CN108726875B - 铝硅酸盐玻璃及强化玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝硅酸盐玻璃及强化玻璃。一种铝硅酸盐玻璃，原料以质量百分比计包括：68％～74％的SiO2，2％～6％的P2O5，2％～5％的Al2O3，10％～14％的Na2O，3％～8％的CaO，4％～8％的MgO，0.25％～0.75％的Fe2O3，0.2％～0.5％的C以及0.1％～0.3％的SnO2。上述铝硅酸盐玻璃工艺简单、透光率较高且吸热性较好。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝硅酸盐玻璃及强化玻璃。
背景技术
太阳光主要由可见光、红外线和紫外线三部分组成。对于开车一族来说，红外线的直接影响就是会造成车内气温上升，增加车载空调使用量，增加油耗；而紫外线的照射则会加速车内织物褪色、塑料部件老化，并给皮肤带来伤害。因此，人们迫切希望有这样一种玻璃材料，它既能保持良好的透光性，又能尽量减少阳光热辐射和紫外线的透过，超吸热玻璃便由此应运而生。
超吸热玻璃是基于人们在美观、舒适和环保等方面的要求不断提高，而开发出的一种玻璃新产品，早期主要在汽车和现代化的大型建筑物上使用。随着能源危机加剧，其应用领域正在逐步扩大。
目前，市场上吸热玻璃按照组成主要可划分为硅酸盐吸热玻璃与磷酸盐吸热玻璃。现有的铝硅酸盐玻璃，为了获得足够的吸热能力而在玻璃中加入了一定量的三氧化二铁，从而使玻璃呈绿色或蓝色，这样玻璃的透过率大幅度降低，目前，主流的硅酸盐吸热玻璃的可见光透过率一般在70％以下，从而限制了其应用范围。磷酸盐玻璃虽然光学性能优于硅酸盐吸热玻璃，但其原料成本过高，且生产难度较大，目前仅少量应用于手术灯等高端领域。
发明内容
基于此，有必要提供一种工艺简单且透光率较高的铝硅酸盐玻璃及强化玻璃。
一种铝硅酸盐玻璃，所述铝硅酸盐玻璃的原料以质量百分比计包括：68％～74％的SiO2，2％～6％的P2O5，2％～5％的Al2O3，10％～14％的Na2O，3％～8％的CaO，4％～8％的MgO，0.25％～0.75％的Fe2O3，0.2％～0.5％的C以及0.1％～0.3％的SnO2。
上述铝硅酸盐玻璃采用现有的铝硅酸盐玻璃的制备工艺即可制备，工艺简单；通过对铝硅酸盐玻璃的组成进行优化，从而保证铝硅酸盐玻璃的透光率达到较高水平的同时，还具有较好的吸热性能，经试验测定上述铝硅酸盐玻璃的透光率达到75％以上，遮蔽系数为0.55～0.70，遮蔽系数在较大范围内变动，因此可以满足不同场合的需求。
在其中一个实施例中，所述铝硅酸盐玻璃的原料还包括不超过1％的K2O。
在其中一个实施例中，所述P2O5与MgO的质量比为0.5:1～1:1。
在其中一个实施例中，所述P2O5与Al2O3的质量比为0.6:1～1.5:1。
在其中一个实施例中，所述铝硅酸盐玻璃采用下拉工艺、溢流工艺、浮法工艺或上拉工艺制备。
另一种铝硅酸盐玻璃，以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：68％～74％的SiO2，2％～6％的P2O5，2％～5％的Al2O3，10％～14％的Na2O，3％～8％的CaO，4％～8％的MgO，0.22％～0.70％的Fe2O3，0.03％～0.15％的FeO以及0.1％～0.3％的SnO2。
在其中一个实施例中，还包括不超过1％的K2O。
在其中一个实施例中，以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：68％～71％的SiO2，2％～5％的P2O5，3％～5％的Al2O3，10％～12％的Na2O，0％～1％的K2O，3％～6％的CaO，5％～8％的MgO，0.22％～0.55％的Fe2O3，0.08％～0.15％的FeO以及0.1％～0.3％的SnO2。
在其中一个实施例中，以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：70％～72％的SiO2，2.5％～4％的P2O5，3.5％～4.5％的Al2O3，11％～13％的Na2O，0.2％～0.8％的K2O，5％～7％的CaO，5％～7％的MgO，0.30％～0.60％的Fe2O3，0.05％～0.12％的FeO以及0.15％～0.30％的SnO2。
一种由上述的铝硅酸盐玻璃制备得到的强化玻璃。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
一实施方式的铝硅酸盐玻璃，原料以质量百分比计包括：68％～74％的SiO2，2％～6％的P2O5，2％～5％的Al2O3，10％～14％的Na2O，0％～1％的K2O，3％～8％的CaO，4％～8％的MgO，0.25％～0.75％的Fe2O3，0.2％～0.5％的C以及0.1％～0.3％的SnO2。
