CN107721155A - 高强度厚玻璃基片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度厚玻璃基片，该高强度厚玻璃基片包括以下重量百分比的组成原料：SiO2：56％～63％；Al2O3：6％～8％；B2O3：2％～6％；CaO：8％～9％；MgO：3％～5％；Na2O：13％～15％；K2O：1％～3％；Sb2O3：0％～1％；澄清剂：0.1％～1％。本发明还提供一种上述高强度厚玻璃基片的制备方法。本发明制备得到的高强度厚玻璃基片力学性能和光学性能好、熔制效果好、加工难度小。

Description

高强度厚玻璃基片及其制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃制造技术领域，具体涉及一种玻璃基片及其制备方法。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们对周围环境的要求也越来越高。建筑物的内外装修不仅要安全节能，而且要美观，坚硬高强厚玻璃或坚硬高强彩釉厚玻璃及其复合产品(如彩釉夹胶玻璃等)则均可以满足以上需求。同时，由于彩釉玻璃既可以通过丝网实现各式各样的图案，又可以通过颜料调配实现不同的颜色，并随着光线的变化给与动态美，为建筑设计师提供了灵感和支持。因此，彩釉玻璃被广泛应用于建筑装饰行业，为高楼增辉，为大厦添彩。也可用于汽车玻璃、瓶罐及其他装饰玻璃如炉面灶具玻璃、微波炉护板、冰箱电器玻璃等方面。
坚硬高强彩釉厚玻璃是通过加热烧结、钢化热处理，使釉层与玻璃层永久性结合成一体，具有重量轻、色泽稳定、耐老化、抗酸碱和装饰效果突出等优点，是一种安全可靠的玻璃装饰产品。彩釉表面并不会影响其他工序的进一步复合加工，可在彩釉的基础上进行镀膜、夹层、中空等深加工，附加更多功能和效果。同时还能够吸收、反射部分太阳热能，遮阳效果明显，普通白色丝印彩釉玻璃的遮阳系数可达0.32左右，具有阳光控制镀膜玻璃的遮阳效果。可以替代磨砂玻璃、着色玻璃、镀膜玻璃等，使用范围广泛。
坚硬高强厚玻璃基片作为一种装饰材料使用，在国外已有几十年，国内最早大量推出彩釉厚玻璃的企业如南玻、耀华等，至今已有十几年的时间，亦有近二百万平米的累积产量。进入21世纪以来，我国城市化进程的不断加剧，一座座拔地而起的高层建筑正逐渐取代旧时的低层楼房，成为人们新的生活、办公、社交场所。为了追求个性，体现建筑的和谐之美，坚硬高强厚玻璃也随着玻璃市场的大潮登上了建筑装饰的历史舞台。
目前，国内外高强度玻璃的生产主要是通过提高玻璃中Al2O3的含量，然而随着Al2O3含量的增加，玻璃的粘度增大，澄清效果下降，玻璃中气泡的数量增多，体积增大，玻璃的熔制效果变差，硬化速度也会变快，容易在玻璃的表面产生波筋和条纹，同时增加玻璃的退火难度。总的来说，随着玻璃中Al2O3含量的增加，玻璃的力学性能和光学性能会下降，并且加工难度会增大。
发明内容
本发明的目的在于，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种力学性能和光学性能好、熔制效果好、加工难度小的高强度厚玻璃基片，并且相应的提供了一种该高强度厚玻璃基片的制备方法，该制备方法工艺简单、操作方便。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高强度厚玻璃基片，包括以下重量百分比的组成原料：
本发明在玻璃中添加适量的Al2O3和B2O3。Al2O3的加入可以提高玻璃的抗弯折强度，但是Al2O3含量的增加同时也会增大玻璃的粘度，使玻璃的澄清效果下降，玻璃中的气泡数量增多，玻璃的熔制效果变差，硬化速度变快，容易在玻璃的表面产生波筋和条纹，同时增加玻璃的退火难度。B2O3在玻璃结构中以硼氧三面体和硼氧四面体为结构单元，而硼氧四面体和硅氧四面体可共同形成结构网络，这就成就了B2O3一系列优良的性质。如可以提高玻璃的热稳定性、化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数，增加折射率，改善玻璃的光泽并提高玻璃的机械性能，在高温时还能降低玻璃粘度，提高玻璃的熔制效果，起到助熔剂的作用。但是B2O3也不能大量添加，因为B2O3的添加会小幅降低玻璃的抗弯折强度，并且B2O3的添加量过大容易出现分相。本发明通过合理控制Al2O3和B2O3的添加量，使得Al2O3和B2O3协同作用，使高强度厚玻璃基片具有良好的抗弯折强度和优异的熔制性能。
