CN110563331A - 一种高硼硅玻璃 - Google Patents

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刘克勤
吴友良
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Abstract

本发明公开了一种高硼硅玻璃，属于玻璃加工技术领域，高硼硅玻璃包括以下重量份的原料：SiO275‑90份，零水硼砂4‑12份，Al2O30.1‑5份，Na2O 1‑8份，CaO 0.1‑2份，碎玻璃25‑30份，La2O30.05‑0.1份，澄清助剂1.45‑1.7份，结构助剂0.16‑1.6份。通过1)按重量份将高硼硅玻璃原料混合均匀；2)放入玻璃电熔窑炉，在1600‑1700℃下熔融，熔融时间为2‑2.5h，得到玻璃熔融液；3)通过玻璃拉管机拉管成型，在退火炉中670℃保温30min自然冷却；加工制备而成。其机械性能好，强度更高，澄清度更高，硼挥发量更少。

Description

一种高硼硅玻璃
技术领域
本发明属于玻璃加工技术领域，具体涉及一种高硼硅玻璃。
背景技术
高硼硅玻璃(又名硬质玻璃)，是一种低膨胀率、耐高温、高强度、高硬度、高透光率和高化学稳定性的特殊玻璃材料，因其优异的性能，被广泛应用于太阳能、化工、医药包装、电光源、工艺饰品等行业。它的良好性能已得到世界各界的广泛认可，特别是太阳能领域应用更为广泛，德、美等发达国家已进行了较为广泛的推广。
高硼硅玻璃在生产工艺中有一系列特殊问题：熔化温度高、黏度大、澄清均化困难、硼挥发、玻璃液的分层、玻璃分相等。
高硼硅玻璃管生产通常是在原料中加入少量食盐作为澄清剂，但仍存在微小的非密集气泡和线道，NaCl主要用于消除玻璃中的大气泡，而对于较小的气泡，作用并不明显。但继续增加NaCl的含量，会导致玻璃澄清过度使玻璃乳浊，在工业生产中，NaCl会对耐火材料造成侵蚀。因此单独采用氯化钠做澄清剂效果不理想。
同时在高硼硅玻璃中，氧化硼是一种重要的玻璃成分，赋予了玻璃很多的优良性能，而且具有一定的助熔作用。玻璃熔制的过程中，由于氧化硼的挥发，一方面造成了玻璃液变质，实际含量与设计含量不一致，影响玻璃的质量；另一方面，挥发的氧化硼会侵蚀窑炉，缩短窑炉寿命，同时还造成了原料的浪费。
而从条纹的危害性上看，条纹出现后，首先影响产品的美观，严重地影响产品的外观质量，是一项比较明显的外观缺陷，从而大幅度地影响产品的合格率。当有些条纹出现时，在产品内部产生不同大小的特征应力，通常称为结构应力，此应力在产品退火时不能消除，并且能够使产品自行破裂。该应力的出现对产品的理化性能产生很大的影响，如玻璃的机械强度、热稳定性和化学稳定性等。
现有制备高硼硅玻璃的方法澄清均化，强度和硼挥发度满足不了市场某些场合的需求，需要一种气泡更少，强度更高，硼挥发量更少的高硼硅玻璃。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高硼硅玻璃，机械性能好，强度更高，澄清度更高，硼挥发量更少。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：SiO275-90份，零水硼砂4-12份，Al2O30.1-5份，Na2O1-8份，CaO 0.1-2份，碎玻璃25-30份，La2O30.05-0.1份，澄清助剂1.45-1.7份，结构助剂0.16-1.6份。
优选的，一种高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：SiO282份，零水硼砂9 份，Al2O33份，Na2O4.5份，CaO 1份，碎玻璃27份，La2O30.08份，澄清助剂1.58份，结构助剂1份。
碎玻璃来自于质检不合格的高硼硅玻璃。
澄清助剂包括以下重量份的原料：食盐1.4-1.6份，CeO20.05-0.1份。
优选的，澄清助剂包括以下重量份的原料：食盐1.5份，CeO20.08份。
结构助剂为CeO2。
上述高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份将高硼硅玻璃原料混合均匀；
2)放入玻璃电熔窑炉，在1600-1700℃熔融，熔融时间为2-2.5h，得到玻璃熔融液；
3)通过玻璃拉管机拉管成型，在退火炉中670℃保温30min自然冷却。
上述各步骤在空气气氛下进行。
退火后的玻璃进行物理抛光处理。
有益效果：与现有技术相比，本申请具有以下优势：本发明制备的高硼硅玻璃，具有优异的防腐性能、高强度和高耐温性能，大幅度的延长了高硼硅玻璃的使用寿命。其机械性能好，强度更高，澄清度更高，硼挥发量更少。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：SiO282份，零水硼砂9份，Al2O3 3份，Na2O4.5份，CaO 1份，碎玻璃27份，La2O30.08份，澄清助剂1.58份，结构助剂1份。
澄清助剂包括以下重量份的原料：食盐1.5份，CeO20.08份。
结构助剂为ZrO2。
高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤，各步骤在空气气氛下进行：
1)按重量份将高硼硅玻璃原料混合均匀；
2)放入玻璃电熔窑炉，在1600-1700℃温度下熔融，熔融时间为2-2.5h，得到玻璃熔融液；
3)通过玻璃拉管机拉管成型，在退火炉中670℃保温30min自然冷却。
退火后的玻璃进行物理抛光处理。
质检不合格的高硼硅玻璃人为破碎后作为原料回收利用。
实施例2
一种高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：SiO278份，零水硼砂5份，Al2O3 0.1份，Na2O1份，CaO0.1份，碎玻璃25份，La2O30.05份，澄清助剂1.45份，结构助剂0.16份。
