CN108529876A - 一种耐高温钢化玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及玻璃材料领域，公开了一种耐高温钢化玻璃及其制备方法。本发明的玻璃用组合物，以该玻璃用组合物的总重量为基准，包含石英砂50‑55份，氧化铝10‑20份，纯碱10‑13份，芒硝4‑6份，白云石10‑15份，长石3‑5份，蜡石1‑2份，石灰石3‑5份，助溶剂1‑3份，氧化铈复合澄清剂0.2‑0.5份，着色剂1‑2份，碎玻璃10‑15份，氧化钛1‑3份、氧化锑1‑2份、氧化钇0.5‑1份和耐高温组份15‑20份。本发明玻璃组合物中各组分协同作用，使制得的玻璃应力松弛有效改善，具有压缩应力增强，强化深度深，抗冲击强度高，耐高温等优点。

Description

一种耐高温钢化玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢化玻璃领域，具体涉及一种耐高温钢化玻璃及其制备方法。
背景技术
钢化玻璃(Tempered glass/Reinforced glass)属于安全玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。
中国专利CN201611094969.5公开了“一种钢化玻璃的生产工艺”，包括以下加工步骤：(1)配料：按质量份数比取石英砂300-350份、石灰石26-32份、白云石70-100份、纯碱100-130份、芒硝5-6份、长石30-40份、碳粉0.2-0.4份、澄清剂5-6份、三氧化钼0.6-0.8份和氧化镉1.0-1.2份；(2)研磨、干燥、混合：将步骤(1)中的原料研磨至400-600μm，对研磨后的粉末进行干燥，水分控制在2-4％；将干燥后的原料放入混合机混合1.5-2min；(3)熔制；(4)成型；(5)预加热：(6)预加热；(7)快速加热；(8)冷却；(9)再冷却；(10)均质处理。采用本加工工艺生产的钢化玻璃质量佳，且能有效降低其钢化玻璃的自爆率，安全性好，但现有的或者上述方案仍然存在产品耐高温性能弱，生产过程中钢化玻璃存在容易翘曲，产品次品率高等缺陷。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供了一种工艺步骤简单，耐高温性较好，钢化玻璃破损率低的耐高温钢化玻璃及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种耐高温钢化玻璃，其特征在于，包括以下重量份原料：
石英砂50-55份，氧化铝10～20份，纯碱10-13份，芒硝4-6份，白云石10-15份，长石3-5份，蜡石1-2份，石灰石3-5份，助溶剂1-3份，氧化铈复合澄清剂0.2-0.5份，着色剂1-2份，碎玻璃10-15份，氧化钛1-3份、氧化锑1-2份、氧化钇0.5-1份和耐高温组份15-20份；
所述耐高温组份由以下原料组成：硅溶胶50-60份，硅酸钾水玻璃20-25份，高岭土1-5份，氧化铝20-25份，氧化锌10-15份，膨润土3-5份，硅酸钙5-10份，水40-50份。
本发明的钢化玻璃用组合物中，石英砂是构成玻璃骨架的成分，石英砂含量较高，耐化学性和机械强度会增加，玻璃的高温粘度增加，如果石英砂过多，就难以得到料性长的玻璃，石英砂含量较低则不易形成玻璃，应变点下降，膨胀系数增加，耐酸性和耐碱性均会下降。因此，考虑到玻璃的熔化温度、析晶上限温度、膨胀系数、机械强度、料性等性能，本发明中合适的石英砂含量为50-55重量份。
优选的一种耐高温钢化玻璃，包括以下重量份原料：
石英砂52份，氧化铝15份，纯碱12份，芒硝5份，白云石12份，长石4份，蜡石2份，石灰石4份，助溶剂2份，氧化铈复合澄清剂0.4份，着色剂2份，碎玻璃13份，氧化钛2份、氧化锑1份、氧化钇0.5份和耐高温组份18份；
所述耐高温组份由以下原料组成：硅溶胶55份，硅酸钾水玻璃22份，高岭土3份，氧化铝22份，氧化锌12份，膨润土4份，硅酸钙7份，水45份。