二氧化硅(SiO2)是形成铝硅酸盐玻璃骨架所必需的成分。SiO2能提高玻璃的强度、化学稳定性等，若SiO2的含量过低，则玻璃的耐候性不够，若含量过高，玻璃变得难熔，本实施例中，SiO2的质量分数(以下如未特别说明，涉及的百分含量均为质量百分含量)为68％～74％，优选为70％～72％。
五氧化二磷(P2O5)是改善玻璃光学性能所必需的成分。P2O5能提高玻璃的透过率以及红外吸收率。P2O5的含量过低，则其对玻璃光学性能的改善作用不足，若含量过高，则玻璃的原料成本显著增加，且玻璃易分相，本实施方式中，P2O5的含量为2％～6％，优选为3％～5％。
氧化铝(Al2O3)能提玻璃的化学稳定性，同时能抑制含磷玻璃的分相。但是若Al2O3含量过高，则玻璃的熔融性变差，且Al2O3对P2O5的作用产生负面影响。本实施方式中，Al2O3的含量为2％～5％，优选为3％～4％。在其中一个实施例中，SiO2和Al2O3的总的质量百分含量为71％～77％，优选为73％～75％。在其中一个实施例中，P2O5与Al2O3的质量比为0.6:1～1.5:1。
氧化钠(Na2O)能显著降低铝硅酸盐玻璃的熔化温度，是必需的成分。Na2O的含量过低，则玻璃的熔融性较差，Na2O的含量过高，则玻璃的耐候性变差。在本实施方式中，Na2O的含量为10％～14％，优选为12％～13％。
氧化钾(K2O)不是必需的成分，K2O能显著降低玻璃的熔化温度。本实施方式中，K2O的含量为0％～1％，优选为0.3％～0.7％。
氧化钙(CaO)在高温时能降低玻璃的黏度，促进玻璃的熔化和澄清，是必需的成分。如果CaO的含量过低，则玻璃的黏度太大，难以熔化，若CaO含量过高，则玻璃的耐失透性恶化，同时，玻璃的料性过短，不利于成型。在本实施方式中，CaO的含量为3％～8％，优选为4％～6％。
氧化镁(MgO)是使玻璃的高温黏度降低而提高熔融性和成型性的成分，且能抑制玻璃的分相。如果MgO含量过低，则无法获得显著的改善熔融性的效果，且玻璃易分相，如果MgO含量过高，则玻璃易失透。在本实施方式中，MgO的含量为4～8％，优选为5％～7％。在其中一个实施例中，P2O5与MgO的质量比为0.5:1～1:1。
三氧化二铁(Fe2O3)是使玻璃获得红外吸收能力所必须的成分。Fe2O3的含量过低，则玻璃的红外吸收能力不足，若Fe2O3的含量过高，则玻璃的可见光透过率严重降低，无法满足要求。在本实施方式中，Fe2O3的含量为0.25％～0.75％，优选为0.3％～0.6％。
碳粉(C)是调节玻璃亚铁值所必需的成分。原料引入铁元素的一般为三氧化二铁(Fe2O3)，因此需要用碳粉将其部分还原为二价铁离子。如果碳粉的含量过低，则玻璃中的二价铁离子不足，其红外吸收能力较弱，如果碳粉含量过高，碳粉对二价铁离子比例的提高作用已不明显，同时碳粉含量过高会对生产不利。因此，在本实施方式中，碳粉的含量为0.25％～0.75％，优选为0.4％～0.6％。在其中一个实施例中，碳粉与Fe2O3的质量比为0.8:1～1.5:1。在其中一个实施例中，碳粉的粒度为50目～100目。
氧化锡(SnO2)作为澄清剂，是必须的成分。常用的澄清剂-芒硝具有一定的氧化性，会使碳粉的还原作用减弱，且其与碳粉一起使用，会产生“硫碳着色”，从而破坏玻璃原本令人愉悦的“湖水蓝”颜色。另一方面，芒硝会带入硫元素，与玻璃中的镍结合成硫化镍，增加了玻璃自爆的风险。使用氧化锡作为澄清剂，可以避免上述问题。另一方面，氧化锡是具有还原性的澄清剂，有助于提高亚铁比例，或者在维持相同亚铁离子含量的同时降低氧化铁或碳粉的含量，这些都是对生产有利的。若氧化锡含量较低，则澄清效果不足，同时，玻璃的吸热性能难以达到要求，氧化锡含量过高，澄清效果反而变差。在其中一个实施例中，氧化锡含量为0.1％～0.3％。
在其中一个实施例中，铝硅酸盐玻璃的原料组成为：68％～74％的SiO2，2％～6％的P2O5，2％～5％的Al2O3，10％～14％的Na2O，0％～1％的K2O，3％～8％的CaO，4％～8％的MgO，0.25％～0.75％的Fe2O3，0.2％～0.5％的C以及0.1％～0.3％的SnO2。
在其中一个实施例中，铝硅酸盐的原料包括：68％～71％的SiO2，2％～5％的P2O5，3％～5％的Al2O3，10％～12％的Na2O，3％～6％的CaO，5％～8％的MgO，0.25％～0.75％的Fe2O3，0.2％～0.5％的C以及0.1％～0.3％的SnO2。
在其中一个实施例中，铝硅酸盐的原料包括：70％～74％的SiO2，3％～6％的P2O5，2％～4％的Al2O3，12％～14％的Na2O，5％～8％的CaO，3％～6％的MgO，0.50％～0.75％的Fe2O3，0.2％～0.4％的C以及0.1％～0.25％的SnO2。