澄清助剂包括以下重量份的原料：食盐1.4份，CeO20.05份。
结构助剂为ZrO2。
高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤，各步骤在空气气氛下进行：
1)按重量份将高硼硅玻璃原料混合均匀；
2)放入玻璃电熔窑炉，在1600-1700℃温度下熔融，熔融时间为2-2.5h，得到玻璃熔融液；
3)通过玻璃拉管机拉管成型，在退火炉中670℃保温30min自然冷却。
退火后的玻璃进行物理抛光处理。
质检不合格的高硼硅玻璃人为破碎后作为原料回收利用。
实施例3
一种高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：SiO290份，零水硼砂12份，Al2O3 5份，Na2O8份，CaO 2份，碎玻璃30份，La2O30.1份，澄清助剂1.7份，结构助剂1.6份。
澄清助剂包括以下重量份的原料：食盐1.6份，CeO20.1份。
结构助剂为ZrO2。
高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤，各步骤在空气气氛下进行：
1)按重量份将高硼硅玻璃原料混合均匀；
2)放入玻璃电熔窑炉，在1600-1700℃温度下熔融，熔融时间为2-2.5h，得到玻璃熔融液；
3)通过玻璃拉管机拉管成型，在退火炉中670℃保温30min自然冷却。
退火后的玻璃进行物理抛光处理。
质检不合格的高硼硅玻璃人为破碎后作为原料回收利用。
对比例：按照重量份原料SiO275-90份，Bi2O34-12份，Al2O30.1-5份，Na2O 1-8份，CaO 0.1-2份，碎玻璃25-30份，食盐1.4-1.6份的制成的高硼硅玻璃。
高硼硅玻璃性能测定
条纹度：按照GB/T7962.7规定的条纹度测试方法进行测试。
气泡度：按照GB/T7962.8规定的气泡度测试方法进行测试。
表1高硼硅玻璃性能测定结果
编号 气泡度 条纹度
实施例1 无 无明显的条纹阴影存在
实施例2 ≤0.5mm小气泡数个 无明显的条纹阴影存在
实施例3 无 无明显的条纹阴影存在
对比例 0.5-1mm小气泡数个 内有直径≤1mm的细而分散的条纹影像存在
稀土CeO2是一种强氧化剂，它在高温下能分解生成Ce2O3，并释放出一定的 O2，O2进入玻璃液的气泡内，降低气泡中的气体分压，使之继续吸收气体，促使气泡体积增大，加速上升，从而达到玻璃澄清与均化的目的。
硼的挥发与玻璃成分中水的含量有关，玻璃成分中含水越多，硼挥发越严重。从硼挥发的角度来看，零水硼砂是比较好的氧化硼引入方式。
同时添加稀土氧化物La2O3可以有效降低玻璃中硼的挥发量。La的离子势较碱土金属离子的更大，在玻璃形成过程中，更容易与硼酸盐基团结合，生成LaBO3和La(BO2)3。LaBO3和La(BO2)3具有更低的饱和蒸汽压，因而降低了硼的挥发量。
从条纹的危害性上看，条纹出现后，首先影响产品的美观，严重地影响产品的外观质量，是一项比较明显的外观缺陷，从而大幅度地影响产品的合格率。当有些条纹出现时，在产品内部产生不同大小的特征应力，通常称为结构应力，此应力在产品退火时不能消除，并且能够使产品自行破裂。该应力的出现对产品的理化性能产生很大的影响，如玻璃的机械强度、热稳定性和化学稳定性等，少量的ZrO2可以改良玻璃的网络结构，在玻璃表面被化学腐蚀的过程中，玻璃表面开始溶解就会形成保护膜包覆着玻璃表面，防止玻璃网络结构和一些能迁移的离子基团进入腐蚀液，阻止玻璃进一步被腐蚀，因此添加ZrO2的玻璃样品化学稳定性最好。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种高硼硅玻璃，其特征在于，包括以下重量份的原料：SiO2 75-90份，零水硼砂4-12份，Al2O3 0.1-5份，Na2O 1-8份，CaO 0.1-2份，碎玻璃25-30份，La2O3 0.05-0.1份，澄清助剂1.45-1.7份，结构助剂0.16-1.6份。
2.根据权利要求1所述的高硼硅玻璃，其特征在于，所述高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：SiO2 82份，零水硼砂9份，Al2O3 3份，Na2O 4.5份，CaO 1份，碎玻璃27份，La2O3 0.08份，澄清助剂1.58份，结构助剂1份。
3.根据权利要求1所述的高硼硅玻璃，其特征在于，所述碎玻璃来自于质检不合格的高硼硅玻璃。
4.根据权利要求1所述的高硼硅玻璃，其特征在于，所述澄清助剂包括以下重量份的原料：食盐1.4-1.6份，CeO2 0.05-0.1份。
5.根据权利要求4所述的高硼硅玻璃，其特征在于，所述澄清助剂包括以下重量份的原料：食盐1.5份，CeO2 0.08份。
6.根据权利要求1所述的高硼硅玻璃，其特征在于，所述结构助剂为CeO2。
7.权利要求1所述的高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按重量份将高硼硅玻璃原料混合均匀；
2)放入玻璃电熔窑炉，在1600-1700℃熔融，熔融时间为2-2.5h，得到玻璃熔融液；
3)通过玻璃拉管机拉管成型，在退火炉中670℃保温30min自然冷却。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，各步骤在空气气氛下进行。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，退火后的玻璃进行物理抛光处理。
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