CN113480173A - 一种轻质石英玻璃杯及其制备方法 - Google Patents

一种轻质石英玻璃杯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质石英玻璃杯,其特征在于:由以下重量份的组分构成:石英砂100‑120份、纳米硅粉10‑15份、碳酸钙1‑2份、硼砂1‑3份、蓝晶石0.5‑1份、硝酸钾1‑2份、硝酸钠1‑2份、玻璃纤维0.5‑1份、氟化钠0.2‑0.5份、稀土氧化物0.01‑0.05份。本发明通过在主料石英砂中加入一定量的纳米硅粉,以减轻玻璃杯的重量,而玻璃纤维和稀土氧化物可以增加玻璃杯的韧性,以及提高耐骤冷骤热;蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠等提高玻璃杯的透光性和光亮度。

Description

一种轻质石英玻璃杯及其制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃杯技术领域,尤其涉及一种轻质石英玻璃杯及其制备方法。
背景技术
玻璃按成分分为非氧化物玻璃和氧化物玻璃,氧化物玻璃分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。硅酸盐玻璃指基本成分为Si02的玻璃,是一种无色的透明材料,产量最大,用途最广、价格低廉,常按玻璃中Si02以及碱金属、碱土金属氧化物的不同含量,又分为:1.石英玻璃:石英玻璃指Si02含量在98-99.9%之间的玻璃,该玻璃热膨胀系数低,耐高温,化学稳定性好,透紫外光和红外光,熔制温度高、粘度大,缺点是成型较难;2.钠钙玻璃;3.铅硅酸盐玻璃;4.铝硅酸盐玻璃;5.硼硅酸盐玻璃。对于石英玻璃缺陷也很明显,相对较重、易碎,不能承受骤冷骤热,因此需要对石英玻璃进行改进,得到一种轻质、韧性强的玻璃。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种轻质石英玻璃杯,解决了石英玻璃杯成品较重、易碎、不耐骤冷骤热等问题。
根据本发明提出的一种轻质石英玻璃杯,由以下重量份的组分构成:石英砂100-120份、纳米硅粉10-15份、碳酸钙1-2份、硼砂1-3份、蓝晶石0.5-1份、硝酸钾1-2份、硝酸钠1-2份、玻璃纤维0.5-1份、氟化钠0.2-0.5份、稀土氧化物0.01-0.05份。
在本发明的一些实施例中,由以下重量份的组分构成:石英砂110份、纳米硅粉12份、碳酸钙1.5份、硼砂2份、蓝晶石0.8份、硝酸钾1.5份、硝酸钠1.5份、玻璃纤维0.8份、氟化钠0.4份、稀土氧化物0.03份。
在本发明的另一些实施例中,所述纳米硅粉的粒径在1-4nm。
在本发明的另一些实施例中,所述稀土氧化物为三氧化二铈、二氧化铈、氧化铈或氧化钇中的一种或多种混合物。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法,具体步骤如下:
S1:将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合,再加入到超声分散机内超声分散30-45min,得混合A料;
S2:将混合A料放入球磨机内,再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物,进行球磨,球料质量比5:1,球磨1-3h;
S3:将球磨后物料送入到熔炉,在1700-1750℃下,保温熔融5-10h,得玻璃熔融体;
S4:将玻璃熔融体送入成型机,制成玻璃杯,然后降温到500-550℃,放入退火炉内退火,退火后,自然冷却至常温;
S5:冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化,得成品。
在本发明的另一些实施例中,所述步骤步骤S3中,熔炉熔化原料时,在气相氟源的气体下熔化,所述气相氟源选自氟化氢、氟化氮、氟化硫、氟化烃中一种或多种混合物。
在本发明的另一些实施例中,所述玻璃熔融体送入成型机内成型后,进行缓慢降温,降温速率为5-8℃/min,降温到500-550℃,保温30-45min,退火炉内温度350℃-450℃,退火2-3h。
在本发明的另一些实施例中,所述步骤S5中钢化步骤为:玻璃杯送入350-400℃的钢化炉中预热1-1.5h,将玻璃杯升温至600-650℃,保温30-35min,将玻璃杯移出钢化炉,再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面,使其迅速均匀地冷却至室温。
本发明中,通过在主料石英砂中加入一定量的纳米硅粉,以减轻玻璃杯的重量,而玻璃纤维和稀土氧化物可以增加玻璃杯的韧性,以及提高耐骤冷骤热;蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠等提高玻璃杯的透光性和光亮度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例1
一种轻质石英玻璃杯,由以下重量份的组分构成:石英砂100份、纳米硅粉10份、碳酸钙1份、硼砂1份、蓝晶石0.5份、硝酸钾1份、硝酸钠1份、玻璃纤维0.5份、氟化钠0.2份、稀土氧化物0.01份。
