CN106219984B - 一种高亮度含锰玻璃及其熔制工艺 - Google Patents

一种高亮度含锰玻璃及其熔制工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高亮度含锰玻璃的熔制工艺，称取原料硅砂、硼酸、石灰石、碳酸锂、碳酸锶、硝酸铅、氯化铯和氯化锰，混合均匀后得到玻璃配合料；将玻璃配合料置于坩埚中开始熔制，控制加热速度使温度经过4小时升温至1485℃，保温2小时，得到玻璃液；将玻璃液迅速倒入已经预热至680℃的模具中，然后将模具置于680℃保温状态的电阻炉中，保温0.5小时；然后调低温度至580℃，并在580℃下保温2.0小时；最后降低温度至410℃，在410℃下保温3.0小时；然后关闭电阻炉电源，自然冷却至室温，取出脱模。本发明能够提高含锰玻璃明亮度指标，使含锰玻璃看起来更加明亮，更加熠熠生辉，有效解决了锰玻璃明亮度不足的问题。

Description

一种高亮度含锰玻璃及其熔制工艺
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种高亮度含锰玻璃及其熔制工艺。
背景技术
玻璃是一种价格低廉的人造宝石，可以用于仿制天然珠宝玉石，如玉髓、石英、绿柱石(祖母绿和海蓝宝石)、翡翠、软玉和黄玉等等。宝石学上所指的用于仿宝石的玻璃是由氧化硅(石英的成分)和少量碱金属元素如钙、钠、钾或铅、硼、铝、钡的氧化物组成。含锰玻璃一般呈紫红色，可以用来制作仿紫水晶饰品及工艺品，但一般的含锰玻璃明亮度不够高，使饰品和工艺品看起来不够灿烂夺目。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高亮度含锰玻璃及其熔制工艺，本发明能够提高含锰玻璃明亮度指标，使含锰玻璃看起来更加明亮，更加熠熠生辉，有效解决了锰玻璃明亮度不足的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种高亮度含锰玻璃，按照重量百分比由以下组分组成：B2O3 5.0～9.5%、SrO 3.0～6.0%、Cs2O 1.9～10.0%、SiO2 55%～65%、CaO 7.4～9.0%、Fe2O3 0.05～0.20%、Al2O3 0.3～1.0%、Li2O 2.6～9.0%、PbO 0.5～3.5%和MnO2 0.10～0.55%。
一种高亮度含锰玻璃的熔制工艺，包括以下步骤：
步骤一、根据高亮度含锰玻璃的组分组成，称取原料硅砂、硼酸、石灰石、碳酸锂、碳酸锶、硝酸铅、氯化铯和氯化锰，混合均匀后得到玻璃配合料，备用；
按照重量百分比所述的高亮度含锰玻璃的组分组成为：B2O3 5.0～9.5%、SrO 3.0～6.0%、Cs2O 1.9～10.0%、SiO2 55%～65%、CaO 7.4～9.0%、Fe2O3 0.05～0.20%、Al2O3 0.3～1.0%、Li2O 2.6～9.0%、PbO 0.5～3.5%和MnO2 0.10～0.55%；
步骤二、将步骤一得到的玻璃配合料置于坩埚中开始熔制，控制加热速度使温度经过4小时升温至1485℃，在此温度下保温2小时，得到玻璃液；
步骤三、将玻璃液迅速倒入已经预热至680℃的模具中，然后将模具置于680℃保温状态的电阻炉中，在此温度下保温0.5小时，使玻璃初步晶化；然后调低温度至580℃，并在580℃下保温2.0小时，使玻璃再次晶化；最后降低温度至410℃，在410℃下保温3.0小时，使玻璃最后一次晶化；
步骤四、玻璃最后一次晶化完成后，关闭电阻炉电源，自然冷却至室温，取出脱模，即得到高亮度含锰玻璃。
作为本发明一种高亮度含锰玻璃的熔制工艺的进一步优化，步骤一所述的高亮度含锰玻璃的组分组成为B2O3 7.39%、SrO 4.40%、Cs2O 8.43%、SiO2 60.55%、CaO 8.50%、Fe2O30.10%、Al2O3 0.58%、Li2O 8.00%、PbO 1.95%和MnO2 0.10%。
与现有技术相比，本发明至少具有下述优点及有益效果：
1、本发明提供的含锰玻璃的配方和熔制工艺能够使含锰玻璃亮度指标明显提高，使含锰玻璃看起来更加明亮，更加熠熠生辉，有效解决了锰玻璃明亮度不足的问题。
2、本发明提供的熔制工艺中，采用三次阶梯降温的晶华操作方法，实验中发现阶梯降温晶华操作比阶梯升温晶华操作更有利于玻璃亮度指标的提高。该方法中，首次阶梯降温需在680℃的温度下保温0.5h，该温度下，玻璃熔体内部的结构还能发生微观移动，使有利于提高亮度的离子充分移向玻璃表面；然后依次降温，使提高亮度的离子充分固定在玻璃表面。而且最后一次降温温度控制越低（但不能低于400℃），晶华时间越长玻璃的亮度提高越多。在上述工艺条件下，制得的含锰玻璃亮度较高，能够解决含锰玻璃明亮度不足的问题。
3、本发明中，通过引入一定量的硼比单纯的铅更能提高玻璃的亮度，所以在原料中加入氧化硼、氧化铅，因为铅、硼都是较好的表面活性物质，两者混合使用效果更佳。在熔样过程中迁移向玻璃的表面的时间更快，可以缩短第一阶段的晶华时间，降低玻璃的表面能，增加玻璃的亮度。碱金属选择加入了氧化铯、氧化锂，其中的阳离子铯和锂均比钾钠能增大玻璃亮度，从而提高玻璃的表面亮度。碱土金属中，氧化锶比氧化镁更能增加玻璃的亮度，所以选择加入氧化锶以提高玻璃的表面亮度。为了能够降低熔化温度且使玻璃达到一定硬度，制定了合理的二氧化硅（SiO2 55%～65%）含量，使玻璃熔制的最高温度由1585℃降低到1485℃。
