CN106587604A - 一种耐热硼硅酸盐平板玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种耐热硼硅酸盐平板玻璃及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，属于防火玻璃的技术领域，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.1‑82％，Al2O3 1‑5％，B2O3 9‑14％，Na2O 3‑6％，CaO 1‑5％，K2O 0.5‑2％，ZrO2 0.1‑3％，GeO2 0.01‑2％，其中SiO2和B2O3的总含量占组分总量的87.1‑92％，且SiO2与B2O3的重量比为5.5‑8.6。本发明还提供了耐热硼硅酸盐平板玻璃的制备方法，本发明耐热硼硅酸盐平板玻璃相对于目前市场上的硼硅酸盐平板玻璃，它具有更高的玻璃软化点和较低的线性膨胀系数，同时具有较低的熔化温度及成型温度，易于生产，钢化后可作为防火玻璃应用于防火领域。

Description

一种耐热硼硅酸盐平板玻璃及其制备方法
技术领域
本发明属于防火玻璃的技术领域，涉及一种用于建筑的防火硼硅酸盐平板玻璃，是硼硅4.0平板玻璃，具体涉及一种耐热硼硅酸盐平板玻璃及其制备方法。
背景技术
硼硅酸盐平板玻璃是指基本成分为SiO2、B2O3、Na2O的玻璃。硼硅酸盐玻璃具有优良的热学性能、光学性能、机械性能和化学性能，广泛应用于建筑防火玻璃、仪器玻璃、器皿炊具玻璃、光电源玻璃等领域。
目前市场上的硼硅酸盐平板玻璃主要有硼硅3.3玻璃和硼硅4.0玻璃两类。硼硅3.3玻璃的性能指标是玻璃软化点820℃左右，膨胀系数33×10-7/℃，熔化温度1670℃，成型温度1270℃，主要应用于家用电器、光伏、灯具照明等领域。硼硅4.0玻璃的性能指标是玻璃软化点850℃左右，膨胀系数40×10-7/℃，熔化温度1700℃以上，成型温度1330℃，主要应用于建筑防火玻璃。
从硼硅酸盐平板玻璃生产企业来看，目前仅有德国肖特公司能够生产硼硅3.3和硼硅4.0两种玻璃。中国的玻璃企业目前只能生产硼硅3.3平板玻璃，硼硅4.0玻璃熔化温度及成型温度高，技术难度大，目前还不能够顺利生产。
发明内容
本发明提供一种耐热硼硅酸盐平板玻璃的组成及其制备方法，相对于目前市场上的硼硅4.0平板玻璃，本发明在保证玻璃性能的前提下，具有较低的熔化温度及成型温度，易于生产，钢化后可作为防火玻璃应用于防火领域。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，按重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.1-82％，Al2O3 1-5％，B2O3 9-14％，Na2O 3-6％，CaO 1-5％，K2O 0.5-2％，ZrO2 0.1-3％，GeO2 0.01-2％，其中SiO2和B2O3的总含量占组分总量的87.1-92％，且SiO2与B2O3的重量比为5.5-8.6。
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，按重量百分比计，包括以下组分：SiO2 79-80％，Al2O3 2-4％，B2O3 10-12％，Na2O 4-5％，CaO 2-4％，K2O 0.8-1.6％，ZrO2 1-2％，GeO2 0.5-1.5％。
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，按重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.1％，Al2O34％，B2O3 10％，Na2O 6％，CaO1％，K2O 0.5％，ZrO2 0.39％，GeO2 0.01％。
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，按重量百分比计，包括以下组分：SiO2 82％，Al2O31.89％，B2O3 10％，Na2O 3％，CaO 1％，K2O 2％，ZrO2 0.1％，GeO2 0.01％。
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，按重量百分比计，包括以下组分：SiO2 79％，Al2O32.2％，B2O3 11％，Na2O 3％，CaO 1.7％，K2O 1％，ZrO2 0.1％，GeO2 2％。
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃的制备方法，包括以下步骤：
A、原料准备：按重量百分比计，准备以下原料：SiO2 78.1-82％，Al2O3 1-5％，B2O39-14％，Na2O 3-6％，CaO 1-5％，K2O 0.5-2％，ZrO2 0.1-3％，GeO2 0.01-2％，其中SiO2和B2O3的总含量占组分总量的87.1-92％，且SiO2与B2O3的重量比为5.5-8.6，混合，备用；
B、熔制：将混合后的物料置于坩埚中进行熔制，熔制温度1630-1650℃，熔制时间7-8h；
C、成型：将熔制后的物料置于成型模具中成型；
D、退火：将成型后的玻璃置于退火炉中退火，退火温度为580-600℃，退火后进行切割、磨抛，得到耐热硼硅酸盐平板玻璃。
本发明的有益效果是：
本发明耐热硼硅酸盐平板玻璃膨胀系数低于41×10-7/℃，玻璃软化点高于860℃，玻璃103Pa·S粘度下所对应的温度低于1280℃。本发明所提供的一种耐热硼硅酸盐平板玻璃的组成，玻璃液熔化温度控制在1670℃以下，熔化及成型温度较低，玻璃液澄清效果良好，有效控制玻璃中的气泡、波筋、条纹等缺陷，有利于实际生产。而且过高的熔制温度将导致玻璃窑炉耐火材料侵蚀的加速和窑炉寿命的缩短，玻璃熔制温度过高还会造成高温仪器和设备的使用受限，还会在提供高质量玻璃板方面造成困难，玻璃的成品率从受影响、增加能耗，本发明通过各组分之间在功能上的相互支撑，严格的配比关系，使得玻璃熔制温度控制在1670℃以下。