上述的高强度厚玻璃基片，优选的，包括以下重量百分比的组成原料：
上述的高强度厚玻璃基片，优选的，所述澄清剂为芒硝、三氧化二锑、硝酸钠和氧化铈中的一种或几种。更优选的为三氧化二锑。
作为一个总的技术构思，本发明另一方面提供了一种上述高强度厚玻璃基片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将坩埚进行加热并向坩埚中分多批次加入上述各组成原料的混合物料，控制加料温度和总加料时间，加料完毕后升温将物料熔化，得玻璃液；
(2)将步骤(1)中所得的玻璃液进行第一次保温，然后将玻璃液降温进行第二次保温，然后浇注成型出料，再进行退火，然后随炉冷却，即得高强度厚玻璃基片。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，向坩埚中分多批次加入上述各组成原料的混合物料具体是指：分4～5批次向坩埚中加入混合物料，前后批次加料的间隔时间为30min～40min。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，加料温度控制在1350℃～1450℃，总加料时间控制在2h～3h。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，物料熔化的温度为1590℃～1600℃；所述
步骤(2)中，第一次保温的温度为1590℃～1600℃，保温时间为2h～2.5h，第二次保温的温度为1450℃～1460℃，保温时间为0.4h～0.6h。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，退火温度为540℃～560℃，退火时间为0.4h～0.6h。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过在玻璃基体中添加Al2O3和B2O3，Al2O3可有效提高玻璃的抗弯折强度，但是会增加玻璃液的粘度，降低玻璃的熔制效果，使得玻璃中气泡增多。而B2O3的加入可以有效降低玻璃液的粘度，提高熔制效果，减少玻璃中的气泡，但是B2O3的加入会小幅降低玻璃的抗弯折性能。本发明通过将Al2O3和B2O3的添加量控制在合适范围内，利用Al2O3和B2O3的协同作用，使得玻璃基片同时具有较好的抗弯折强度和较少的气泡，大大地提高了玻璃基片的力学性能和熔制效果。
附图说明
图1为本发明实施例1的高强度厚玻璃基片的扫描电镜图。
图2为本发明实施例2的高强度厚玻璃基片的扫描电镜图。
图3为本发明实施例3的高强度厚玻璃基片的扫描电镜图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
本发明的一种高强度厚玻璃基片，该高强度厚玻璃基片由以下重量百分比的原料组成：SiO2：63％；Al2O3：6％；B2O3：2％；CaO：8％；MgO：4％；Na2O：14％；K2O：2％；Sb2O3：1％。
该高强度厚玻璃基片的制备方法如下：
(1)先将空坩埚进行加热，当坩埚加热到1350℃～1450℃时向坩埚中分5批次加入上述各组成原料的混合物料，控制加料温度为1350℃～1450℃，前后批次加料的间隔时间为30min，总加料时间为2h，加料完毕后升温至1590℃～1600℃将物料熔化，得玻璃液；
(2)将步骤(1)所得玻璃液进行第一次保温，第一次保温的温度为1590℃～1600℃，保温时间为2h，然后将玻璃液降温至1450℃～1460℃，再进行第二次保温，第二次保温的温度为1450℃～1460℃，保温时间为0.5h，然后浇注成型出料，再在550℃下进行退火0.5h，然后随炉冷却，即得高强度厚玻璃基片。
