CN108117259B - 一种高强度石英玻璃杯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度石英玻璃杯及其制备方法，所述高强度石英玻璃杯由以下重量份的原料制成：石英砂75‑95份、氧化铝晶须1.5‑5份、绢云母3‑6份、锂瓷石0.5‑5份、叶腊石0.5‑2份、碳酸钙5‑13份、硅酸锆0.5‑1份、硼砂2‑6份、稀土氧化物0.001‑0.05份；本发明中各原料配比合理，经过研磨、混合、高温熔化、成型加工、退火、钢化处理，并合理设置各温度及时间参数，使制得的石英玻璃杯具有优异的强度、抗热震性，不易摔碎，可耐骤冷骤热，且色泽美观，表面光滑，使玻璃杯的使用范围更广，同时延长了玻璃杯的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，具体涉及一种高强度石英玻璃杯及其制备方法。
背景技术
玻璃按成分分为非氧化物玻璃和氧化物玻璃，氧化物玻璃分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。硅酸盐玻璃指基本成分为SiO2的玻璃，是一种无色的透明材料，产量最大，用途最广、价格低廉，常按玻璃中SiO2以及碱金属、碱土金属氧化物的不同含量，又分为石英玻璃、钠钙玻璃、铅硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃。
在日常生活中，时常会使用到石英玻璃杯盛装各种液体。但普通的玻璃杯缺陷非常明显：①强度低，若不小心掉落在地面上即可破碎；②不能承受温度的骤冷骤热，有时在气温较低的环境下，往玻璃杯中倒入热水时，玻璃杯就会炸裂。上述弊端严重影响了玻璃杯的使用范围。随着人们对玻璃杯质量要求的不断提高，因此玻璃杯的高精密加工要求越来越高，传统的玻璃配方和工艺越来越显得力不从心，渐渐无法跟上与满足日益进步的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度石英玻璃杯及其制备方法，制得的石英玻璃杯具有优异的强度、抗热震性，不易摔碎，可耐骤冷骤热，且色泽美观，表面光滑，使玻璃杯的使用范围更广，同时延长了玻璃杯的使用寿命。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高强度石英玻璃杯，由以下重量份的原料制成：石英砂75-95份、氧化铝晶须1.5-5份、绢云母3-6份、锂瓷石0.5-5份、叶腊石0.5-2份、碳酸钙5-13份、硅酸锆0.5-1份、硼砂2-6份、稀土氧化物0.001-0.05份。
优选地，所述高强度石英玻璃杯由以下重量份的原料制成：石英砂78份、氧化铝晶须4份、绢云母4份、锂瓷石3.5份、叶腊石1份、碳酸钙8份、硅酸锆0.8份、硼砂4份、稀土氧化物0.01份。
优选地，所述稀土氧化物为氧化铈或氧化钇。
本发明上述高强度石英玻璃杯的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取各原料，将除氧化铝晶须以外的各原料送入球磨机中，在球磨机中球磨3-5h，得混合粉料；将混合粉料与氧化铝晶须置于高速混合机中混合均匀，得混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料送入熔炉中于1700-1730℃下高温熔化，保持此温度10-13h，得到玻璃熔融体；
(3)将玻璃熔融体冷却至1500-1520℃，送入成型机，制成玻璃杯，先降温至720-750℃，保温10-15min，再将玻璃杯自然降温至420-450℃，硬化后转移至400-420℃的退火炉中，先降温至320-350℃，保温30-40min，再降温至220-260℃，保温1.5-2h，空冷至室温；
(4)将经退火处理后的玻璃杯进行钢化处理。
优选地，所述步骤(1)中，球料质量比为5.5-7：1，球磨机转速为200-300r/min。
优选地，所述钢化处理的具体步骤为：将经退火处理后的玻璃杯送入355-375℃的钢化炉中预热1-1.5h，将玻璃杯升温至580-620℃，保温25-35min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
本发明的有益效果是：
本发明石英玻璃杯中，氧化铝晶须与其他原料具有较好的相容性，且其本身具有高强度、搞模量、耐高温、抗氧化性和耐腐蚀性等性能，可对玻璃杯起到很好的增强增韧的效果，使在玻璃杯开裂的过程中除了基体的开裂能以外，还包括氧化铝晶须与基体界面脱粘、晶须摩擦、拔出及裂纹扩展所消耗的能量，因此可有效提高玻璃杯的高抗热震性。绢云母的加入可增加玻璃杯抗张和抗压的强度，并可增加玻璃杯的隔热性，同时可使各原料间的融合性更好。加入的锂瓷石所含的Li2O具有较低的热膨胀系数，有利于提高玻璃杯的抗热震性，同时锂瓷石还可增强抵抗高温变形的性能，增大玻璃杯的强度。
