CN109942187A - 一种耐温差玻璃杯及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐温差玻璃杯及其制备工艺，该耐温差玻璃杯包括以下原料以及其重量份数：纳米二氧化硅55‑65份，纳米氧化铝5‑10份，氧化镁4‑8份，氧化锂0.2‑0.6份，氟化钙7‑12份，氧化锌0.5‑1份，氧化铁0.3‑1.5份，五氧化二磷3‑5份，硝酸铈6‑10份，锗粉0.5‑2份，三氧化二钕0.2‑0.5份，硫酸锆0.5‑1份，碳化硅1‑2份，改性剂5‑11份。本发明增强了玻璃的抗折强度、抗龟裂性能、热稳定性等性能，使得大幅度的温差变化都不会发生破裂，具备较强的耐高温性，光滑度好，耐磨性强。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，具体公开了一种耐温差玻璃杯及其制备工艺。
背景技术
玻璃杯是一种化学实验室常用的玻璃仪器，在常温或加热时使用；无论什么样的玻璃杯都具有相应的使用规范，如果不按照使用规范进行使用，容易造成玻璃杯损坏。其中导致玻璃杯损坏的一个主要原因是受到外力冲击而破碎，另外一个更常见的原因是试管在加热过程中因为受热不均导致玻璃杯爆裂。
玻璃杯容易损坏除了人为的操作不当外，也应归咎于玻璃材质的自身的性质，玻璃材质的抗冲击性能相对较差，且内部应力不均会导致玻璃杯自爆。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的缺陷，提供一种耐温差玻璃杯及其制备工艺，本发明增强了玻璃的抗折强度、抗龟裂性能、热稳定性等性能，使得大幅度的温差变化都不会发生破裂，具备较强的耐高温性，光滑度好，耐磨性强。
为了实现以上目的，本发明通过包括以下技术方案实现的：第一方面，本发明提供一种耐温差玻璃杯，包括以下原料以及其重量份数：纳米二氧化硅55-65份，纳米氧化铝5-10份，氧化镁4-8份，氧化锂0.2-0.6份，氟化钙7-12份，氧化锌0.5-1份，氧化铁0.3-1.5份，五氧化二磷3-5份，硝酸铈6-10份，锗粉0.5-2份，三氧化二钕0.2-0.5份，硫酸锆0.5-1份，碳化硅1-2份，改性剂5-11份。
优选地，所述耐温差玻璃杯包括以下原料以及其重量份数:纳米二氧化硅58-61份，纳米氧化铝7-8份，氧化镁6-7份，氧化锂0.3-0.5份，氟化钙9-11份，氧化锌0.7-0.9份，氧化铁0.7-1.2份，五氧化二磷3.5-4.5份，硝酸铈8-9份，锗粉1.2-1.5份，三氧化二钕0.3-0.4份，硫酸锆0.7-0.8份，碳化硅1.3-1.5份，改性剂7-9份。
优选地，所述改性剂由三聚磷酸钠、硼砂和滑石粉按照重量比1：(2-4)：(3.5-4.5)组成。
更优选地，所述改性剂由三聚磷酸钠、硼砂和滑石粉按照重量比1：3：4组成。
第二方面，本发明还提供了一种制备如上述所述的耐温差玻璃杯的工艺，包括以下步骤：
1)按照重量配比将所述氧化镁，所述氧化锂、所述氟化钙、所述氧化锌、所述氧化铁、所述五氧化二磷、所述硝酸铈、所述锗粉、所述三氧化二钕、所述硫酸锆、所述碳化硅、所述改性剂加入到球磨机中研磨，研磨后加入所述纳米二氧化硅、所述纳米氧化铝，混合均匀干燥，送入低温冷冻设备进行低温处理，然后再将冷冻后的物料送入微波处理设备中进行连续微波处理；然后送入到玻璃窑中，以1400-1600℃的温度将原料熔融成玻璃液；
优选地，在步骤1)中，所述低温处理的温度为-22℃至-15℃，所述低温处理的时间为1-2h。
优选地，在步骤1)中，所述连续微波处理的微波频率为1200-1500MHz，所述连续微波处理的功率为250-300W，所述连续微波处理的时间为1.5-2.5h。
更优选地，在步骤1)中，所述连续微波处理的微波频率为1300-1350MHz，所述连续微波处理的功率为270-280W，所述连续微波处理的时间为2h。
2)将玻璃液送入到管坯模具中进行初步成型，制成初成型的玻璃杯制品；
优选地，在步骤2)中，所述管坯模具的温度为600-650℃。
更优选地，在步骤2)中，所述管坯模具的温度为620-630℃。
3)将初成型的玻璃杯制品退火处理，退火后再进行热处理；
优选地，在步骤3)中，所述退火温度为510-530℃。
更优选地，在步骤3)中，所述退火温度为515-520℃。
