CN114634309B - 一种耐氢氟酸侵蚀玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种耐氢氟酸侵蚀玻璃及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种耐氢氟酸侵蚀玻璃及其制备方法，属于材料技术领域，按摩尔百分比计，其具体成分如下：P2O5 40‑75mol％；Al2O3 0‑30mol％；MgO+CaO+La2O3+Y2O3 0‑25mol％；B2O3 0‑30mol％。本发明提供的耐氢氟酸侵蚀玻璃材料比传统硅酸盐玻璃和石英玻璃具有更好的抗氢氟酸侵蚀性能；相比石英玻璃超高温熔炼或气相沉积方法制造，本发明采用高温熔炼方面制造，无需1800℃以上熔炉或专用气相沉积设备，因此制造成本低。因此，本发明提供的耐氢氟酸侵蚀的玻璃材料具有抗氢氟酸侵蚀性强，制造成本等优势，可在氟化工等领域得到广泛应用。

Description

一种耐氢氟酸侵蚀玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种耐氢氟酸侵蚀玻璃及其制备方法。
背景技术
工业耐腐蚀材料已被广泛应用于石油、化学工业、核工业等各个领域。随着工业技术的飞速发展，对耐腐蚀材料的需求量激增。玻璃作为一类重要的工业材料，具有成本低、透明度高等优点，在各个领域扮演着重要的角色。而传统玻璃材料为硅酸盐玻璃材料，耐氢氟酸侵蚀性能差，限制了其在工业中的应用。
美国专利US4684217A公开了一种耐氢氟酸复合窗及其制造方法，其采用多层复合结构，接触氢氟酸的为耐氢氟酸侵蚀的有机材料，该有机材料通过胶粘接于窗口材料上以达到耐氢氟酸侵蚀的目的。然而该复合窗制造工艺复杂、不适用于高温的氢氟酸环境。
美国专利US10393887B2公开了一种耐氟、抗辐照的玻璃，其采用氟磷酸盐玻璃系统以达到提高玻璃材料抗氢氟酸侵蚀性的目的。然而，氟磷酸盐玻璃制备工艺复杂、制造成本高，限制了其在工业中的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种耐氢氟酸侵蚀玻璃及其制备方法，具有抗氢氟酸侵蚀性强，制造成本等优势，可在氟化工等领域得到广泛应用。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种耐氢氟酸侵蚀玻璃，按摩尔百分比计，其具体成分如下：P2O5 40-75mol％；Al2O3 0-30mol％；MgO+CaO+La2O3+Y2O3 0-25mol％；B2O3 0-30mol％。
作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，其成分如下：P2O5 50-70mol％；Al2O312-25mol％；MgO+CaO+La2O3+Y2O3 0-10mol％；B2O3 5-20mol％。
作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，其成分如下：P2O5 50-60mol％；Al2O315-25mol％；La2O3+Y2O3 0-10mol％；B2O3 10-20mol％。
作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，其成分如下：MgO 25mol％、Al2O312.5mol％、P2O5 62.5mol％。
作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，其成分如下：CaO 25mol％、Al2O312.5mol％、P2O5 62.5mol％。
作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，其成分如下：B2O3 16mol％、Al2O321mol％、P2O5 63mol％。
作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，其成分如下：B2O3 20mol％、Al2O320mol％、P2O5 60mol％。
作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，其成分如下：B2O3 5mol％、Al2O312mol％、La2O3 10mol％、P2O5 63mol％。