优选的所述助溶剂为偏硼酸钾，所述氧化铈复合澄清剂由氧化铈、硝酸盐和硫酸盐按照4:1:2的质量比配置而成。
一种耐高温钢化玻璃的制备方法，包括如下顺序步骤：
S1.制备耐高温材料组份：将硅溶胶、硅酸钾水玻璃、高岭土、氧化铝、氧化锌、膨润土、硅酸钙均匀混合后球磨粉碎、过筛，注入去离子水中，搅拌均匀，得到耐高温材料组份；
S2.硅酸盐玻璃元件的制备：按照配方比，将原料均匀混合后球磨粉碎、过筛、出铁，升温至1200～1400℃，保温搅拌30～60min后，得到玻璃液，再将所述玻璃液注入成型机中，产品在空气中自然冷却至室温，得到硅酸盐玻璃元件；
S3.钢化处理：在所述硅酸盐玻璃元件表面均匀涂覆所述耐高温材料组份，再置于670-890℃的惰气氛围中加热60～120min，再将加热后的硅酸盐玻璃元件进行风栅淬冷处理；
S4.热浸处理：将经步骤S3钢化处理后的硅酸盐玻璃元件送入热浸炉中，一次加热升温至280-300℃,保温1-1.5H，再二次升温至580-640℃，再以10-30℃/min的速度降温至250-300℃，保温5-10min后炉冷至室温即可。
优选的所述步骤S1中球磨粉碎后过100目筛。
优选的所述步骤S3中，所述涂覆处理包括如下步骤：
ⅰ)对硅酸盐玻璃元件采用物理刻蚀处理，得到表面凹凸不平的硅酸盐玻璃元件，清洁、干燥以后，再通过电晕方法在硅酸盐玻璃元件表面镀上亲水性基团，得到处理后的硅酸盐玻璃元件；
ⅱ)将醇酸清漆或酚醛清漆通过滚涂、淋涂等方式涂布于硅酸盐玻璃元件表面，在20-25℃下晾干；
ⅲ)将饱和的硫酸镁水溶液均匀地涂布于硅酸盐玻璃元件上，待硫酸镁水溶液的水分蒸发后，硫酸镁即在表面结成花纹，再涂布一层醇溶酚醛清漆，使硫酸镁结晶体牢固地附着在玻璃上，再将耐高温材料均匀涂覆于硅酸盐玻璃元件；
ⅳ)将步骤ⅲ)中拍涂后硅酸盐玻璃元件放入烘箱中加热温度35-40度，烘烤5-10min，涂覆处理后的硅酸盐玻璃元件进行后续检验。
优选的所述步骤ⅲ)中耐高温材料的厚度为3-5mm。
优选的所述步骤S3中，所述风栅淬冷处理的工艺参数为：急冷风压1000-12800Pa，淬冷时间15～20秒，风栅喷嘴到玻璃的距离5～10mm，冷却时间3-15s。
优选的所述步骤S4中，所述一次升温速度为20-30℃/min，二次升温速度为35-45℃/min。
与现有技术相比，发明的有益效果是：
1、本发明的钢化玻璃用组合物中，石英砂是构成玻璃骨架的成分，石英砂含量较高，耐化学性和机械强度会增加，玻璃的高温粘度增加，如果石英砂过多，就难以得到料性长的玻璃，石英砂含量较低则不易形成玻璃，应变点下降，膨胀系数增加，耐酸性和耐碱性均会下降。因此，考虑到玻璃的熔化温度、析晶上限温度、膨胀系数、机械强度、料性等性能，本发明中合适的石英砂含量为50-55重量份。
2、其次通过本发明对影响钢化强度因素的合理限制能够很好的使得钢化玻璃具有较好的钢化玻璃强度；
3、对硅酸盐玻璃元件涂覆耐高温材料组分在一定程度上提高硅酸盐玻璃元件的耐高温性；
4、钢化处理过程通过控制温度选择，将加热后的硅酸盐玻璃元件进行风栅淬冷控制，钢化处理效果好，产品成品率高。
5、热浸处理，钢化玻璃在无外部直接作用的情况下而自动发生破碎现象即钢化玻璃自爆现象，通过把钢化后的硅酸盐玻璃元件放在热浸炉内，将钢化后的硅酸盐玻璃元件表面加热升温、保温，使玻璃内部提前进行破裂，保温完成后将上述硅酸盐玻璃元件表面降温，避免了钢化玻璃因为温度原因而松弛影响其安全性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明,实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
实施例1：
本实施例提供一种耐高温钢化玻璃的制备方法，包括如下顺序步骤：
步骤1.制备耐高温材料组份：将50g硅溶胶，20g硅酸钾水玻璃，1g高岭土，20g氧化铝，10g氧化锌，3g膨润土，5g硅酸钙，40g水均匀混合后球磨粉碎、过200目筛，注入200ml去离子水中，搅拌均匀，得到耐高温材料组份；