优选地，在步骤3)中，所述热处理的过程包括以下步骤：首先将玻璃杯制品在520-550℃的温度下保温1-2h，然后以1-3℃/min的速率将炉内温度升高至650-700℃，保温0.5-1.5h，以4-5℃/min的速率将温度升高至820-850℃，保温1.5-2h后开始降温，降温的速率为25-28℃/min，将温度降至650-710℃，最后在以5-7℃/min的速率将温度降低至150-160℃后出炉，完成热处理过程。该处理过程的主要目的是使得玻璃内部的应力趋于平衡，使得玻璃的内部性质更加稳定，降低玻璃杯因为受热不均而爆裂的概率。
4)热处理后的玻璃杯制品加热至200-240℃后，投入到强化液中进行强化，形成钠离子强化层，最后将玻璃试杯取出后冷却至室温，得到玻璃杯成品。
优选地，在步骤4)中，所述强化液为熔融的氯化钠或者硝酸钠液，强化时间为10-15min。强化过程改善该玻璃材质的结构强度，提高玻璃的耐温差性能，提高玻璃杯的硬度。
综上所述，本发明提供一种耐温差玻璃杯及其制备工艺，本发明的有益效果：
在本发明的在玻璃配方中加入了三氧化二钕、硫酸锆，增强了玻璃的抗折强度、抗龟裂性能、热稳定性等性能，使得大幅度的温差变化都不会发生破裂，具备较强的耐高温性，光滑度好，耐磨性强；加入碳化硅粉使得玻璃化学性能稳定，热系数高、膨胀系数小、耐磨性能好。本发明加入改性剂更有利于各个原料的融合，能够使得原料之间混合均匀，使得制造出来的玻璃的品质好，并且提高了玻璃的热稳定性能。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
实施例1
一种耐温差玻璃杯的制备工艺，包括以下步骤：1)按照重量份数将4份氧化镁，0.2份氧化锂、8份氟化钙、0.6份氧化锌、0.5份氧化铁、3份五氧化二磷、7份硝酸铈、1份锗粉、0.2份三氧化二钕、1份硫酸锆、1份碳化硅、6份改性剂(其中，改性剂由三聚磷酸钠、硼砂和滑石粉按照重量比1：3：4组成)加入到球磨机中研磨，研磨后加入60份纳米二氧化硅、8份纳米氧化铝，混合均匀干燥，送入低温冷冻设备进行低温处理，在-18℃环境下低温处理1.5h，然后再将冷冻后的物料送入微波处理设备中，于微波频率1250MHz、功率250W下连续微波处理，连续微波处理时间为2h；然后送入到玻璃窑中，以1500℃的温度将原料熔融成玻璃液；
2)将玻璃液送入到管坯模具中进行初步成型，管坯模具中的温度为620℃，制成初成型的玻璃杯制品；
3)将初成型的玻璃杯制品在510-530℃的退火温度下退火处理，退火后再经过热处理工艺处理，热处理工艺如下：首先将玻璃杯制品在520-550℃的温度下保温2h，然后以1℃/min的速率将炉内温度升高至650℃，保温0.5h，以4℃/min的速率将温度升高至820℃，保温1.5h后开始降温，降温的速率为25℃/min，将温度降至650℃，最后在以5℃/min的速率将温度降低至150℃后出炉，完成热处理过程；
4)热处理后的玻璃杯制品加热至200-240℃后，投入到熔融的硝酸钠液中，强化10min，形成钠离子强化层，最后将玻璃试杯取出后冷却至室温，得到玻璃杯，玻璃杯的杯壁厚度为4mm。
实施例2
一种耐温差玻璃杯的制备工艺，包括以下步骤：1)按照重量份数将8份氧化镁，0.6份氧化锂、9份氟化钙、0.7份氧化锌、1.5份氧化铁、3.5份五氧化二磷、8份硝酸铈、1.1份锗粉、0.5份三氧化二钕、0.6份硫酸锆、1.3份碳化硅、9份改性剂(其中，改性剂由三聚磷酸钠、硼砂和滑石粉按照重量比1：3：4组成)加入到球磨机中研磨，研磨后加入60份纳米二氧化硅、10份纳米氧化铝，混合均匀干燥，送入低温冷冻设备进行低温处理，在-18℃环境下低温处理2h，然后再将冷冻后的物料送入微波处理设备中，于微波频率1300MHz、功率300W下连续微波处理，连续微波处理时间为2h；然后送入到玻璃窑中，以1500℃的温度将原料熔融成玻璃液；
2)将玻璃液送入到管坯模具中进行初步成型，管坯模具中的温度为650℃，制成初成型的玻璃杯制品；
3)将初成型的玻璃杯制品在510-530℃的退火温度下退火处理，退火后再经过热处理工艺处理，热处理工艺如下：首先将玻璃杯制品在520-550℃的温度下保温2h，然后以3℃/min的速率将炉内温度升高至650℃，保温1.5h，以4℃/min的速率将温度升高至820-850℃，保温2h后开始降温，降温的速率为28℃/min，将温度降至660℃，最后在以6℃/min的速率将温度降低至150-160℃后出炉，完成热处理过程；