本发明进一步保护一种上述耐氢氟酸侵蚀玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.按比例称取各原料，进行混合；
S2.将混合均匀的原料放置于石英陶瓷坩埚中，并在1200℃-1450℃之间进行熔制；
S3.将石英陶瓷坩埚中的玻璃倒入铂金坩埚中，并在1200℃-1500℃之间进行熔制，熔制过程中采用铂金搅拌杆进行搅拌；
S4.待熔制完成后，将熔制好的玻璃液倒入预热好的模具中，使其成型；
S5.将成型好的玻璃放置于退火炉中进行退火。
本发明具有如下有益效果：本发明提供的耐氢氟酸侵蚀玻璃材料比传统硅酸盐玻璃和石英玻璃具有更好的抗氢氟酸侵蚀性能；相比石英玻璃超高温熔炼或气相沉积方法制造，本发明采用高温熔炼方面制造，无需1800℃以上熔炉或专用气相沉积设备，因此制造成本低。因此，本发明提供的耐氢氟酸侵蚀的玻璃材料具有抗氢氟酸侵蚀性强，制造成本等优势，可在氟化工等领域得到广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为对比例1制得的硅酸盐玻璃经过氢氟酸侵蚀后表面形貌；
图2为对比例3制得的氟化物玻璃经过氢氟酸侵蚀后表面形貌；
图3为实施例1制得的玻璃经过氢氟酸侵蚀后表面形貌。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提出一种耐氢氟酸侵蚀的玻璃材料，具体成分为MgO 25mol％、Al2O312.5mol％、P2O5 62.5mol％。
该材料按照以下方法制备：选用磷酸二氢镁和磷酸二氢铝为原料，计算所需配合料比例；按照计算所得配合料比例称取配合料并混合均匀；将配合料放置于石英陶瓷坩埚中并在1250℃进行熔制；玻璃熔制完全后倒入铂金坩埚在1250℃进行熔制并进行搅拌；待玻璃熔制4小时后倒入预热温度为250℃的模具中并在室温成型；成型后的玻璃放入480℃退火炉中进行退火。
为测试该玻璃材料的抗氢氟酸侵蚀性能，将其加工成1mm×10mm×10mm大小样品，并对10mm×10mm大面进行抛光。将加工后的玻璃样品放置于氢氟酸浓度为5wt％的溶液中室温浸泡9小时。将浸泡前后的玻璃样品的质量差以及浸泡后玻璃表面形貌作为表征该材料抗氢氟酸侵蚀性能的参量。
实施例2
本实施例提出一种耐氢氟酸侵蚀的玻璃材料，具体成分为CaO 25mol％、Al2O312.5mol％、P2O5 62.5mol％。
该材料按照以下方法制备：选用磷酸二氢钙和磷酸二氢铝为原料，计算所需配合料比例；按照计算所得配合料比例称取配合料并混合均匀；将配合料放置于石英陶瓷坩埚中并在1250℃进行熔制；玻璃熔制完全后倒入铂金坩埚在1250℃进行熔制并进行搅拌；待玻璃熔制4小时后倒入预热温度为250℃的模具中并在室温成型；成型后的玻璃放入480℃退火炉中进行退火。
为测试该玻璃材料的抗氢氟酸侵蚀性能，将其加工成1mm×10mm×10mm大小样品，并对10mm×10mm大面进行抛光。将加工后的玻璃样品放置于氢氟酸浓度为5wt％的溶液中室温浸泡9小时。将浸泡前后的玻璃样品的质量差以及浸泡后玻璃表面形貌作为表征该材料抗氢氟酸侵蚀性能的参量。
实施例3
本实施例提出一种耐氢氟酸侵蚀的玻璃材料，具体成分为B2O3 16mol％、Al2O321mol％、P2O5 63mol％。
该材料按照以下方法制备：选用硼酸和磷酸二氢铝为原料，计算所需配合料比例；按照计算所得配合料比例称取配合料并混合均匀；将配合料放置于石英陶瓷坩埚中并在1450℃进行熔制；玻璃熔制完全后倒入铂金坩埚在1450℃进行熔制并进行搅拌；待玻璃熔制4小时后倒入预热温度为250℃的模具中并在室温成型；成型后的玻璃放入650℃退火炉中进行退火。
为测试该玻璃材料的抗氢氟酸侵蚀性能，将其加工成1mm×10mm×10mm大小样品，并对10mm×10mm大面进行抛光。将加工后的玻璃样品放置于氢氟酸浓度为5wt％的溶液中室温浸泡9小时。将浸泡前后的玻璃样品的质量差以及浸泡后玻璃表面形貌作为表征该材料抗氢氟酸侵蚀性能的参量。
实施例4
本实施例提出一种耐氢氟酸侵蚀的玻璃材料，具体成分为B2O3 20mol％、Al2O320mol％、P2O5 60mol％。
该材料按照以下方法制备：选用硼酸和磷酸二氢铝为原料，计算所需配合料比例；按照计算所得配合料比例称取配合料并混合均匀；将配合料放置于石英陶瓷坩埚中并在1450℃进行熔制；玻璃熔制完全后倒入铂金坩埚在1450℃进行熔制并进行搅拌；待玻璃熔制4小时后倒入预热温度为250℃的模具中并在室温成型；成型后的玻璃放入650℃退火炉中进行退火。