具体实施方式
一种高亮度含锰玻璃，按照重量百分比由以下组分组成：B2O3 5.0～9.5%、SrO 3.0～6.0%、Cs2O 1.9～10.0%、SiO2 55%～65%、CaO 7.4～9.0%、Fe2O3 0.05～0.20%、Al2O3 0.3～1.0%、Li2O 2.6～9.0%、PbO 0.5～3.5%和MnO2 0.10～0.55%。
一种高亮度含锰玻璃的熔制工艺，包括以下步骤：
步骤一、根据高亮度含锰玻璃的组分组成，称取原料硅砂、硼酸、石灰石、碳酸锂、碳酸锶、硝酸铅、氯化铯和氯化锰，混合均匀后得到玻璃配合料，备用；
按照重量百分比所述的高亮度含锰玻璃的组分组成为：B2O3 5.0～9.5%、SrO 3.0～6.0%、Cs2O 1.9～10.0%、SiO2 55%～65%、CaO 7.4～9.0%、Fe2O3 0.05～0.20%、Al2O3 0.3～1.0%、Li2O 2.6～9.0%、PbO 0.5～3.5%和MnO2 0.10～0.55%；
步骤二、将步骤一得到的玻璃配合料置于坩埚中开始熔制，控制加热速度使温度经过4小时升温至1485℃，在此温度下保温2小时，得到玻璃液；
步骤三、将玻璃液迅速倒入已经预热至680℃的模具中，然后将模具置于680℃保温状态的电阻炉中，在此温度下保温0.5小时，使玻璃初步晶化；然后调低温度至580℃，并在580℃下保温2.0小时，使玻璃再次晶化；最后降低温度至410℃，在410℃下保温3.0小时，使玻璃最后一次晶化；
步骤四、玻璃最后一次晶化完成后，关闭电阻炉电源，自然冷却至室温，取出脱模，即得到高亮度含锰玻璃。
为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
一种高亮度含锰玻璃，按照重量百分比由以下组分组成：B2O3 7.39%、SrO 4.40%、Cs2O 8.43%、SiO2 60.55%、CaO 8.50%、Fe2O3 0.10%、Al2O3 0.58%、Li2O 8.00%、PbO 1.95%和MnO2 0.10%。
所述高亮度含锰玻璃的熔制工艺，包括以下步骤：
步骤一、根据高亮度含锰玻璃的组分组成，称取原料硅砂、硼酸、石灰石、碳酸锂、碳酸锶、硝酸铅、氯化铯和氯化锰，混合均匀后得到玻璃配合料，备用；
步骤二、将步骤一得到的玻璃配合料置于坩埚中开始熔制，控制加热速度使温度经过4小时升温至1485℃，在此温度下保温2小时，得到玻璃液；
步骤三、将玻璃液迅速倒入已经预热至680℃的模具中，然后将模具置于680℃保温状态的电阻炉中，在此温度下保温0.5小时，使玻璃初步晶化；然后调低温度至580℃，并在580℃下保温2.0小时，使玻璃再次晶化；最后降低温度至410℃，在410℃下保温3.0小时，使玻璃最后一次晶化；
步骤四、玻璃最后一次晶化完成后，关闭电阻炉电源，自然冷却至室温，取出脱模，即得到高亮度含锰玻璃样品1#。
实施例2：
一种高亮度含锰玻璃，按照重量百分比由以下组分组成：B2O3 7.30%、SrO 4.10%、Cs2O 5.70%、SiO2 65.00%、CaO 7.90%、Fe2O3 0.15%、Al2O3 0.65%、Li2O 6.90%、PbO 1.80%和MnO2 0.50%。
本实施例的熔制工艺同实施例1，最终得到高亮度含锰玻璃样品2#。
对比实验
1、实验内容
采用同实施例1相同的配方制得玻璃配合料，置于坩埚中开始熔制，控制加热速度使温度经过4小时升温至1485℃，在此温度下保温2小时，得到玻璃液；将玻璃液迅速倒入已经预热至680℃的模具中，将模具连同玻璃样品放回电阻炉中，然后关闭电源使玻璃样品自然冷却至室温，用该熔制方法制作的玻璃样品为3#。
同样的，采用同实施例2相同的配方制得玻璃配合料，置于坩埚中开始熔制，控制加热速度使温度经过4小时升温至1485℃，在此温度下保温2小时，得到玻璃液；将玻璃液迅速倒入已经预热至680℃的模具中，将模具连同玻璃样品放回电阻炉中，然后关闭电源使玻璃样品自然冷却至室温，用该熔制方法制作的玻璃样品为4#。
分别对玻璃样品1#、2#、3#和4#进行亮度及色度指标的测定，测定结果如下表1所示：
表1.亮度及色度测定结果
表1中所示的L为亮度指标，数据越大说明亮度越高；a和b表示颜色：+a为红色方向，数据越大说明红色越深； +b为黄色方向，数据越大说明黄色越深。
、数据分析
① 从表1的数据可以清楚的看到，1#、3#含MnO2量相同，均为0.10%，但1#的亮度指标L为95.690，而3#样的L值只有53.641，1#的亮度指标明显高于3#。2#、4#含MnO2量相同，均为0.50%，2#的亮度指标L为95.206，而4#样的亮度指标L值只有52.201，2#的亮度指标明显高于4#。由此可见，按本工艺的熔制的含锰玻璃可以大大提高玻璃亮度指标。
②表1中的a数据为色度数据，+a为红色方向。1#、3#含MnO2量相同（0.10%）但熔制温度曲线不同，a值分别为2.605、2.612，说明红色方向数值随熔制工艺的不同而稍有变化。2#、4#样品的a值也是如此。说明该方法对亮度影响加大，对色度基本不影响。
③表1中的b数据为色度数据，+b为黄色方向。1#、3#含MnO2量相同（0.50%）但熔制温度曲线不同，b值分别为3.530、3.528，说明黄色方向数值随熔制方法的改变稍有变化。2#、4#样品的b值也是如此。说明该方法对亮度影响加大，对色度基本不影响。