所述稀土氧化物为三氧化二铈。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法,具体步骤如下:
S1:将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合,再加入到超声分散机内超声分散30min,得混合A料;
S2:将混合A料放入球磨机内,再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物,进行球磨,球料质量比5:1,球磨1h;
S3:将球磨后物料送入到熔炉,在1700℃下,保温熔融10h,得玻璃熔融体;
S4:将玻璃熔融体送入成型机,制成玻璃杯,然后降温到500℃,放入退火炉内退火,退火后,自然冷却至常温;
S5:冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化,得成品。
其中,所述步骤步骤S3中,熔炉熔化原料时,在气相氟源的气体下熔化,所述气相氟源选自氟化氢和氟化氮混合物;所述玻璃熔融体送入成型机内成型后,进行缓慢降温,降温速率为5℃/min,降温到500℃,保温30min,退火炉内温度350℃,退火2h;所述步骤S5中钢化步骤为:玻璃杯送入350℃的钢化炉中预热1h,将玻璃杯升温至600℃,保温30min,将玻璃杯移出钢化炉,再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面,使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例2
一种轻质石英玻璃杯,由以下重量份的组分构成:石英砂120份、纳米硅粉15份、碳酸钙2份、硼砂3份、蓝晶石1份、硝酸钾2份、硝酸钠2份、玻璃纤维1份、氟化钠0.5份、稀土氧化物0.05份。
所述稀土氧化物为二氧化铈和氧化铈的混合物。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法,具体步骤如下:
S1:将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合,再加入到超声分散机内超声分散45min,得混合A料;
S2:将混合A料放入球磨机内,再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物,进行球磨,球料质量比5:1,球磨3h;
S3:将球磨后物料送入到熔炉,在1750℃下,保温熔融5h,得玻璃熔融体;
S4:将玻璃熔融体送入成型机,制成玻璃杯,然后降温到550℃,放入退火炉内退火,退火后,自然冷却至常温;
S5:冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化,得成品。
其中,所述步骤步骤S3中,熔炉熔化原料时,在气相氟源的气体下熔化,所述气相氟源选自氟化氢、氟化氮、氟化硫、氟化烃中一种或多种混合物;所述玻璃熔融体送入成型机内成型后,进行缓慢降温,降温速率为8℃/min,降温到500-550℃,保温30-45min,退火炉内温度350℃-450℃,退火3h;所述步骤S5中钢化步骤为:玻璃杯送入400℃的钢化炉中预热1.5h,将玻璃杯升温至650℃,保温35min,将玻璃杯移出钢化炉,再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面,使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例3
一种轻质石英玻璃杯,由以下重量份的组分构成:石英砂110份、纳米硅粉12份、碳酸钙1.5份、硼砂2份、蓝晶石0.8份、硝酸钾1.5份、硝酸钠1.5份、玻璃纤维0.8份、氟化钠0.4份、稀土氧化物0.03份。
所述稀土氧化物为氧化铈和氧化钇中的混合物。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法,具体步骤如下:
S1:将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合,再加入到超声分散机内超声分散40min,得混合A料;
S2:将混合A料放入球磨机内,再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物,进行球磨,球料质量比5:1,球磨2h;
S3:将球磨后物料送入到熔炉,在1725℃下,保温熔融8h,得玻璃熔融体;
S4:将玻璃熔融体送入成型机,制成玻璃杯,然后降温到525℃,放入退火炉内退火,退火后,自然冷却至常温;
S5:冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化,得成品。
其中,所述步骤步骤S3中,熔炉熔化原料时,在气相氟源的气体下熔化,所述气相氟源选自氟化氢、氟化氮、氟化硫、氟化烃中一种或多种混合物;所述玻璃熔融体送入成型机内成型后,进行缓慢降温,降温速率为5-8℃/min,降温到525℃,保温38min,退火炉内温度400℃,退火2.5h;所述步骤S5中钢化步骤为:玻璃杯送入380℃的钢化炉中预热1.2h,将玻璃杯升温至625℃,保温32min,将玻璃杯移出钢化炉,再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面,使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例4