对该高强度厚玻璃基片的抗弯折强度和熔制性能进行测试。其中，抗弯折强度通过三点抗折法进行测试。将玻璃放置在三点抗折装置上，通过电动抗折仪测试其抗弯折强度。而熔制性能通过测试玻璃熔制过程的粘度和玻璃成型后的气泡情况进行判断，粘度通过高温旋转粘度仪进行测试，气泡情况通过分析扫面电镜图片中的气泡数量和气泡平均直径进行判断。具体测试结果见表1。
实施例2：
本发明的一种高强度厚玻璃基片，该高强度厚玻璃基片由以下重量百分比的原料组成：SiO2：60％；Al2O3：7％；B2O3：4％；CaO：8％；MgO：4％；Na2O：14％；K2O：2％；Sb2O3：1％。
该高强度厚玻璃基片的制备方法如下：
(1)先将空坩埚进行加热，当坩埚加热到1350℃～1450℃时向坩埚中分5批次加入上述各组成原料的混合物料，控制加料温度为1350℃～1450℃，前后批次加料的间隔时间为35min，总加料时间为2.3h，加料完毕后升温至1590℃～1600℃将物料熔化，得玻璃液；
(2)将步骤(1)所得玻璃液进行第一次保温，第一次保温的温度为1590℃～1600℃，保温时间为2.5h，然后将玻璃液降温至1450℃～1460℃，再进行第二次保温，第二次保温的温度为1450℃～1460℃，保温时间为0.6h，然后浇注成型出料，再在550℃下进行退火0.5h，然后随炉冷却，即得高强度厚玻璃基片。
对该高强度厚玻璃基片的抗弯折强度和熔制性能进行测试。测试方法与实施例1相同，具体测试结果见表1。
实施例3：
本发明的一种高强度厚玻璃基片，该高强度厚玻璃基片由以下重量百分比的原料组成：SiO2：57％；Al2O3：8％；B2O3：6％；CaO：8％；MgO：4％；Na2O：14％；K2O：2％；Sb2O3：1％。
该高强度厚玻璃基片的制备方法如下：
(1)先将空坩埚进行加热，当坩埚加热到1350℃～1450℃时向坩埚中分5批次加入上述各组成原料的混合物料，控制加料温度为1350℃～1450℃，前后批次加料的间隔时间为30min，总加料时间为2h，加料完毕后升温至1590℃～1600℃将物料熔化，得玻璃液；
(2)将步骤(1)所得玻璃液进行第一次保温，第一次保温的温度为1590℃～1600℃，保温时间为2h，然后将玻璃液降温至1450℃～1460℃，再进行第二次保温，第二次保温的温度为1450℃～1460℃，保温时间为0.5h，然后浇注成型出料，再在550℃下进行退火0.5h，然后随炉冷却，即得高强度厚玻璃基片。
对该高强度厚玻璃基片的抗弯折强度和熔制性能进行测试。测试方法与实施例1相同，具体测试结果见表1。图1、图2和图3分别为实施例1、实施例2和实施例3的高强度厚玻璃基片的扫描电镜图。对比图1、图2和图3可见，随着玻璃基片组分中B2O3含量的逐渐增加，玻璃中气泡的数量和直径逐渐减小，说明在玻璃中添加B2O3可以改善玻璃的熔制效果。
对比例1：
一种玻璃基片，由以下重量百分比的原料组成：SiO2：62％；Al2O3：9％；CaO：8％；MgO：4％；Na2O：14％；K2O：2％；Sb2O3：1％。
该玻璃基片的制备方法与实施例1中的高强度厚玻璃基片的制备方法相同。对该玻璃基片的抗弯折强度和熔制性能进行测试，测试方法也与实施例1中相同，测试结果见表1。
对比例2：
一种玻璃基片，由以下重量百分比的原料组成：SiO2：61％；Al2O3：10％；CaO：8％；MgO：4％；Na2O：14％；K2O：2％；Sb2O3：1％。
该玻璃基片的制备方法与实施例1中的高强度厚玻璃基片的制备方法相同。对该玻璃基片的抗弯折强度和熔制性能进行测试，测试方法也与实施例1中相同，测试结果见表1。
对比例3：
一种玻璃基片，由以下重量百分比的原料组成：SiO2：60％；Al2O3：11％；CaO：8％；MgO：4％；Na2O：14％；K2O：2％；Sb2O3：1％。
该玻璃基片的制备方法与实施例1中的高强度厚玻璃基片的制备方法相同。对该玻璃基片的抗弯折强度和熔制性能进行测试，测试方法也与实施例1中相同，测试结果见表1。
