CN112897879B - 透中波紫外线的玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透中波紫外线硅酸盐玻璃，其组成按重量百分比包括：SiO₂60％‑75％，B₂O₃1％‑10％，BaO 1％‑8％，CaO 2％‑10％，ZnO 0‑8％，Na₂O 4％‑12％，K₂O 5％‑18％，TiO₂0‑1％。制成的玻璃在厚度为1mm时对于波长为300nm的透过率为40％‑50％，波长280nm的透过率＜8％；在20℃‑200℃的膨胀系数为(89±1)*10^‑7。玻璃的比重为2.52±0.015，软化温度为695±10℃，退火温度为530±10℃，体积电阻率为100mΩ.cm时的温度(Tk‑100)≥240℃。本发明透中波紫外线硅酸盐玻璃的优势在于：组分不含有污染物PbO，对环境和人体无害，外贸范围无限制；玻璃表面无气线，与杜美丝或其他珀组玻璃可以很好熔封，制成的中波紫外线灯(UVB灯)密封性好，使用寿命长。本发明还涉及透中波紫外线的玻璃的制备方法和应用。

Description

透中波紫外线的玻璃及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及材料领域。本发明的透中波紫外线玻璃属于电子玻璃组中的珀组玻璃，能透过280-320nm的中波紫外线，同时将短波紫外线(UVC)屏蔽掉，用于制作中波紫外线灯(UVB灯)。

背景技术

波长为280-320nm的中波紫外线能促进人和动物体内的矿物质代谢和维生素D的形成，加强钙的吸收，促进动物的成长。日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层吸收，只有不足2％能达到地面，对于长期得到不到阳光照射的动物的成长将受到很大影响。因此必须补充中波紫外线的照射，通常采用中波紫外灯照射的方法。而中波紫外灯需要有能透过波长280-320nm的中波紫外线玻璃。以前透中紫外线玻璃其成分含有元素PbO,在玻璃生产和加工过程中PbO的挥发影响到环境，毒害人的健康。有PbO的中波紫外灯不符合欧盟的ROHS标准，不能出口欧盟，外贸范围受到一定的局限性。有的透中波紫外线玻璃拉制成的玻璃管表面有大量气线，制成中波紫外灯时封口密封性不好，存在慢漏气现象，影响使用寿命，而且紫外线照射时透过率降低幅度大，即衰减幅度大。因此对透中波紫外线玻璃新组分的研究和实质性研发是必须的。

发明内容

本发明的目的是提供一种不含铅，对环境和人体无害，外贸范围无限制的玻璃，与杜美丝或其他珀组玻璃可以很好熔封，玻璃表面无气线，制成的中波紫外线灯(UVB灯)密封性好，无慢漏气现象，并且衰减幅度极小的透中波紫外线玻璃。该玻璃包括以下重量百分比的成分：

进一步的，所述玻璃中的SiO₂的重量含量为64％-71％。

进一步的，所述玻璃中的B₂O₃的重量含量为2％-8％。

进一步的，所述玻璃中的BaO的重量含量为2％-6％。

进一步的，所述玻璃中的CaO的重量含量为3％-8％。

进一步的，所述玻璃中的ZnO的重量含量为1％-6％。

进一步的，所述玻璃中的Na₂O的重量含量为5％-10％。

进一步的，所述玻璃中的K₂O的重量含量为6％-17％。

进一步的，所述玻璃中的TiO₂的重量含量为0.2％-0.6％。

进一步的，厚度为1mm的所述玻璃对于波长为300nm的光的透过率为40％-50％，波长为280nm的光的透过率＜8％。

进一步的，所述玻璃在20℃-200℃的膨胀系数为(89±1)*10^-7。

进一步的，所述玻璃的比重为2.52±0.015，软化温度为695±10℃，退火温度为530±10℃，体积电阻率为100mΩ.cm时的温度(Tk-100)≥240℃。

