CN114133138A - 一种高强度防爆钢化玻璃及其制作工艺 - Google Patents

一种高强度防爆钢化玻璃及其制作工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度防爆钢化玻璃及其制作工艺，所述高强度防爆钢化玻璃由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅48～55份、硅灰石15～20份、钠长石10～14份、硅铝镁高强纤维7～11份、氮化硅纤维5～9份、三氧化二铝纤维12～15份、二氧化锆11～13份、二氧化锗5～8份、硝酸铅2.5～4份。本发明的高强度防爆钢化玻璃与普通钢化玻璃相比，具有高的抗冲击强度和抗弯曲强度，力学性能好，不易损坏；且表面压应力大，自爆率低，安全耐用。

Description

一种高强度防爆钢化玻璃及其制作工艺
技术领域
本发明涉及钢化玻璃技术领域，具体涉及一种高强度防爆钢化玻璃及其制作工艺。
背景技术
作为最常用的安全玻璃的一种形式，钢化玻璃的强度是普通玻璃的4～5倍，抗折弯度是普通玻璃的3～5倍，抗冲击强度是普通玻璃的5～10倍。另外，钢化玻璃被破坏后呈无锐角的小碎片，耐急冷急、热性质较之普通玻璃有2～3倍的提高，一般可承受150℃以上的温差变化，已广泛应用于各行各业。
但是目前所使用的钢化玻璃至少还存在以下问题：
1、目前的钢化处理仅仅改变了玻璃表面成分(化学钢化)或者是不改变玻璃的成分(淬火钢化)，受限于玻璃基材，得到的钢化玻璃压应力可以满足实际需要，但是抗冲击性能差，强度低；
2、自爆率较高，次品率较高，使用过程中容易造成危险。
发明内容
基于上述情况，本发明的目的在于提供一种高强度防爆钢化玻璃及其制作工艺，可有效解决以上问题。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种高强度防爆钢化玻璃，由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅48～55份、硅灰石15～20份、钠长石10～14份、硅铝镁高强纤维7～11份、氮化硅纤维5～9份、三氧化二铝纤维12～15份、二氧化锆11～13份、二氧化锗5～8份、硝酸铅2.5～4份。
本发明中，所述钠长石的化学分子式为：Na2O·Al2O3·6SiO2，其理论化学组成为Na2O：11.8％；Al2O3：19.4％；SiO2：68.8％。所述硅铝镁高强纤维是一种SiO2-Al2O3-MgO系高强玻璃纤维。
优选的，所述高强度防爆钢化玻璃由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅52份、硅灰石17.5份、钠长石12份、硅铝镁高强纤维9.5份、氮化硅纤维7.2份、三氧化二铝纤维13.6份、二氧化锆12.5份、二氧化锗6.8份、硝酸铅3.4份。
优选的，所述高强度防爆钢化玻璃还包括以下重量份的原料：稀土氧化物3.5～4.5份。
优选的，所述稀土氧化物为铈稳定氧化锆。
优选的，所述二氧化锆为纳米二氧化锆。
优选的，所述二氧化锗为正方晶系的二氧化锗。
本发明还提供一种所述的高强度防爆钢化玻璃的制作工艺，包括下列步骤：
A、按重量份分别称取如下原料：二氧化硅、硅灰石、钠长石、硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和稀土氧化物；
B、将二氧化硅、硅灰石、钠长石均匀混合后，球磨粉碎，过500筛，再与硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和稀土氧化物混合，球磨至混合均匀；
C、将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为10～15mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
D、将冷却后的玻璃板再置于800～850℃的惰气氛围中加热60～90min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
E、将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
F、将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为450～480℃的退火炉中退火到常温，得到所述高强度防爆钢化玻璃。
优选的，步骤E中，进行离子交换的时间为6～8h，盐槽中熔盐液体的温度控制在360～400℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明的高强度防爆钢化玻璃与普通钢化玻璃相比，具有高的抗冲击强度和抗弯曲强度，力学性能好，不易损坏；且表面压应力大，自爆率低，安全耐用。
本发明的高强度防爆钢化玻璃以二氧化硅为主要原料，配合适当比例的硅灰石、钠长石作为复合基体材料，给提高韧性提供了良好的基础，尤其是硅灰石的添加对提高抗冲击强度和抗弯曲强度、降低自爆率均起到了良好的效果。
本发明的高强度防爆钢化玻璃中添加了适当比例的硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维，大大提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，降低了自爆率，保证了力学性能好，不易损坏；且表面压应力大，自爆率低，安全耐用。
本发明的高强度防爆钢化玻璃中添加了适当比例的三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，使本发明的高强度防爆钢化玻璃的抗冲击强度和抗弯曲强度得到显著提高，降低了自爆率。
本发明的高强度防爆钢化玻璃中添加了适当比例的硝酸铅，与其他各组分相容性好，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，进一步降低了自爆率。
本发明的高强度防爆钢化玻璃中添加了适当比例的铈稳定氧化锆，与其他各组分相容性好，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，进一步提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，降低了自爆率。
本发明的制作工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
实施例1：
一种高强度防爆钢化玻璃，由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅48～55份、硅灰石15～20份、钠长石10～14份、硅铝镁高强纤维7～11份、氮化硅纤维5～9份、三氧化二铝纤维12～15份、二氧化锆11～13份、二氧化锗5～8份、硝酸铅2.5～4份。