为测试该玻璃材料的抗氢氟酸侵蚀性能，将其加工成1mm×10mm×10mm大小样品，并对10mm×10mm大面进行抛光。将加工后的玻璃样品放置于氢氟酸浓度为5wt％的溶液中室温浸泡9小时。将浸泡前后的玻璃样品的质量差以及浸泡后玻璃表面形貌作为表征该材料抗氢氟酸侵蚀性能的参量。
实施例5
本实施例提出一种耐氢氟酸侵蚀的玻璃材料，具体成分为B2O3 5mol％、Al2O312mol％、La2O3 10mol％、P2O5 63mol％。
该材料按照以下方法制备：选用硼酸、氧化镧、五氧化二磷和磷酸二氢铝为原料，计算所需配合料比例；按照计算所得配合料比例称取配合料并混合均匀；将配合料放置于石英陶瓷坩埚中并在1450℃进行熔制；玻璃熔制完全后倒入铂金坩埚在1450℃进行熔制并进行搅拌；待玻璃熔制4小时后倒入预热温度为250℃的模具中并在室温成型；成型后的玻璃放入650℃退火炉中进行退火。
为测试该玻璃材料的抗氢氟酸侵蚀性能，将其加工成1mm×10mm×10mm大小样品，并对10mm×10mm大面进行抛光。将加工后的玻璃样品放置于氢氟酸浓度为5wt％的溶液中室温浸泡9小时。将浸泡前后的玻璃样品的质量差以及浸泡后玻璃表面形貌作为表征该材料抗氢氟酸侵蚀性能的参量。
为对比上述各个实施例的技术效果，选用硅酸盐玻璃(对比例1，成分为SiO260mol％、Al2O3 10mol％、CaO 20mol％、SrO 20mol％)、商用石英玻璃(对比例2)和ZBLAN氟化物玻璃(对比例3)作为对比例。将对比例选用的玻璃加工成1mm×10mm×10mm大小样品，并对10mm×10mm大面进行抛光。将加工后的玻璃样品放置于氢氟酸浓度为5wt％的溶液中室温浸泡9小时。将浸泡前后的玻璃样品的质量差以及浸泡后玻璃表面形貌作为表征该材料抗氢氟酸侵蚀性能的参量。
表1为各个实施例和对比例的氢氟酸侵蚀失重情况。氢氟酸侵蚀9小时后，对比例1-3的抛光表面均出现不同程度的破坏，如图1和图2所示。实施例1-5玻璃抛光面未出现明显破坏，如图3所示。
表1
Figure BDA0003538870670000071
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐氢氟酸侵蚀玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，其具体成分如下：P2O5 50-60mol%；Al2O3 15-25mol%； La2O3+Y2O3 0-10mol%；B2O3 10-20 mol%。
2.一种耐氢氟酸侵蚀玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，其成分如下：MgO 25mol%、Al2O3 12.5mol%、P2O5 62.5mol%。
3.一种耐氢氟酸侵蚀玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，其成分如下：CaO 25mol%、Al2O3 12.5mol%、P2O5 62.5mol%。
4.一种耐氢氟酸侵蚀玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，其成分如下：B2O3 16mol%、Al2O3 21mol%、P2O5 63mol%。
5.一种耐氢氟酸侵蚀玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，其成分如下：B2O3 20mol%、Al2O3 20mol%、P2O5 60mol%。
6.一种如权利要求1-5任一项所述耐氢氟酸侵蚀玻璃的制备方法，其特征在于，其特征在于，包括以下步骤：
S1.按比例称取各原料，进行混合；
S2.将混合均匀的原料放置于石英陶瓷坩埚中，并在1200℃-1450℃之间进行熔制；
S3.将石英陶瓷坩埚中的玻璃倒入铂金坩埚中，并在1200℃-1500℃之间进行熔制，熔制过程中采用铂金搅拌杆进行搅拌；
S4.待熔制完成后，将熔制好的玻璃液倒入预热好的模具中，使其成型；
S5.将成型好的玻璃放置于退火炉中进行退火。
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