本发明还提供了采用所述的透中波紫外线玻璃制成的透中波紫外线玻璃管、透中波紫外线玻璃壳、透中波紫外线玻璃片。

本发明还提供了采用所述的透中波紫外线玻璃制成的透中波紫外线灯管、透中波紫外线灯泡、透中波紫外线灯珠。

本发明还提供了采用所述的透中波紫外线玻璃制成的透中波紫外线灯(UVB灯)

本发明的有益效果是：组分不含有污染物PbO，对环境和人体无害，外贸范围无限制；玻璃表面无气线，与杜美丝或其他珀组玻璃可以很好熔封，制成的中波紫外线灯(UVB灯)密封性好，使用寿命长。通过调整玻璃组分和含量，得到的透中波紫外线玻璃厚度为1mm的所述玻璃对于波长为300nm的透过率为40％-50％，波长280nm的透过率＜8％；在20℃-200℃的膨胀系数为(89±1)*10^-7。玻璃的比重为2.52±0.015，软化温度为695±10℃，退火温度为530±10℃，体积电阻率为100mΩ.cm时的温度(Tk-100)≥240℃。

附图说明

图1为本申请的厚1mm的玻璃的中波紫外线的波长和透过率的图。

具体实施方式

本发明的透中波紫外线玻璃由以下重量百分比的成分组成：SiO₂ 60％-75％，B₂O₃1％-10％，BaO 1％-8％，CaO 2％-10％，ZnO 0-8％，Na₂O 4％-12％，K₂O 5％-18％，TiO₂ 0-1％。

本发明的透中波紫外线玻璃中的SiO₂的重量含量为60％-75％，优选64％-71％。SiO₂是硅酸盐玻璃的主体，以硅氧四面体的网络形式构成玻璃的骨架。SiO₂的含量超过75％时，玻璃难熔化，需要提高融化温度和延长融化时间，造成能源过多消耗和生产效率的降低，同时也使玻璃的退火温度和软化温度增高，膨胀系数降低。过少则使得玻璃的化学稳定性差。

本发明的透中波紫外线玻璃含有B₂O₃1％-10％，优选2％-8％。B₂O₃助熔降低玻璃黏度，加速澄清过程。B₂O₃的含量过少不起作用，过多则降低玻璃的化学稳定性。

本发明的透中波紫外线玻璃含有BaO 1％-8％，优选2％-6％，BaO离子填充玻璃的网络空隙，阻断离子迁移通道，提高玻璃的电阻率，也有助熔作用，促进玻璃融化。BaO的含量过少不起作用，过多则玻璃易失透。

本发明的透中波紫外线玻璃含有CaO 2％-10％，优选3％-8％。CaO和其他碱土金属氧化物一起能降低玻璃的黏度，促进熔化，也能提高玻璃的化学稳定性。CaO的含量过少不起作用，过多会引起玻璃分相。

本发明的透中波紫外线玻璃含有ZnO 0-8％，优选1％-6％。ZnO能显著提高玻璃的化学稳定性，与其他碱土金属氧化物合用可降低玻璃黏度，促进熔化和澄清。ZnO的含量过少不起作用，过多会引起玻璃分相失透乳浊化。

本发明的透中波紫外线玻璃含有(Na₂O+K₂O)9％-30％，优选15％-25％。本发明的透中波紫外线玻璃包括Na₂O 4％-12％，K₂O 5％-18％。Na₂O和K₂O能显著降低玻璃黏度，促进玻璃熔化，是很好的助熔剂，同时也在很大程度上决定玻璃的膨胀系数。它们的含量过少不起作用，并且膨胀系数过低。它们的含量过多会降低玻璃的化学稳定性，(Na₂O+K₂O)含量超过30％，玻璃的膨胀系数将达到91*10^-7(20℃-200℃)以上，与杜美丝和其他铂组玻璃的膨胀系数不匹配。无法与二者很好熔封，制作中波紫外灯操作过程中当场炸裂或存在大的残余应力，使用过程中开裂漏气。Na₂O和K₂O同时引入，起双碱效应，能提高玻璃的化学稳定性。在一些实施例中，玻璃中的Na₂O的质量含量为5％-10％。在一些实施例中，玻璃中的K₂O的质量含量为6％-17％。