优选的，所述高强度防爆钢化玻璃由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅52份、硅灰石17.5份、钠长石12份、硅铝镁高强纤维9.5份、氮化硅纤维7.2份、三氧化二铝纤维13.6份、二氧化锆12.5份、二氧化锗6.8份、硝酸铅3.4份。
优选的，所述高强度防爆钢化玻璃还包括以下重量份的原料：稀土氧化物3.5～4.5份。
优选的，所述稀土氧化物为铈稳定氧化锆。
优选的，所述二氧化锆为纳米二氧化锆。
优选的，所述二氧化锗为正方晶系的二氧化锗。
本实施例还提供一种所述的高强度防爆钢化玻璃的制作工艺，包括下列步骤：
A、按重量份分别称取如下原料：二氧化硅、硅灰石、钠长石、硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和稀土氧化物；
B、将二氧化硅、硅灰石、钠长石均匀混合后，球磨粉碎，过500筛，再与硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和稀土氧化物混合，球磨至混合均匀；
C、将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为10～15mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
D、将冷却后的玻璃板再置于800～850℃的惰气氛围中加热60～90min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
E、将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
F、将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为450～480℃的退火炉中退火到常温，得到所述高强度防爆钢化玻璃。
优选的，步骤E中，进行离子交换的时间为6～8h，盐槽中熔盐液体的温度控制在360～400℃。
实施例2：
一种高强度防爆钢化玻璃，由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅48份、硅灰石15份、钠长石10份、硅铝镁高强纤维7份、氮化硅纤维5份、三氧化二铝纤维12份、二氧化锆11份、二氧化锗5份、硝酸铅2.5份。
在本实施例中，所述高强度防爆钢化玻璃还包括以下重量份的原料：稀土氧化物3.5份。
在本实施例中，所述稀土氧化物为铈稳定氧化锆。
在本实施例中，所述二氧化锆为纳米二氧化锆。
在本实施例中，所述二氧化锗为正方晶系的二氧化锗。
在本实施例中，所述的高强度防爆钢化玻璃的制作工艺，包括下列步骤：
A、按重量份分别称取如下原料：二氧化硅、硅灰石、钠长石、硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和铈稳定氧化锆；
B、将二氧化硅、硅灰石、钠长石均匀混合后，球磨粉碎，过500筛，再与硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和铈稳定氧化锆混合，球磨至混合均匀；
C、将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为10mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
D、将冷却后的玻璃板再置于800℃的惰气氛围中加热90min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
E、将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
F、将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为450℃的退火炉中退火到常温，得到所述高强度防爆钢化玻璃。
在本实施例中，步骤E中，进行离子交换的时间为8h，盐槽中熔盐液体的温度控制在360℃。
实施例3：
一种高强度防爆钢化玻璃，由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅55份、硅灰石20份、钠长石14份、硅铝镁高强纤维11份、氮化硅纤维9份、三氧化二铝纤维15份、二氧化锆13份、二氧化锗8份、硝酸铅4份。
在本实施例中，所述高强度防爆钢化玻璃还包括以下重量份的原料：稀土氧化物4.5份。
在本实施例中，所述稀土氧化物为铈稳定氧化锆。
在本实施例中，所述二氧化锆为纳米二氧化锆。
在本实施例中，所述二氧化锗为正方晶系的二氧化锗。
在本实施例中，所述的高强度防爆钢化玻璃的制作工艺，包括下列步骤：
A、按重量份分别称取如下原料：二氧化硅、硅灰石、钠长石、硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和铈稳定氧化锆；
B、将二氧化硅、硅灰石、钠长石均匀混合后，球磨粉碎，过500筛，再与硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和铈稳定氧化锆混合，球磨至混合均匀；
C、将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为15mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
D、将冷却后的玻璃板再置于850℃的惰气氛围中加热60min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
E、将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
F、将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为480℃的退火炉中退火到常温，得到所述高强度防爆钢化玻璃。
在本实施例中，步骤E中，进行离子交换的时间为6h，盐槽中熔盐液体的温度控制在400℃。
实施例4：
一种高强度防爆钢化玻璃，由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅52份、硅灰石17.5份、钠长石12份、硅铝镁高强纤维9.5份、氮化硅纤维7.2份、三氧化二铝纤维13.6份、二氧化锆12.5份、二氧化锗6.8份、硝酸铅3.4份。
在本实施例中，所述高强度防爆钢化玻璃还包括以下重量份的原料：稀土氧化物4.2份。
在本实施例中，所述稀土氧化物为铈稳定氧化锆。
在本实施例中，所述二氧化锆为纳米二氧化锆。
在本实施例中，所述二氧化锗为正方晶系的二氧化锗。
在本实施例中，所述的高强度防爆钢化玻璃的制作工艺，包括下列步骤：
A、按重量份分别称取如下原料：二氧化硅、硅灰石、钠长石、硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和铈稳定氧化锆；