步骤2.硅酸盐玻璃元件的制备：将石英砂500g，氧化铝100g，纯碱100g，芒硝40g，白云石100g，长石30g，蜡石10g，石灰石30g，偏硼酸钾10g，氧化铈1g、硝酸盐0.5g、硫酸盐0.5g，着色剂10g，碎玻璃100g，氧化钛10g、氧化锑10g、氧化钇5g和耐高温组份150g均匀混合后球磨粉碎、过筛、出铁，得到小于等于200目粉状原料，再将上述粉状原料置于高温炉中以每分钟4℃的速度升温至1200℃，保温搅拌30min后，得到玻璃液，再将所述玻璃液注入成型机中，再将成型机所得到的产品在空气中自然冷却至室温，得到硅酸盐玻璃元件；
步骤3.钢化处理：首先对硅酸盐玻璃元件采用物理刻蚀处理，得到表面凹凸不平的硅酸盐玻璃元件，清洁、干燥以后，再通过电晕方法在硅酸盐玻璃元件表面镀上亲水性基团，得到处理后的硅酸盐玻璃元件，然后将醇酸清漆或酚醛清漆涂布于硅酸盐玻璃元件表面，在20℃下晾干，再将饱和的硫酸镁水溶液均匀地涂布于硅酸盐玻璃元件上，待硫酸镁水溶液的水分蒸发后，硫酸镁即在表面结成花纹，再涂布一层醇溶酚醛清漆，使硫酸镁结晶体牢固地附着在玻璃上，使用刮刀装置，调整控制刮刀高度，在所述硅酸盐玻璃元件表面均匀刮制形成厚度为3mm的耐高温材料组份，最后再置于670℃的惰氮气氛围中加热60min，再将加热后的硅酸盐玻璃元件进行风栅淬冷处理，所述风栅淬冷处理的工艺参数为：急冷风压1000Pa，淬冷时间15秒，风栅喷嘴到玻璃的距离5mm，冷却时间3s。
步骤4.热浸处理：将经步骤S3钢化处理后的硅酸盐玻璃元件送入热浸炉中，一次加热升温至280℃，升温速度为20℃/min，保温1h，再二次升温至580℃，二次升温速度为35℃/min，保温时间为30min，再以10℃/min的速度降温至250℃，保温5min后炉冷至室温即可得到耐高温钢化玻璃。
实施例2
本实施例提供一种耐高温钢化玻璃的制备方法，包括如下顺序步骤：
步骤1.制备耐高温材料组份：将硅溶胶55g，硅酸钾水玻璃22g，高岭土3g，氧化铝22g，氧化锌12g，膨润土4g，硅酸钙7g均匀混合后球磨粉碎、过200目筛，注入水45g搅拌均匀，得到耐高温材料组份；
步骤2.硅酸盐玻璃元件的制备：将石英砂520g，氧化铝150g，纯碱120g，芒硝50g，白云石120g，长石40g，蜡石20g，石灰石40g，偏硼酸钾20g，氧化铈复合澄清剂4g，着色剂20g，碎玻璃130g，氧化钛20g、氧化锑10g、氧化钇5g和耐高温组份180g均匀混合后球磨粉碎、过筛、出铁，得到小于等于200目粉状原料，再将上述粉状原料置于高温炉中以每分钟4℃的速度升温至1400℃，保温搅拌60min后，得到玻璃液，再将所述玻璃液注入成型机中，再将成型机所得到的产品在空气中自然冷却至室温，得到硅酸盐玻璃元件；
步骤3.钢化处理：首先对硅酸盐玻璃元件采用物理刻蚀处理，得到表面凹凸不平的硅酸盐玻璃元件，清洁、干燥以后，再通过电晕方法在硅酸盐玻璃元件表面镀上亲水性基团，得到处理后的硅酸盐玻璃元件，然后将醇酸清漆或酚醛清漆涂布于硅酸盐玻璃元件表面，在20℃下晾干，再将饱和的硫酸镁水溶液均匀地涂布于硅酸盐玻璃元件上，待硫酸镁水溶液的水分蒸发后，硫酸镁即在表面结成花纹，再涂布一层醇溶酚醛清漆，使硫酸镁结晶体牢固地附着在玻璃上，使用刮刀装置，调整控制刮刀高度，在所述硅酸盐玻璃元件表面均匀刮制形成厚度为3mm的耐高温材料组份，最后再置于890℃的氩气氛围中加热60min，再将加热后的硅酸盐玻璃元件进行风栅淬冷处理，所述风栅淬冷处理的工艺参数为：急冷风压12800Pa，淬冷时间20秒，风栅喷嘴到玻璃的距离10mm，冷却时间15s。
步骤4.热浸处理：将经步骤3钢化处理后的硅酸盐玻璃元件送入热浸炉中，一次加热升温至280℃，升温速度为30℃/min，保温1h，再二次升温至580℃，二次升温速度为45℃/min，保温时间为30min，再以10℃/min的速度降温至250℃，保温5min后炉冷至室温即可得到耐高温钢化玻璃。
实施例3
本实施例提供一种耐高温钢化玻璃的制备方法，包括如下顺序步骤：