本发明提供的玻璃成分，其各个成分的原理如下：
在耐热硼硅酸盐平板玻璃的组成中，SiO2和B2O3是网络形成体氧化物，它们构成硼硅酸盐玻璃的主体骨架。其中SiO2对玻璃的结构和性能有着重要的作用，B2O3能够提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，同时促进玻璃的熔融，降低玻璃的高温粘度，在玻璃中起助溶剂的作用；Al2O3是中间体氧化物，它在硼硅酸盐玻璃中主要是抑制玻璃分相；Na2O和K2O属于碱金属氧化物，它们在玻璃结构中主要起断键作用，目的是降低玻璃的粘度，同时氧化钾(K2O)能够降低玻璃的析晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽，氧化钾的加入，减少了氧化钠的用量，钾离子对钠离子的迁移扩散形成阻挡，进一步提高了膨胀软化温度；ZrO2属于网络外体，它的作用主要是提高玻璃的软化点和降低玻璃的膨胀系数；CaO和GeO2都具有高温降低玻璃粘度，低温提高玻璃粘度的作用，添加氧化锗能够降低玻璃的熔化温度及成型温度，低温状态下又能够提高玻璃的软化点，既利于生产又保证了玻璃良好的性能，它们对于玻璃组成的设计具有重要的意义。玻璃组成中通过添加或调整CaO和GeO2含量，在高温段使玻璃粘度降低，也就意味着玻璃熔化及成型的难度降低，玻璃更易于生产。从玻璃质量角度考虑，粘度降低玻璃气泡更容易逸出，硼挥发将减少，玻璃质量将有提高；在低温段使玻璃粘度提高，将提高玻璃的软化点，使玻璃保持良好的耐热性能。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：
从性能上来说，玻璃的膨胀系数控制在41×10-7/℃以下，玻璃软化点高达860℃以上，玻璃钢化后适合应用于防火领域。
本发明通过各组分功能上的相互支撑，省略了澄清剂的加入，同样提高了玻璃的熔制质量，减少玻璃中的气泡，消除玻璃液中的条文和不均匀体，使得玻璃液的各部分在化学组成上均匀一致，同时避免了澄清剂的计入造成玻璃稳定性下降的弊端。
由于本发明各组分之间在功能上相互支撑，各组分之间相互关联，使得本发明的平板玻璃热稳定性好，通过碱金属和氧化硼的相互支撑与制约，控制融化速度，对降低熔化温度有积极作用。二氧化硅与氧化硼的相互控制，影响玻璃网格的致密性和完整性，降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.1％，Al2O31.1％，B2O3 12.9％，Na2O 6％，CaO1％，K2O 0.5％，ZrO2 0.39％，GeO2 0.01％。
实施例2
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 82％，Al2O31.89％，B2O3 10％，Na2O 3％，CaO 1％，K2O 2％，ZrO2 0.1％，GeO2 0.01％。
实施例3
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 79％，Al2O32.2％，B2O3 9％，Na2O 4％，CaO 2.7％，K2O 1％，ZrO2 0.1％，GeO2 2％。
实施例4
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.4％，Al2O32.3％，B2O3 13％，Na2O 3.5％，K2O 0.5％，CaO 1％，ZrO2 0.3％，GeO2 1％。
实施例5
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.1％，Al2O31％，B2O3 9％，Na2O 3.39％，K2O 0.5％，CaO 5％，ZrO2 3％，GeO2 0.01％。
实施例6
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.1％，Al2O31％，B2O3 12.9％，Na2O 3％，K2O 2％，CaO 1.7％，ZrO2 0.3％，GeO2 1％。
实施例7
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.3％，Al2O31.7％，B2O3 12％，Na2O 3.7％，K2O 1.8％，CaO 1.2％，ZrO2 0.8％，GeO2 0.5％。
实施例8
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.5％，Al2O31.4％，B2O3 12.8％，Na2O 3.5％，K2O 1.6％，CaO 1.5％，ZrO20.5％，GeO2 0.2％。
实施例9
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 79％，Al2O31.4％，B2O3 11.7％，Na2O 3.2％，K2O 1.4％，CaO 1.4％，ZrO2 1.8％，GeO2 0.1％。
实施例10
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 79.5％，Al2O31.5％，B2O3 11％，Na2O 3.78％，K2O 1.2％，CaO 1.5％，ZrO21.5％，GeO2 0.02％。
实施例11
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 80％，Al2O31.67％，B2O3 11％，Na2O 4％，K2O 0.8％，CaO 1.3％，ZrO2 1.2％，GeO2 0.03％。
实施例12
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 80.5％，Al2O32.5％，B2O3 10.5％，Na2O 3.26％，K2O 1％，CaO 1.2％，ZrO21％，GeO2 0.04％。
