，1.5％的K2O备用；
2)然后，将SiO2和Al2O3放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；
3)然后，将B2O3、Na2O、CaO和K2O放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；
4)然后，取配合料A和配合料B总质量0.3％的SnO2，0.1％的Au；
5)然后，将HCl和HNO3按1:3的体积比混合得酸溶液，在90℃的按1:200的质量比将Au加入到酸溶液中，待Au完全溶解后备用；
6)然后，将SnO2和已经溶解的Au溶液加入混合料A中，混合均匀后形成混合料C；
7)最后，将混合料B加入到混合料C中混合均匀即得到配合料；
第二步，红色玻璃的熔制及显色
1)首先，将配合料分两次加入到已经升温至1500℃的石英坩埚中，然后以3℃/min的升温速度升温至1680℃，保温4h；
2)然后，以19℃/min的降温速度降温至1430℃，保温1.5h；
3)然后，将坩埚取出，将熔融的玻璃液倾倒入440℃的不锈钢模具中；
4)最后，将玻璃移入670℃退火炉中，保温5h后，按照11℃/min的降温速度降温至50℃以下即得红色高硼硅玻璃。
实施例5：
1)首先，按质量百分比取76％的SiO2，5％的Al2O3，9％的B2O3，8％的Na2O，1.3％的CaO，0.7％的K2O备用；
2)然后，将SiO2和Al2O3放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；
3)然后，将B2O3、Na2O、CaO和K2O放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；
4)然后，取配合料A和配合料B总质量0.9％的SnO2，0.05％的Au；
5)然后，将HCl和HNO3按1:3的体积比混合得酸溶液，在75℃的按1:200的质量比将Au加入到酸溶液中，待Au完全溶解后备用；
6)然后，将SnO2和已经溶解的Au溶液加入混合料A中，混合均匀后形成混合 料C；
7)最后，将混合料B加入到混合料C中混合均匀即得到配合料；
第二步，红色玻璃的熔制及显色
1)首先，将配合料分两次加入到已经升温至1500℃的石英坩埚中，然后以4.5℃/min的升温速度升温至1640℃，保温5h；
2)然后，以17℃/min的降温速度降温至1450℃，保温1h；
3)然后，将坩埚取出，将熔融的玻璃液倾倒入430℃的不锈钢模具中；
4)最后，将玻璃移入680℃退火炉中，保温4h后，按照15℃/min的降温速度降温至50℃以下即得红色高硼硅玻璃。
实施例6：
1)首先，按质量百分比取80％的SiO2，3.5％的Al2O3，12％的B2O3，4％的Na2O，0.1％的CaO，0.4％的K2O备用；
2)然后，将SiO2和Al2O3放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；
3)然后，将B2O3、Na2O、CaO和K2O放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；
4)然后，取配合料A和配合料B总质量1.5％的SnO2，0.03％的Au；
5)然后，将HCl和HNO3按1:3的体积比混合得酸溶液，在50℃的按1:200的质量比将Au加入到酸溶液中，待Au完全溶解后备用；
6)然后，将SnO2和已经溶解的Au溶液加入混合料A中，混合均匀后形成混合料C；
7)最后，将混合料B加入到混合料C中混合均匀即得到配合料；
第二步，红色玻璃的熔制及显色
1)首先，将配合料分两次加入到已经升温至1500℃的石英坩埚中，然后以6℃/min的升温速度升温至1600℃，保温6h；
2)然后，以13℃/min的降温速度降温至1410℃，保温2h；
3)然后，将坩埚取出，将熔融的玻璃液倾倒入410℃的不锈钢模具中；
4)最后，将玻璃移入580℃退火炉中，保温4h后，按照20℃/min的降温速度降温至50℃以下即得红色高硼硅玻璃。
本发明的SiO2由工业石英砂引入，粒度大于250目标准筛，且FeO含量小于50ppm；B2O3，Al2O3，Na2O，CaO，K2O，SnO2由分析纯的无水硼酸，氧化铝，硼砂，碳酸钙，碳酸钾，二氧化锡引入，粒度小于30目；Au的纯度大于99.999％。
本发明通过高温熔融法制备红色高硼硅玻璃，制备工艺操作过程简单，成本较低，节能环保，适于工业化生产。按照本发明制备方法得到的红色高硼硅玻璃化学稳定性良好，着色均匀，透光率高，产品质量稳定，可作为硒镉红玻璃的替代产品。

Claims (4)

1.一种红色高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：
第一步，配合料的制备
1)首先，按质量百分比取76～90％的SiO2，0.5～5％的Al2O3，6～15％的B2O3，1～8％的Na2O，0.1～2％的CaO，0.1～2％的K2O备用；
2)然后，将SiO2和Al2O3放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；
3)然后，将B2O3、Na2O、CaO和K2O放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；
4)然后，取配合料A和配合料B总质量0.3～2.0％的SnO2，0.001～0.1％的Au；
5)然后，将HCl和HNO3按1:3的体积比混合得酸溶液，在50～90℃按1:200的质量比将Au加入到酸溶液中，待Au完全溶解后备用；
6)然后，将SnO2和已经溶解的Au溶液加入混合料A中，混合均匀后形成混合料C；
7)最后，将混合料B加入到混合料C中混合均匀即得到配合料；
第二步，红色玻璃的熔制及显色
1)首先，将配合料分两次加入到已经升温至1500℃的石英坩埚中，然后以3～6℃/min的升温速度升温至1600～1680℃，保温4～6h；
2)然后，以10～20℃/min的降温速度降温至1400～1450℃，保温1～2h；
3)然后，将坩埚取出，将熔融的玻璃液倾倒入400～450℃的不锈钢模具中；
4)最后，将玻璃移入580～680℃退火炉中，保温4～6h后，按照10～20℃/min的降温速度降温至50℃以下即得红色高硼硅玻璃。
2.根据权利要求1所述的红色高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：所述的SiO2由工业石英砂引入，粒度大于250目标准筛，且FeO含量小于50ppm。
3.根据权利要求1所述的红色高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：所述的B2O3，Al2O3，Na2O，CaO，K2O，SnO2由分析纯的无水硼酸，氧化铝，硼砂，碳酸钙，碳酸钾，二氧化锡引入，粒度小于30目。
4.根据权利要求1所述的红色高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：所述的Au的纯度大于99.999％。
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