在其中一个实施例中，铝硅酸盐的原料包括：70％～72％的SiO2，2.5％～4％的P2O5，3.5％～4.5％的Al2O3，11％～13％的Na2O，5％～7％的CaO，5％～7％的MgO，0.40％～0.70％的Fe2O3，0.35％～0.5％的C以及0.15％～0.30％的SnO2。
上述铝硅酸盐制备时，将原料混合后熔融得到玻璃液，待澄清后成型即可。具体的，上述铝硅酸盐玻璃可以采用下拉工艺、溢流工艺、浮法工艺或上拉工艺制备。
通过对铝硅酸盐玻璃的组成进行优化，从而保证铝硅酸盐玻璃的透光率达到较高水平的同时，还具有较好的吸热性能，经试验测定上述铝硅酸盐玻璃的透光率达到75％以上，遮蔽系数为0.55～0.7，遮蔽系数在较大范围内变动，因此可以满足不同场合的需求。
一实施方式的铝硅酸盐玻璃，以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：68％～74％的SiO2，2％～6％的P2O5，2％～5％的Al2O3，10％～14％的Na2O，0％～1％的K2O，3％～8％的CaO，4％～8％的MgO，0.22％～0.70％的Fe2O3，0.03％～0.15％的FeO以及0.1％～0.3％的SnO2。
需要说明的是，在其中一个实施方式，上述铝硅酸盐玻璃制备时的原料如上述实施方式所罗列，当然，需要说明的是，也可以调整原料，只要能获得如本实施方式的铝硅酸盐玻璃的组成即可。
在其中一个实施例中，铝硅酸盐玻璃，以氧化物基准的质量百分含量表示，组成为：68％～74％的SiO2，2％～6％的P2O5，2％～5％的Al2O3，10％～14％的Na2O，0％～1％的K2O，3％～8％的CaO，4％～8％的MgO，0.3％～0.6％的Fe2O3，0.05％～0.12％的FeO以及0.1％～0.3％的SnO2。
在其中一个实施例中，铝硅酸盐玻璃以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：68％～71％的SiO2，2％～5％的P2O5，3％～5％的Al2O3，10％～12％的Na2O，0％～1％的K2O，3％～6％的CaO，5％～8％的MgO，0.22％～0.55％的Fe2O3，0.08％～0.15％的FeO以及0.1％～0.3％的SnO2。
在其中一个实施例中，铝硅酸盐玻璃以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：70％～74％的SiO2，3％～6％的P2O5，2％～4％的Al2O3，12％～14％的Na2O，0％～0.7％的K2O，5％～8％的CaO，3％～6％的MgO，0.40％～0.70％的Fe2O3，0.03％～0.10％的FeO以及0.1％～0.25％的SnO2。
在其中一个实施例中，铝硅酸盐玻璃以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：70％～72％的SiO2，2.5％～4％的P2O5，3.5％～4.5％的Al2O3，11％～13％的Na2O，0.2％～0.8％的K2O，5％～7％的CaO，5％～7％的MgO，0.30％～0.60％的Fe2O3，0.05％～0.12％的FeO以及0.15％～0.30％的SnO2。
在其中一个实施例中，铝硅酸盐玻璃的可见光透光率≥75％，且遮蔽系数为0.55～0.70。
在其中一个实施例中，上述铝硅酸盐玻璃的太阳能直接透射比≤50％。
上述铝硅酸盐玻璃，通过采用现有的铝硅酸盐玻璃的制备工艺即可制备，工艺简单；通过对铝硅酸盐玻璃的组成进行优化，从而保证铝硅酸盐玻璃的透光率达到较高水平的同时，还具有较好的吸热性能，经试验测定上述铝硅酸盐玻璃的透光率达到75％以上，遮蔽系数为0.55～0.70，遮蔽系数在较大范围内变动，因此可以满足不同场合的需求。
一实施方式的强化玻璃，由上述铝硅酸盐玻璃强化得到。
在其中一个实施例中，在纯KNO3熔盐中进行化学强化，温度为420℃，时间为4h。
以下结合具体实施例对上述铝硅酸盐玻璃及强化玻璃进行详细说明。
实施例1～20
实施例1～20的铝硅酸盐玻璃按照表1及表2中的配比称取对应的原料(表1及表2中各组分对应的数值为质量百分含量)进行配料得到混合料，其中碳粉(C)的粒度为50目～100目。将混合料放入铂金坩埚中，将铂金坩埚放入硅钼炉中，升温至1550℃，并熔融3小时，使其均化并浇铸到模具中，在600℃温度下退火1小时以获得块状玻璃。将该块状玻璃进行切割，并对两个表面均进行研磨和抛光，获得尺寸为50mm×50mm×5mm的板状玻璃。
表1
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| SiO<sub>2</sub> | 68.00 | 74.00 | 70.50 | 69.30 | 72.00 | 68.60 | 68.20 | 69.50 | 69.90 | 69.00 |