实施例13
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 81％，Al2O32％，B2O3 10％，Na2O 3.75％，K2O 0.9％，CaO 2％，ZrO2 0.8％，GeO2 0.05％。
实施例14
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 81.5％，Al2O31.5％，B2O3 9.5％，Na2O 3.3％，K2O 0.7％，CaO 3.5％，ZrO2 0.5％，GeO2 0.5％。
实施例15
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 82％，Al2O34％，B2O3 9.39％，Na2O 3％，K2O 0.5％，CaO 1％，ZrO2 0.1％，GeO2 0.01％。
对比1
一种玻璃组合物，其包括以下质量百分比的组成：SiO2 68-78％；B2O3 8-15％；Al2O3 5-11％；Na2O 3-8％；Li2O 0.1-1％；MgO 0.5-4％；CaO 0-2％；ZrO2 0-2％。
对比2
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，重量百分比计，包括以下组分：SiO2 81％，Al2O32％，B2O3 13％，Na2O 3.5％，K2O 0.5％。
对比3
一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，按重量份数计，包括以下组分：SiO2 77.5份，Al2O3 2份，B2O3 10份，Na2O 2.2份，K2O 3.5份，CaO 2.3份，ZrO2 2.5份。
对比4
一种平板玻璃，与本发明不同之处，包括还含有MgO和/或SrO和/或BaO和/或ZnO和/或V2O5和/或La2O3和/或Sb2O3和/或CeO2等成分。
上述实施例可以按传统工艺进行制备，更优的选择的是采用本发明的制备方法：
包括以下步骤：
A、原料准备：按重量百分比计，准备上述各实施例的原料，混合，备用；
B、熔制：将混合后的物料置于坩埚中进行熔制，熔制温度1630-1650℃(例如1640℃、1635℃、1645℃、1638℃、1643℃、1648℃)，熔制时间7-8h(例如7.5h、7.3h、7.8h)；
C、成型：将熔制后的物料置于成型模具中成型；
D、退火：将成型后的玻璃置于退火炉中退火，退火温度为580-600℃(例如590℃、585℃、595℃、588℃、593℃、598℃)，退火后进行切割、磨抛，得到耐热硼硅酸盐平板玻璃。
上述玻璃的性能检测结果如下表所示：
将上述本发明的平板玻璃与对比1、对比2、对比3、对比4的玻璃采用相同的规格，进行破裂实验，具体如下：用一45kg的袋子从457mm高垂直落在玻璃表面，检查玻璃的破裂情况，结果如下：本发明平板玻璃无破裂，对比1、对比2、对比3、对比4的玻璃均有不同程度破裂。

Claims (6)

1.一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：SiO278.1-82％，Al2O3 1-5％，B2O3 9-14％，Na2O 3-6％，CaO 1-5％，K2O 0.5-2％，ZrO2 0.1-3％，GeO2 0.01-2％，其中SiO2和B2O3的总含量占组分总量的87.1-92％，且SiO2与B2O3的重量比为5.5-8.6。
2.根据权利要求1所述的一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：SiO2 79-80％，Al2O3 2-4％，B2O3 10-12％，Na2O 4-5％，CaO 2-4％，K2O0.8-1.6％，ZrO2 1-2％，GeO2 0.5-1.5％。
3.根据权利要求1所述的一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：SiO2 78.1％，Al2O3 4％，B2O3 10％，Na2O 6％，CaO1％，K2O 0.5％，ZrO20.39％，GeO2 0.01％。
4.根据权利要求1所述的一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：SiO2 82％，Al2O3 1.89％，B2O3 10％，Na2 O 3％，CaO 1％，K2O 2％，ZrO20.1％，GeO2 0.01％。
5.根据权利要求1所述的一种耐热硼硅酸盐平板玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：SiO2 79％，Al2O3 2.2％，B2O3 11％，Na2O 3％，CaO 1.7％，K2O 1％，ZrO20.1％，GeO2 2％。
6.一种耐热硼硅酸盐平板玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、原料准备：按重量百分比计，准备以下原料：SiO2 78.1-82％，Al2O3 1-5％，B2O3 9-14％，Na2O 3-6％，CaO 1-5％，K2O 0.5-2％，ZrO2 0.1-3％，GeO2 0.01-2％，其中SiO2和B2O3的总含量占组分总量的87.1-92％，且SiO2与B2O3的重量比为5.5-8.6，混合，备用；
B、熔制：将混合后的物料置于坩埚中进行熔制，熔制温度1630-1650℃，熔制时间7-8h；
C、成型：将熔制后的物料置于成型模具中成型；
D、退火：将成型后的玻璃置于退火炉中退火，退火温度为580-600℃，退火后进行切割、磨抛，得到耐热硼硅酸盐平板玻璃。
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