步骤1.制备耐高温材料组份：将硅溶胶60g，硅酸钾水玻璃25g，高岭土5g，氧化铝25g，氧化锌15g，膨润土5g，硅酸钙10g均匀混合后球磨粉碎、过200目筛，注入水45g搅拌均匀，得到耐高温材料组份；
步骤2.硅酸盐玻璃元件的制备：将石英砂550g，氧化铝200g，纯碱130g，芒硝60g，白云石150g，长石50g，蜡石20g，石灰石50g，偏硼酸钾30g，氧化铈2g、硝酸盐1g和硫酸盐2g，着色剂20g，碎玻璃150g，氧化钛30g、氧化锑20g、氧化钇10g和耐高温组份200g均匀混合后球磨粉碎、过筛、出铁，得到小于等于200目粉状原料，再将上述粉状原料置于高温炉中以每分钟4℃的速度升温至1400℃，保温搅拌60min后，得到玻璃液，随后将所述玻璃液注入成型机中，再将成型机所得到的产品在空气中自然冷却至室温，得到硅酸盐玻璃元件；
步骤3.钢化处理：首先对硅酸盐玻璃元件采用物理刻蚀处理，得到表面凹凸不平的硅酸盐玻璃元件，清洁、干燥以后，再通过电晕方法在硅酸盐玻璃元件表面镀上亲水性基团，得到处理后的硅酸盐玻璃元件，然后将醇酸清漆或酚醛清漆涂布于硅酸盐玻璃元件表面，在20℃下晾干，再将饱和的硫酸镁水溶液均匀地涂布于硅酸盐玻璃元件上，待硫酸镁水溶液的水分蒸发后，硫酸镁即在表面结成花纹，再涂布一层醇溶酚醛清漆，使硫酸镁结晶体牢固地附着在玻璃上，使用刮刀装置，调整控制刮刀高度，在所述硅酸盐玻璃元件表面均匀刮制形成厚度为3mm的耐高温材料组份，最后再置于890℃的氩气氛围中加热60min，再将加热后的硅酸盐玻璃元件进行风栅淬冷处理，所述风栅淬冷处理的工艺参数为：急冷风压12800Pa，淬冷时间20秒，风栅喷嘴到玻璃的距离10mm，冷却时间15s。
步骤4.热浸处理：将经步骤3钢化处理后的硅酸盐玻璃元件送入热浸炉中，一次加热升温至300℃,一次升温速度为30℃/min，保温1.5H，再二次升温至640℃，二次升温速度为45℃/min，再以30℃/min的速度降温至300℃，保温10min后炉冷至室温即可得到耐高温钢化玻璃。
本发明中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的热膨胀系数根据ASTME228-1985《用透明石英膨胀仪测定固体材料线性热膨胀的试验方法》测定得到。
本发明中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的强化深度使用Luceo有限公司(日本东京)FSM-6000LE表面应力仪测定得到。
本本发明中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的抗冲击试验测试参考国标GB15763.2-2005测试得到，不同的是，采用的钢球为120g，钢球的落球高度为试样破坏时钢球的下落高度。
本发明中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的维氏硬度参考GB/T4340.2-2012测试得到。
按照实施例的方法制得玻璃成品，不同的是，对比实施例1-3得到的产品的性能测定结果见表1。
表1
表2霰弹袋冲击试验性能对比表
选用霰弹袋冲击，试验温度22度，实验室湿度45％，标准要求：质量为45±0.1kg霰弹袋，冲击高度300mm-1200mm。判断结果：合格。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐高温钢化玻璃，其特征在于，包括以下重量份原料：
石英砂50-55份，氧化铝10-20份，纯碱10-13份，芒硝4-6份，白云石10-15份，长石3-5份，蜡石1-2份，石灰石3-5份，助溶剂1-3份，氧化铈复合澄清剂0.2-0.5份，着色剂1-2份，碎玻璃10-15份，氧化钛1-3份、氧化锑1-2份、氧化钇0.5-1份和耐高温组份15-20份；