本发明中各原料配比合理，经过研磨、混合、高温熔化、成型加工、退火、钢化处理，并合理设置各温度及时间参数，使制得的石英玻璃杯具有优异的强度、抗热震性，不易摔碎，可耐骤冷骤热，且色泽美观，表面光滑，使玻璃杯的使用范围更广，同时延长了玻璃杯的使用寿命。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度石英玻璃杯，由以下重量份的原料制成：石英砂78份、氧化铝晶须4份、绢云母4份、锂瓷石3.5份、叶腊石1份、碳酸钙8份、硅酸锆0.8份、硼砂4份、氧化铈0.01份。
上述高强度石英玻璃杯的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取各原料，将除氧化铝晶须以外的各原料送入球磨机中，在球磨机中球磨4.5h，得混合粉料，其中球料质量比为7：1，球磨机转速为280r/min；将混合粉料与氧化铝晶须置于高速混合机中混合均匀，得混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料送入熔炉中于1720℃下高温熔化，保持此温度13h，得到玻璃熔融体；
(3)将玻璃熔融体冷却至1520℃，送入成型机，制成玻璃杯，先降温至720℃，保温12min，再将玻璃杯自然降温至430℃，硬化后转移至420℃的退火炉中，先降温至350℃，保温35min，再降温至260℃，保温1.5h，空冷至室温；
(4)将经退火处理后的玻璃杯送入370℃的钢化炉中预热1.5h，将玻璃杯升温至580℃，保温25min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例2：
一种高强度石英玻璃杯，由以下重量份的原料制成：石英砂95份、氧化铝晶须5份、绢云母3份、锂瓷石2份、叶腊石0.5份、碳酸钙6份、硅酸锆1份、硼砂6.5份、氧化铈0.05份。
上述高强度石英玻璃杯的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取各原料，将除氧化铝晶须以外的各原料送入球磨机中，在球磨机中球磨5h，，得混合粉料，其中球料质量比为7：1，球磨机转速为280r/min；将混合粉料与氧化铝晶须置于高速混合机中混合均匀，得混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料送入熔炉中于1730℃下高温熔化，保持此温度11.5h，得到玻璃熔融体；
(3)将玻璃熔融体冷却至1520℃，送入成型机，制成玻璃杯，先降温至730℃，保温15min，再将玻璃杯自然降温至420℃，硬化后转移至400℃的退火炉中，先降温至335℃，保温30min，再降温至255℃，保温1.5h，空冷至室温；
(4)将经退火处理后的玻璃杯送入375℃的钢化炉中预热1.5h，将玻璃杯升温至600℃，保温35min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例3：
一种高强度石英玻璃杯，由以下重量份的原料制成：石英砂88份、氧化铝晶须4.5份、绢云母4份、锂瓷石0.5份、叶腊石2份、碳酸钙13份、硅酸锆0.5份、硼砂2份、氧化钇0.02份。
上述高强度石英玻璃杯的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取各原料，将除氧化铝晶须以外的各原料送入球磨机中，在球磨机中球磨3h，，得混合粉料，其中球料质量比为5.5：1，球磨机转速为200r/min；将混合粉料与氧化铝晶须置于高速混合机中混合均匀，得混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料送入熔炉中于1700℃下高温熔化，保持此温度10h，得到玻璃熔融体；
(3)将玻璃熔融体冷却至1500℃，送入成型机，制成玻璃杯，先降温至720℃，保温10min，再将玻璃杯自然降温至450℃，硬化后转移至420℃的退火炉中，先降温至320℃，保温40min，再降温至220℃，保温2h，空冷至室温；
(4)将经退火处理后的玻璃杯送入360℃的钢化炉中预热1h，将玻璃杯升温至580℃，保温25min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例4：
一种高强度石英玻璃杯，由以下重量份的原料制成：石英砂75份、氧化铝晶须1.5份、绢云母6份、锂瓷石5份、叶腊石1.5份、碳酸钙5份、硅酸锆0.8份、硼砂6份、氧化铈0.001份。
上述高强度石英玻璃杯的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取各原料，将除氧化铝晶须以外的各原料送入球磨机中，在球磨机中球磨4.5h，，得混合粉料，其中球料质量比为6：1，球磨机转速为300r/min；将混合粉料与氧化铝晶须置于高速混合机中混合均匀，得混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料送入熔炉中于1720℃下高温熔化，保持此温度13h，得到玻璃熔融体；