4)热处理后的玻璃杯制品加热至210℃后，投入到熔融的硝酸钠液中，强化150min，形成钠离子强化层，最后将玻璃试杯取出后冷却至室温，得到玻璃杯，玻璃杯的杯壁厚度为4mm。
实施例3
一种耐温差玻璃杯的制备工艺，包括以下步骤：1)按照重量份数将6份氧化镁，0.3份氧化锂、12份氟化钙、0.6份氧化锌、0.4份氧化铁、3.5份五氧化二磷、10份硝酸铈、0.7份锗粉、0.3份三氧化二钕、0.9份硫酸锆、1.7份碳化硅、10份改性剂(其中，改性剂由三聚磷酸钠、硼砂和滑石粉按照重量比1：3：4组成)加入到球磨机中研磨，研磨后加入60份纳米二氧化硅、8份纳米氧化铝，混合均匀干燥，送入低温冷冻设备进行低温处理，在-18℃环境下低温处理1h，然后再将冷冻后的物料送入微波处理设备中，于微波频率1400MHz、功率300W下连续微波处理，连续微波处理时间为2h；然后送入到玻璃窑中，以1500℃的温度将原料熔融成玻璃液；
2)将玻璃液送入到管坯模具中进行初步成型，管坯模具中的温度为620℃，制成初成型的玻璃杯制品；
3)将初成型的玻璃杯制品在530℃的退火温度下退火处理，退火后再经过热处理工艺处理，热处理工艺如下：首先将玻璃杯制品在520-550℃的温度下保温1-2h，然后以2℃/min的速率将炉内温度升高至670℃，保温1h，以4℃/min的速率将温度升高至840℃，保温1.5h后开始降温，降温的速率为25℃/min，将温度降至650℃，最后在以5℃/min的速率将温度降低至150℃后出炉，完成热处理过程；
4)热处理后的玻璃杯制品加热至210℃后，投入到熔融的硝酸钠液中，强化15min，形成钠离子强化层，最后将玻璃试杯取出后冷却至室温，得到玻璃杯，玻璃杯的杯壁厚度为4mm。
实施例4
一种耐温差玻璃杯的制备工艺，包括以下步骤：1)按照重量份数将7份氧化镁，0.4份氧化锂、10份氟化钙、0.8份氧化锌、0.9份氧化铁、4份五氧化二磷、8.5份硝酸铈、1.3份锗粉、0.4份三氧化二钕、0.8份硫酸锆、1.4份碳化硅、8份改性剂(其中，改性剂由三聚磷酸钠、硼砂和滑石粉按照重量比1：3：4组成)加入到球磨机中研磨，研磨后加入60份纳米二氧化硅、7.5份纳米氧化铝，混合均匀干燥，送入低温冷冻设备进行低温处理，在-18℃环境下低温处理1-2h，然后再将冷冻后的物料送入微波处理设备中，于微波频率1300MHz、功率275W下连续微波处理，连续微波处理时间为2h；然后送入到玻璃窑中，以1500℃的温度将原料熔融成玻璃液；
2)将玻璃液送入到管坯模具中进行初步成型，管坯模具中的温度为630℃，制成初成型的玻璃杯制品；
3)将初成型的玻璃杯制品在515℃的退火温度下退火处理，退火后再经过热处理工艺处理，热处理工艺如下：首先将玻璃杯制品在530℃的温度下保温1.5h，然后以2℃/min的速率将炉内温度升高至670℃，保温1h，以4℃/min的速率将温度升高至840℃，保温1.5h后开始降温，降温的速率为26℃/min，将温度降至700℃，最后在以6℃/min的速率将温度降低至155℃后出炉，完成热处理过程；
4)热处理后的玻璃杯制品加热至220℃后，投入到熔融的硝酸钠液中，强化15min，形成钠离子强化层，最后将玻璃试杯取出后冷却至室温，得到玻璃杯，玻璃杯的杯壁厚度为4mm。
性能测试
对实施例1至4的获得的玻璃杯进行温差测试和坠落测试。
温差测试的方法为将样本在加热到120℃并保温5min，然后将0℃的凉水加入到样本中，5min后，将样本中的水倒出，观察样本表面是否产生细纹或破裂，合格标准为样品表面无破裂或细纹。
坠落测试的方法为将样品置于2m高度，然后让样品自由坠落，坠落的底面为水泥地面，观察样品表面是否产生细纹和破裂，合格标准为样品表面无破裂或细纹；测试结果如表1所示。
表1实施例1至4获得玻璃杯的测试结果
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 温差测试 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 坠落测试 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