所述耐高温组份由以下原料组成：硅溶胶50-60份，硅酸钾水玻璃20-25份，高岭土1-5份，氧化铝20-25份，氧化锌10-15份，膨润土3-5份，硅酸钙5-10份，水40-50份。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温钢化玻璃，其特征在于，包括以下重量份原料：
石英砂52份，氧化铝15份，纯碱12份，芒硝5份，白云石12份，长石4份，蜡石2份，石灰石4份，助溶剂2份，氧化铈复合澄清剂0.4份，着色剂2份，碎玻璃13份，氧化钛2份、氧化锑1份、氧化钇0.5份和耐高温组份18份；
所述耐高温组份由以下原料组成：硅溶胶55份，硅酸钾水玻璃22份，高岭土3份，氧化铝22份，氧化锌12份，膨润土4份，硅酸钙7份，水45份。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种耐高温钢化玻璃，其特征在于：所述助溶剂为偏硼酸钾，所述氧化铈复合澄清剂由氧化铈、硝酸盐和硫酸盐按照4:1:2的质量比配置而成。
4.根据权利要求1或2任意一项所述的一种耐高温钢化玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下顺序步骤：
S1.制备耐高温材料组份：将硅溶胶、硅酸钾水玻璃、高岭土、氧化铝、氧化锌、膨润土、硅酸钙均匀混合后球磨粉碎、过筛，注入去离子水中，搅拌均匀，得到耐高温材料组份；
S2.硅酸盐玻璃元件的制备：按照配方比，将原料均匀混合后球磨粉碎、过筛、出铁，升温至1200～1400℃，保温搅拌30～60min后，得到玻璃液，再将所述玻璃液注入成型机中，产品在空气中自然冷却至室温，得到硅酸盐玻璃元件；
S3.钢化处理：在所述硅酸盐玻璃元件表面均匀涂覆所述耐高温材料组份，再置于670-890℃的惰气氛围中加热60～120min，再将加热后的硅酸盐玻璃元件进行风栅淬冷处理；
S4.热浸处理：将经步骤S3钢化处理后的硅酸盐玻璃元件送入热浸炉中，一次加热升温至280-300℃,保温1-1.5H，再二次升温至580-640℃，再以10-30℃/min的速度降温至250-300℃，保温5-10min后炉冷至室温即可。
5.根据权利要求4所述的一种耐高温钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤S1中球磨粉碎后过100目筛。
6.根据权利要求4所述的一种耐高温钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述涂覆处理包括如下步骤：
ⅰ)对硅酸盐玻璃元件采用物理刻蚀处理，得到表面凹凸不平的硅酸盐玻璃元件，清洁、干燥以后，再通过电晕方法在硅酸盐玻璃元件表面镀上亲水性基团，得到处理后的硅酸盐玻璃元件；
ⅱ)将醇酸清漆或酚醛清漆通过滚涂、淋涂等方式涂布于硅酸盐玻璃元件表面，在20-25℃下晾干；
ⅲ)将饱和的硫酸镁水溶液均匀地涂布于硅酸盐玻璃元件上，待硫酸镁水溶液的水分蒸发后，硫酸镁即在表面结成花纹，再涂布一层醇溶酚醛清漆，使硫酸镁结晶体牢固地附着在玻璃上，再将耐高温材料均匀涂覆于硅酸盐玻璃元件；
ⅳ)将步骤ⅲ)中拍涂后硅酸盐玻璃元件放入烘箱中加热温度35-40度，烘烤5-10min，留存备用。
7.根据权利要求6所述的一种耐高温钢化玻璃的制备方法，其特征在于：所述步骤ⅲ)中耐高温材料的厚度为3-5mm。
8.根据权利要求4所述的一种耐高温钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述风栅淬冷处理的工艺参数为：急冷风压1000-12800Pa，淬冷时间15～20秒，风栅喷嘴到玻璃的距离5～10mm，冷却时间3-15s。
9.根据权利要求4所述的一种耐高温钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述一次升温速度为20-30℃/min，二次升温速度为35-45℃/min。
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