一种轻质石英玻璃杯,由以下重量份的组分构成:石英砂100份、纳米硅粉15份、碳酸钙1份、硼砂3份、蓝晶石0.5份、硝酸钾2份、硝酸钠1份、玻璃纤维1份、氟化钠0.2份、稀土氧化物0.05份。
所述稀土氧化物为三氧化二铈和氧化钇的混合物。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法,具体步骤如下:
S1:将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合,再加入到超声分散机内超声分散30min,得混合A料;
S2:将混合A料放入球磨机内,再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物,进行球磨,球料质量比5:1,球磨3h;
S3:将球磨后物料送入到熔炉,在1730℃下,保温熔融8h,得玻璃熔融体;
S4:将玻璃熔融体送入成型机,制成玻璃杯,然后降温到540℃,放入退火炉内退火,退火后,自然冷却至常温;
S5:冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化,得成品。
其中,所述步骤步骤S3中,熔炉熔化原料时,在气相氟源的气体下熔化,所述气相氟源选自氟化氢、氟化氮、氟化硫、氟化烃中一种或多种混合物;所述玻璃熔融体送入成型机内成型后,进行缓慢降温,降温速率为7℃/min,降温到540℃,保温32min,退火炉内温度450℃,退火2h;所述步骤S5中钢化步骤为:玻璃杯送入400℃的钢化炉中预热1h,将玻璃杯升温至650℃,保温30min,将玻璃杯移出钢化炉,再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面,使其迅速均匀地冷却至室温。
性能测试:1、将本发明实施例1-4中制备的玻璃杯从高度为1m的空中落在地面上,玻璃杯不会破损;以200g质量的钢球冲击玻璃杯杯底,玻璃杯不会破损。2、可耐骤冷骤热,能承受的温差为120-135℃。3、莫氏硬度可达到5.8;有害元素析出量As≤0.05mg/L,Sb≤0.15mg/L,Pb≤0.08mg/L。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轻质石英玻璃杯,其特征在于:由以下重量份的组分构成:石英砂100-120份、纳米硅粉10-15份、碳酸钙1-2份、硼砂1-3份、蓝晶石0.5-1份、硝酸钾1-2份、硝酸钠1-2份、玻璃纤维0.5-1份、氟化钠0.2-0.5份、稀土氧化物0.01-0.05份。
2.根据权利要求1所述的一种轻质石英玻璃杯,其特征在于:由以下重量份的组分构成:石英砂110份、纳米硅粉12份、碳酸钙1.5份、硼砂2份、蓝晶石0.8份、硝酸钾1.5份、硝酸钠1.5份、玻璃纤维0.8份、氟化钠0.4份、稀土氧化物0.03份。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种轻质石英玻璃杯,其特征在于:所述纳米硅粉的粒径在1-4nm。
4.根据权利要求1或2任一项所述的一种轻质石英玻璃杯,其特征在于:所述稀土氧化物为三氧化二铈、二氧化铈、氧化铈或氧化钇中的一种或多种混合物。
5.一种轻质石英玻璃杯的制备方法,其特征在于:具体步骤如下:
S1:将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合,再加入到超声分散机内超声分散30-45min,得混合A料;
S2:将混合A料放入球磨机内,再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物,进行球磨,球料质量比5:1,球磨1-3h;
S3:将球磨后物料送入到熔炉,在1700-1750℃下,保温熔融5-10h,得玻璃熔融体;
S4:将玻璃熔融体送入成型机,制成玻璃杯,然后降温到500-550℃,放入退火炉内退火,退火后,自然冷却至常温;
S5:冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化,得成品。
6.根据权利要求5所述的一种轻质石英玻璃杯的制备方法,其特征在于:所述步骤步骤S3中,熔炉熔化原料时,在气相氟源的气体下熔化,所述气相氟源选自氟化氢、氟化氮、氟化硫、氟化烃中一种或多种混合物。
7.根据权利要求5所述的一种轻质石英玻璃杯的制备方法,其特征在于:所述玻璃熔融体送入成型机内成型后,进行缓慢降温,降温速率为5-8℃/min,降温到500-550℃,保温30-45min,退火炉内温度350℃-450℃,退火2-3h。
8.根据权利要求5所述的一种轻质石英玻璃杯的制备方法,其特征在于:所述步骤S5中钢化步骤为:玻璃杯送入350-400℃的钢化炉中预热1-1.5h,将玻璃杯升温至600-650℃,保温30-35min,将玻璃杯移出钢化炉,再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面,使其迅速均匀地冷却至室温。
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