B、将二氧化硅、硅灰石、钠长石均匀混合后，球磨粉碎，过500筛，再与硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和铈稳定氧化锆混合，球磨至混合均匀；
C、将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为12mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
D、将冷却后的玻璃板再置于830℃的惰气氛围中加热75min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
E、将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
F、将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为460℃的退火炉中退火到常温，得到所述高强度防爆钢化玻璃。
在本实施例中，步骤E中，进行离子交换的时间为7h，盐槽中熔盐液体的温度控制在380℃。
对比例1：
与实施例4的区别在于，没有硅灰石，其他与实施例4相同。
对比例2：
与实施例4的区别在于，没有硅铝镁高强纤维，其他与实施例4相同。
对比例3：
与实施例4的区别在于，没有氮化硅纤维，其他与实施例4相同。
对比例4：
与实施例4的区别在于，没有三氧化二铝纤维、二氧化锆和二氧化锗，其他与实施例4相同。
对比例5：
与实施例4的区别在于，没有硝酸铅，其他与实施例4相同。
对比例6：
与实施例4的区别在于，没有铈稳定氧化锆，其他与实施例4相同。
下面对本发明实施例2至实施例4、对比例1至对比例6得到的高强度防爆钢化玻璃以及普通钢化玻璃进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003417451330000061
Figure BDA0003417451330000071
从上表可以看出，本发明的高强度防爆钢化玻璃具有以下优点：本发明的高强度防爆钢化玻璃与普通钢化玻璃相比，具有高的抗冲击强度和抗弯曲强度，力学性能好，不易损坏；且表面压应力大，自爆率低，安全耐用。
对比发现：本发明的高强度防爆钢化玻璃以二氧化硅为主要原料，配合适当比例的硅灰石、钠长石作为复合基体材料，给提高韧性提供了良好的基础，尤其是硅灰石的添加对提高抗冲击强度和抗弯曲强度、降低自爆率均起到了良好的效果；
对比发现：本发明的高强度防爆钢化玻璃中添加了适当比例的硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维，大大提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，降低了自爆率，保证了力学性能好，不易损坏；且表面压应力大，自爆率低，安全耐用。
对比发现：本发明的高强度防爆钢化玻璃中添加了适当比例的三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，使本发明的高强度防爆钢化玻璃的抗冲击强度和抗弯曲强度得到显著提高，降低了自爆率。
对比发现：本发明的高强度防爆钢化玻璃中添加了适当比例的硝酸铅，与其他各组分相容性好，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，进一步降低了自爆率。
对比发现：本发明的高强度防爆钢化玻璃中添加了适当比例的铈稳定氧化锆，与其他各组分相容性好，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，进一步提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，降低了自爆率。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高强度防爆钢化玻璃，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅48～55份、硅灰石15～20份、钠长石10～14份、硅铝镁高强纤维7～11份、氮化硅纤维5～9份、三氧化二铝纤维12～15份、二氧化锆11～13份、二氧化锗5～8份、硝酸铅2.5～4份。
2.根据权利要求1所述的高强度防爆钢化玻璃，其特征在于，所述高强度防爆钢化玻璃由包括以下重量份的原料制成：二氧化硅52份、硅灰石17.5份、钠长石12份、硅铝镁高强纤维9.5份、氮化硅纤维7.2份、三氧化二铝纤维13.6份、二氧化锆12.5份、二氧化锗6.8份、硝酸铅3.4份。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的高强度防爆钢化玻璃，其特征在于，所述高强度防爆钢化玻璃还包括以下重量份的原料：稀土氧化物3.5～4.5份。
4.根据权利要求3所述的高强度防爆钢化玻璃，其特征在于，所述稀土氧化物为铈稳定氧化锆。
5.根据权利要求3所述的高强度防爆钢化玻璃，其特征在于，所述二氧化锆为纳米二氧化锆。
6.根据权利要求3所述的高强度防爆钢化玻璃，其特征在于，所述二氧化锗为正方晶系的二氧化锗。
7.一种如权利要求4至6任一项所述的高强度防爆钢化玻璃的制作工艺，其特征在于，包括下列步骤：
A、按重量份分别称取如下原料：二氧化硅、硅灰石、钠长石、硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和稀土氧化物；
B、将二氧化硅、硅灰石、钠长石均匀混合后，球磨粉碎，过500筛，再与硅铝镁高强纤维、氮化硅纤维、三氧化二铝纤维、二氧化锆、二氧化锗、硝酸铅和稀土氧化物混合，球磨至混合均匀；
C、将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为10～15mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
D、将冷却后的玻璃板再置于800～850℃的惰气氛围中加热60～90min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
E、将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
F、将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为450～480℃的退火炉中退火到常温，得到所述高强度防爆钢化玻璃。
8.根据权利要求7所述的高强度防爆钢化玻璃的制作工艺，其特征在于，步骤E中，进行离子交换的时间为6～8h，盐槽中熔盐液体的温度控制在360～400℃。
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