| P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 6.00 | 2.00 | 4.00 | 2.00 | 2.00 | 3.00 | 5.00 | 3.50 | 2.50 | 5.20 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 2.00 | 5.00 | 2.80 | 2.00 | 2.00 | 3.80 | 2.00 | 2.50 | 4.50 | 3.60 |
| Na<sub>2</sub>O | 11.70 | 10.00 | 11.60 | 12.30 | 14.00 | 13.00 | 10.15 | 12.50 | 10.50 | 13.50 |
| K<sub>2</sub>O | 0.00 | 1.00 | 0.50 | 0.00 | 0.25 | 0.00 | 0.75 | 0.50 | 0.60 | 0.80 |
| CaO | 3.00 | 3.20 | 5.30 | 8.00 | 4.10 | 4.80 | 5.80 | 4.50 | 4.00 | 3.00 |
| MgO | 8.00 | 4.00 | 4.20 | 5.10 | 4.90 | 5.80 | 7.20 | 6.00 | 7.00 | 4.00 |
| Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.50 | 0.25 | 0.75 | 0.65 | 0.30 | 0.30 | 0.45 | 0.35 | 0.40 | 0.60 |
| C | 0.50 | 0.35 | 0.25 | 0.40 | 0.30 | 0.40 | 0.35 | 0.45 | 0.35 | 0.20 |
| SnO<sub>2</sub> | 0.30 | 0.20 | 0.10 | 0.25 | 0.15 | 0.30 | 0.10 | 0.20 | 0.25 | 0.10 |
表2
| 实施例 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| SiO<sub>2</sub> | 71.50 | 72.50 | 73.10 | 68.20 | 70.10 | 72.20 | 68.50 | 69.80 | 68.80 | 73.50 |
| P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 2.70 | 3.50 | 4.50 | 5.80 | 4.00 | 2.80 | 4.20 | 3.60 | 4.00 | 4.00 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 2.80 | 3.00 | 2.20 | 4.20 | 3.50 | 2.60 | 3.10 | 2.40 | 3.30 | 3.50 |
| Na<sub>2</sub>O | 10.80 | 10.50 | 11.90 | 12.50 | 11.50 | 11.20 | 13.10 | 12.80 | 10.40 | 10.50 |
| K<sub>2</sub>O | 0.20 | 0.00 | 0.10 | 0.50 | 0.40 | 0.70 | 0.30 | 0.00 | 0.80 | 0.10 |
| CaO | 5.50 | 4.00 | 3.00 | 3.80 | 3.50 | 4.60 | 4.20 | 3.30 | 7.50 | 3.20 |
| MgO | 5.50 | 5.00 | 4.00 | 4.20 | 6.00 | 5.00 | 5.60 | 7.10 | 4.10 | 4.20 |
| Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.55 | 0.70 | 0.60 | 0.35 | 0.55 | 0.55 | 0.30 | 0.25 | 0.70 | 0.30 |
| C | 0.25 | 0.50 | 0.40 | 0.25 | 0.30 | 0.25 | 0.40 | 0.50 | 0.20 | 0.45 |
| SnO<sub>2</sub> | 0.20 | 0.30 | 0.20 | 0.20 | 0.15 | 0.10 | 0.30 | 0.25 | 0.20 | 0.25 |
对实施例1～20制备的铝硅酸盐玻璃及对比例的玻璃(目前市场上主流的湖水蓝玻璃)进行测试，测试结果见表3及表4所示(表3及表4中各组分对应的数值为质量百分含量)。