从表1可以看出，实施例1至4提供的玻璃杯，具有良好的耐温差特性，在承受剧烈温差变化时，可以保持性质稳定，杯壁不产生细纹或破裂；并且巨婴较高的硬度，在2m左右的高度坠落时，不会破碎。
以上，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种耐温差玻璃杯，其特征在于，包括以下原料以及其重量份数：纳米二氧化硅55-65份，纳米氧化铝5-10份，氧化镁4-8份，氧化锂0.2-0.6份，氟化钙7-12份，氧化锌0.5-1份，氧化铁0.3-1.5份，五氧化二磷3-5份，硝酸铈6-10份，锗粉0.5-2份，三氧化二钕0.2-0.5份，硫酸锆0.5-1份，碳化硅1-2份，改性剂5-11份。
2.如权利要求1所述的耐温差玻璃杯，其特征在于，包括以下原料以及其重量份数:纳米二氧化硅58-61份，纳米氧化铝7-8份，氧化镁6-7份，氧化锂0.3-0.5份，氟化钙9-11份，氧化锌0.7-0.9份，氧化铁0.7-1.2份，五氧化二磷3.5-4.5份，硝酸铈8-9份，锗粉1.2-1.5份，三氧化二钕0.3-0.4份，硫酸锆0.7-0.8份，碳化硅1.3-1.5份，改性剂7-9份。
3.如权利要求1或2所述的耐温差玻璃杯，其特征在于，所述改性剂由三聚磷酸钠、硼砂和滑石粉按照重量比1：(2-4)：(3.5-4.5)组成。
4.一种制备如权利要求1至3任一所述的耐温差玻璃杯的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照重量配比将所述氧化镁，所述氧化锂、所述氟化钙、所述氧化锌、所述氧化铁、所述五氧化二磷、所述硝酸铈、所述锗粉、所述三氧化二钕、所述硫酸锆、所述碳化硅、所述改性剂加入到球磨机中研磨，研磨后加入所述纳米二氧化硅、所述纳米氧化铝，混合均匀干燥，送入低温冷冻设备进行低温处理，然后再将冷冻后的物料送入微波处理设备中进行连续微波处理；然后送入到玻璃窑中，以1400-1600℃的温度将原料熔融成玻璃液；
2)将玻璃液送入到管坯模具中进行初步成型，制成初成型的玻璃杯制品；
3)将初成型的玻璃杯制品退火处理，退火后再进行热处理；
4)热处理后的玻璃杯制品加热至200-240℃后，投入到强化液中进行强化，最后将玻璃试杯取出后冷却至室温，得到玻璃杯成品。
5.如权利要求4所述的耐温差玻璃杯的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述低温处理的温度为-22℃至-15℃，所述低温处理的时间为1-2h。
6.如权利要求4所述的耐温差玻璃杯的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述连续微波处理的微波频率为1200-1500MHz，所述连续微波处理的功率为250-300W，所述连续微波处理的时间为1.5-2.5h。
7.如权利要求4所述的耐温差玻璃杯的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，所述管坯模具的温度为600-650℃。
8.如权利要求4所述的耐温差玻璃杯的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，所述退火温度为510-530℃。
9.如权利要求4所述的耐温差玻璃杯的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，所述热处理的过程包括以下步骤：首先将玻璃杯制品在520-550℃的温度下保温1-2h，然后以1-3℃/min的速率将炉内温度升高至650-700℃，保温0.5-1.5h，以4-5℃/min的速率将温度升高至820-850℃，保温1.5-2h后开始降温，降温的速率为25-28℃/min，将温度降至650-710℃，最后在以5-7℃/min的速率将温度降低至150-160℃后出炉，完成热处理过程。
10.如权利要求4所述的耐温差玻璃杯的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，所述强化液为熔融的氯化钠或者硝酸钠液，强化时间为10-15min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190628 |