本发明的透中波紫外线玻璃含有TiO₂0-1％，优选0.2％-0.6％。TiO₂在本发明中主要起到屏蔽波长254nm的短波紫外线(UVC)和调节中波峰值300nm透过率的高低。TiO₂的含量过多会降低波长300nm的峰值，过少起不到屏蔽短波紫外线(UVC)波段的作用。

本发明的透中波紫外线玻璃中同时引入B₂O₃和BaO，还可以减少玻璃的衰减幅度。

本发明的透中波紫外线玻璃其主要原料石英砂采用精制石英砂。本发明的透中波紫外线玻璃其主要原料石英砂的颗粒度为60-140目。本发明的透中波紫外线玻璃用的其他原料纯度为工业3级以上。本发明的透中波紫外线玻璃不采用矿物原料。本发明的透中波紫外线玻璃的配合料中采用少量玻璃生产常用的澄清剂。本发明的透中波紫外线玻璃用坩埚炉闭口坩埚熔化。本发明透中波紫外线玻璃在整个生产过程中不采用铁质容器。本发明透中波紫外线的玻璃在液面温度1400±10℃下熔化4-5小时，熔制的玻璃液拉出的玻璃管几乎无气线、砂点、条纹。膨胀系数：89±1*10^-7(20-200℃)，透过率：厚1mm波长300nm透过率40-50％，波长280nm的光的透过率＜8％。

下面描述玻璃的制备过程，主要包括以下步骤：

1.选料：原料纯度为工业3级以上，不采用矿物原料。

2.混料：透中波紫外线玻璃的配合料各组份要混合均匀。

3.熔化：混合均匀的配合料加入闭口坩埚，在液面温度1400±10℃下熔化4-5小时，熔制成玻璃液。

4.制成：开缸凉料到可操作的温度，大约1000℃-1100℃，人工取料拉制成所规定的玻璃管或吹制成玻璃壳或制成玻璃片，制成的产品表面要求几乎无气线、砂点、条纹。

5.质检：拉制成的玻璃管或吹制成的玻璃壳或制成玻璃片，检查产品的外观有无气线、砂点、条纹，尺寸是否符合规定要求，剔除不合格产品。

应该理解，以上讨论的玻璃制备方法仅是示例性的，而不用于限制本发明，还可以采用其他合适的制备方法。

本发明的玻璃属电子玻璃中的铂组玻璃，在制作中波紫外灯时要与杜美丝或电子玻璃中的其他铂组玻璃熔封，因此本发明的玻璃的膨胀系数要与杜美丝或其他铂组玻璃相匹配。如果不匹配将得不到很好的熔封。杜美丝的径向膨胀系数是(80-100)*10^-7(20—350℃)。其他铂组玻璃的膨胀系数是(87-90)*10^-7(20--200℃)。本发明的玻璃膨胀系数为(89±1)*10^-7(20-200℃)，与杜美丝或其他铂组玻璃能很好的熔封，使制成的中波紫外灯残余应力小，封接牢固，无慢漏气现象，确保中波紫外灯的性能稳定，质量优良。

本发明的透中波紫外线的玻璃其波长在280nm-320nm中波紫外线的透过率以峰值在波长300nm处的透过率为依据。厚1mm波长300nm处透过率＜40％制成的中波紫外灯效果不好。如果＞50％，则短波紫外线(UVC)有少量通过，对动物有伤害。所以本发明的透中波紫外线的玻璃其透过率厚1mm波长300nm处透过率限定在40％-50％之间。