其中，铝硅酸盐玻璃的组成采用X射线荧光光谱仪检测；透过率光谱的测试，采用的仪器为美国PE Lambda950紫外可见光分光光度计；根据得到的光谱数据，按照《JC/T536-94吸热玻璃》标准，对玻璃的可见光透过率以及太阳光直接透射比进行计算；结合玻璃的透过率光谱与反射率光谱，计算玻璃的遮蔽系数。对所有试样在纯KNO3熔盐中进行化学强化，温度为420℃，时间为4h，之后用FSM-6000LE双折射应力仪对其应力值(CS)以及离子交换深度(DOL)进行测试。
表3
表4
从表3及表4可以看出，实施例1～20的玻璃的透过率均在75％以上，遮蔽系数为0.55～0.70。同时，可以看出，本发明所提供的吸热玻璃，其透过率高于湖水蓝，b值更低(更蓝)，且绝大部分实施例的太阳能直接透射比以及遮蔽系数均低于湖水蓝，另一方面，在相同离子交换条件下，所有实施例的CS与DOL值均高于对比例，表明本发明提供的玻璃在整体性能上优于主流吸热玻璃。
应该明确，吸热玻璃不论夏季或者冬季，都会遮挡住部分太阳辐射热能，因此主要用于以防热为主的南方地区。吸热玻璃对光谱没有选择性，在降低阳光透射的同时也阻碍了可见光的投射，会影响采光。夏季本身因吸热会发烫，本身辐射率高，吸收的热量会部分辐射到室内，易引起人的不适。所以，吸热玻璃的吸热性能并不总是越高越好。本实施方式的铝硅酸盐玻璃的遮蔽系数能在较大范围内变动，因此可以满足不同场合的需求。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃的原料以质量百分比计包括：68%~74%的SiO2，2%~6%的P2O5，2%~5%的Al2O3，10%~14%的Na2O，3%~8%的CaO，4%~8%的MgO，0.25%~0.75%的Fe2O3，0.2%~0.5%的C以及0.1%~0.3%的SnO2；其中，所述P2O5与MgO的质量比为0.5:1 ~1:1；所述铝硅酸盐玻璃呈湖水蓝色调；所述铝硅酸盐玻璃的可见光透光率≥75%，且遮蔽系数为0.55~0.70；所述铝硅酸盐玻璃的太阳能直接透射比≤50%。
2.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃的原料还包括不超过1%的K2O。
3.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述C与Fe2O3的质量比为0.8:1~1.5:1。
4.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述P2O5与Al2O3的质量比为0.6:1~1.5:1。
5.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃采用下拉工艺、溢流工艺、浮法工艺或上拉工艺制备。
6.一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：68%~74%的SiO2，2%~6%的P2O5，2%~5%的Al2O3，10%~14%的Na2O，3%~8%的CaO，4%~8%的MgO，0.22%~0.70%的Fe2O3，0.03%~0.15%的FeO以及0.1%~0.3%的SnO2；其中，所述P2O5与MgO的质量比为0.5:1 ~1:1；所述铝硅酸盐玻璃呈湖水蓝色调；所述铝硅酸盐玻璃的可见光透光率≥75%，且遮蔽系数为0.55~0.70；所述铝硅酸盐玻璃的太阳能直接透射比≤50%。
7.根据权利要求6所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，还包括不超过1%的K2O。
8.根据权利要求6所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：68%~71%的SiO2，2%~5%的P2O5，3%~5%的Al2O3，10%~12%的Na2O，0%~1%的K2O，3%~6%的CaO，5%~8%的MgO，0.22%~0.55%的Fe2O3，0.08%~0.15%的FeO以及0.1%~0.3%的SnO2。
9.根据权利要求6所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以氧化物基准的质量百分含量表示，包括：70%~72%的SiO2，2.5%~4%的P2O5，3.5%~4.5%的Al2O3，11%~13%的Na2O，0.2%~0.8%的K2O，5%~7%的CaO，5%~7%的MgO，0.30%~0.60%的Fe2O3，0.05%~0.12%的FeO以及0.15%~0.30%的SnO2。
10.一种由权利要求6~9任一项所述的铝硅酸盐玻璃制备得到的强化玻璃。
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