对比例4：
一种玻璃基片，由以下重量百分比的原料组成：SiO2：54％；Al2O3：9％；B2O3：8％；CaO：8％；MgO：4％；Na2O：14％；K2O：2％；Sb2O3：1％。
该玻璃基片的制备方法与实施例1中的高强度厚玻璃基片的制备方法相同。对该玻璃基片的抗弯折强度和熔制性能进行测试，测试方法也与实施例1中相同，测试结果见表1。
表1：实施例1～3及对比例1～4的玻璃基片的抗弯折强度和气泡情况对比数据
平均抗弯折强度(MPa) 气泡平均直径(μm)
实施例1 84.35 258.36
实施例2 90.13 285.59
实施例3 92.06 308.96
对比例1 96.55 306.78
对比例2 96.89 311.89
对比例3 104.99 324.65
对比例4 97.56 376.58
由表1可知，对比例1～3中，随着Al2O3引入量的增加，玻璃的机械强度有所增大，这是因为Al2O3的引入，起到修补网络的作用，使得玻璃中结构趋于紧密，增强玻璃的抗折强度和硬度。同时，随着Al2O3引入量的增加，玻璃的气泡平均直径会增加。从对比例3到对比例4的抗折强度则是降低的，抗折强度的降低的原因，可能是随着Al2O3引入量的增加，玻璃的气泡平均直径太大，玻璃的缺陷增多，致使玻璃抗折强度下降，而缺陷对玻璃抗折强度的影响比Al2O3对玻璃的抗折强度的影响要大，这样使得玻璃的抗折强度反而下降。另外，由对比例4可知，对比例4中的气泡平均直径远大于实施例，说明添加过量的Al2O3与B2O3会导致玻璃的气泡平均直径明显增加，不利于提升玻璃的机械强度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强度厚玻璃基片，其特征在于，包括以下重量百分比的组成原料：
2.根据权利要求1所述的高强度厚玻璃基片，其特征在于，包括以下重量百分比的组成原料：
3.根据权利要求1或2所述的高强度厚玻璃基片，其特征在于，所述澄清剂为芒硝、三氧化二锑、硝酸钠和氧化铈中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的高强度厚玻璃基片，其特征在于，所述澄清剂为三氧化二锑。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的高强度厚玻璃基片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将坩埚进行加热并向坩埚中分多批次加入上述各组成原料的混合物料，控制加料温度和总加料时间，加料完毕后升温将物料熔化，得玻璃液；
(2)将步骤(1)中所得的玻璃液进行第一次保温，然后将玻璃液降温进行第二次保温，然后浇注成型出料，再进行退火，然后随炉冷却，即得高强度厚玻璃基片。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，向坩埚中分多批次加入上述各组成原料的混合物料具体是指：分4～5批次向坩埚中加入混合物料，前后批次加料的间隔时间为30min～40min。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，加料温度控制在1350℃～1450℃，总加料时间控制在2h～3h。
8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，物料熔化的温度为1590℃～1600℃；所述步骤(2)中，第一次保温的温度为1590℃～1600℃，保温时间为2h～2.5h，第二次保温的温度为1450℃～1460℃，保温时间为0.4h～0.6h。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，退火温度为540℃～560℃，退火时间为0.4h～0.6h。
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