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