此外，本发明的玻璃组份中不含有Fe₂O₃和SeO₂，因此不会存在由于较多数量Fe₂O₃和SeO₂的存在而将紫外线全部屏蔽掉的问题。

实施例1：

表1

氧化物	百分含量	原料	原料重量(kg)
				SiO<sub>2</sub>	68.2	石英砂	68.2
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	4	硼酸	7.1
				BaO	3	碳酸钡	3.9
CaO	3.4	碳酸钙	6.1
				ZnO	4.2	氧化锌	4.2
Na<sub>2</sub>O	6	纯碱	10.3
				K<sub>2</sub>O	10.8	硝酸钾	23.3
TiO<sub>2</sub>	0.4	钛白粉	0.4

上述原料按照重量称重，充分混合均匀成玻璃配合料，将配合料加入闭口坩埚，在液面温度1400±10℃下熔化4-5小时，开缸凉料到1000℃-1100℃，人工取料拉制成所规定的玻璃管或吹制成玻璃壳或制成玻璃片，各项性能达到实施1的数据。

通过实施例1的制备方法可以制备实施例2-8的玻璃，除了原料重量按相应组分的含量而相应改变之外，其他制备步骤相同。各实施例的组分含量如下表2所示。

表2

从上述实施例的数据中可以看出，本发明的玻璃不含铅，生产和加工过程中无铅的挥发，不影响环境和人员的健康；另外，本发明的玻璃组份中不含有Fe₂O₃和SeO₂，使中波紫外线能透过，适宜制作中波紫外线灯。通过合理调整各组分，使玻璃的性能能达到：20℃-200℃的膨胀系数为(89±1)*10^-7，比重为2.52±0.015，软化温度为695±10℃，退火温度为530±10℃，体积电阻率为100mΩ.cm时的温度(Tk-100)≥240℃。厚1mm波长300nm处透过率限定在40％-50％之间。达到制作中波紫外线灯对玻璃的各项物化性能和环保的要求。

本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本申请的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (14)

1.一种透中波紫外线的玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比包括：

TiO₂的含量不为0；

其中，厚度为1mm的所述玻璃对于波长为300nm的光的透过率为40％-50％，所述玻璃在20℃-200℃的膨胀系数为(89±1)*10^-7。

2.根据权利要求1所述的透中波紫外线的玻璃，其特征在于，所述玻璃中的SiO₂的重量含量为64％-71％。

3.根据权利要求1所述的透中波紫外线的玻璃，其特征在于，所述玻璃中的B₂O₃的重量含量为2％-8％。

4.根据权利要求1所述透中波紫外线的玻璃，其特征在于，所述玻璃中的BaO的重量含量为2％-6％。

5.根据权利要求1所述的透中波紫外线的玻璃，其特征在于，所述玻璃中的CaO的重量含量为3％-8％。

6.根据权利要求1所述的透中波紫外线的玻璃，其特征在于，所述玻璃中的ZnO的重量含量为1％-6％。

7.根据权利要求1所述的透中波紫外线的玻璃，其特征在于，所述玻璃中的Na₂O的重量含量为5％-10％。

8.根据权利要求1所述的透中波紫外线的玻璃，其特征在于，所述玻璃中的K₂O的重量含量为10.1％-17％。

9.根据权利要求1所述的透中波紫外线的玻璃，其特征在于，所述玻璃中的TiO₂的重量含量为0.2％-0.6％。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的透中波紫外线的玻璃，其特征在于，波长为280nm的光的透过率＜8％。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的透中波紫外线的玻璃，其特征在于，所述玻璃的比重为2.52±0.015，软化温度为695±10℃，退火温度为530±10℃，体积电阻率为100mΩ.cm时的温度(Tk-100)≥240℃。

12.采用权利要求1至11中任一项所述的透中波紫外线的玻璃制成的透中波紫外线玻璃管、透中波紫外线玻璃壳或透中波紫外线玻璃片。

13.采用权利要求1至11中任一项所述的透中波紫外线的玻璃制成的透中波紫外线灯管、透中波紫外线灯泡或透中波紫外线灯珠。

14.采用权利要求1至11中任一项所述的透中波紫外线的玻璃制成的透中波紫外线灯(UVB灯)。

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