Claims (3)

1.一种高亮度含锰玻璃，其特征在于：按照重量百分比由以下组分组成：B2O3 5.0～9.5%、SrO 3.0～6.0%、Cs2O 1.9～10.0%、SiO2 55%～65%、CaO 7.4～9.0%、Fe2O3 0.05～0.20%、Al2O3 0.3～1.0%、Li2O 2.6～9.0%、PbO 0.5～3.5%和MnO2 0.10～0.55%。
2.一种高亮度含锰玻璃的熔制工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据高亮度含锰玻璃的组分组成，称取原料硅砂、硼酸、石灰石、碳酸锂、碳酸锶、硝酸铅、氯化铯和氯化锰，混合均匀后得到玻璃配合料，备用；
按照重量百分比所述的高亮度含锰玻璃的组分组成为：B2O3 5.0～9.5%、SrO 3.0～6.0%、Cs2O 1.9～10.0%、SiO2 55%～65%、CaO 7.4～9.0%、Fe2O3 0.05～0.20%、Al2O3 0.3～1.0%、Li2O 2.6～9.0%、PbO 0.5～3.5%和MnO2 0.10～0.55%；
步骤二、将步骤一得到的玻璃配合料置于坩埚中开始熔制，控制加热速度使温度经过4小时升温至1485℃，在此温度下保温2小时，得到玻璃液；
步骤三、将玻璃液迅速倒入已经预热至680℃的模具中，然后将模具置于680℃保温状态的电阻炉中，在此温度下保温0.5小时，使玻璃初步晶化；然后调低温度至580℃，并在580℃下保温2.0小时，使玻璃再次晶化；最后降低温度至410℃，在410℃下保温3.0小时，使玻璃最后一次晶化；
步骤四、玻璃最后一次晶化完成后，关闭电阻炉电源，自然冷却至室温，取出脱模，即得到高亮度含锰玻璃。
3.如权利要求2所述的一种高亮度含锰玻璃的熔制工艺，其特征在于：步骤一所述的高亮度含锰玻璃的组分组成为B2O3 7.39%、SrO 4.40%、Cs2O 8.38%、SiO2 60.55%、CaO 8.50%、Fe2O3 0.10%、Al2O3 0.58%、Li2O 8.00%、PbO 1.95%和MnO2 0.15%。
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