(3)将玻璃熔融体冷却至1520℃，送入成型机，制成玻璃杯，先降温至750℃，保温12min，再将玻璃杯自然降温至430℃，硬化后转移至420℃的退火炉中，先降温至350℃，保温38min，再降温至260℃，保温2h，空冷至室温；
(4)将经退火处理后的玻璃杯送入355℃的钢化炉中预热1.5h，将玻璃杯升温至620℃，保温30min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例5：
一种高强度石英玻璃杯，由以下重量份的原料制成：石英砂82份、氧化铝晶须3.5份、绢云母5份、锂瓷石2.5份、叶腊石2份、碳酸钙10份、硅酸锆0.8份、硼砂4份、氧化铈0.02份。
上述高强度石英玻璃杯的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取各原料，将除氧化铝晶须以外的各原料送入球磨机中，在球磨机中球磨5h，，得混合粉料，其中球料质量比为6：1，球磨机转速为260r/min；将混合粉料与氧化铝晶须置于高速混合机中混合均匀，得混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料送入熔炉中于1715℃下高温熔化，保持此温度12h，得到玻璃熔融体；
(3)将玻璃熔融体冷却至1500℃，送入成型机，制成玻璃杯，先降温至720℃，保温12min，再将玻璃杯自然降温至430℃，硬化后转移至400℃的退火炉中，先降温至350℃，保温35min，再降温至220℃，保温1.5h，空冷至室温；
(4)将经退火处理后的玻璃杯进行钢化处理；钢化处理为常规的钢化处理方法。
性能测试：
1、将本发明实施例1-5中制备的厚3mm的玻璃杯从高度为1.5m的空中落在地面上，玻璃杯不会破损；以300g质量的钢球冲击玻璃杯杯底，玻璃杯不会破损。
2、可耐骤冷骤热，能承受的温差为150-165℃。
3、莫氏硬度可达到6.8；有害元素析出量As≤0.06mg/L，Sb≤0.1mg/L，Pb≤0.05mg/L。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种高强度石英玻璃杯，其特征在于，由以下重量份的原料制成：石英砂75-95份、氧化铝晶须1.5-5份、绢云母3-6份、锂瓷石0.5-5份、叶腊石0.5-2份、碳酸钙5-13份、硅酸锆0.5-1份、硼砂2-6份、稀土氧化物0.001-0.05份。
2.根据权利要求1所述的高强度石英玻璃杯，其特征在于，由以下重量份的原料制成：石英砂78份、氧化铝晶须4份、绢云母4份、锂瓷石3.5份、叶腊石1份、碳酸钙8份、硅酸锆0.8份、硼砂4份、稀土氧化物0.01份。
3.根据权利要求1所述的高强度石英玻璃杯，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化铈或氧化钇。
4.一种制备权利要求1-3任一项所述高强度石英玻璃杯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取各原料，将除氧化铝晶须以外的各原料送入球磨机中，在球磨机中球磨3-5h，得混合粉料；将混合粉料与氧化铝晶须置于高速混合机中混合均匀，得混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料送入熔炉中于1700-1730℃下高温熔化，保持此温度10-13h，得到玻璃熔融体；
(3)将玻璃熔融体冷却至1500-1520℃，送入成型机，制成玻璃杯，先降温至720-750℃，保温10-15min，再将玻璃杯自然降温至420-450℃，硬化后转移至400-420℃的退火炉中，先降温至320-350℃，保温30-40min，再降温至220-260℃，保温1.5-2h，空冷至室温；
(4)将经退火处理后的玻璃杯进行钢化处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，球料质量比为5.5-7：1，球磨机转速为200-300r/min。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钢化处理的具体步骤为：将经退火处理后的玻璃杯送入355-375℃的钢化炉中预热1-1.5h，将玻璃杯升温至580-620℃，保温25-35min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
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