CN115504668B - 一种透紫外线高硼硅玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了玻璃制备生产技术领域的一种透紫外线高硼硅玻璃及其制备方法，所述玻璃包括：ZrOTe：10～30份；石英砂：60～90份；硼酐：1～20份；硼酸：1～10份；碳酸钠：1～10份；氧化铝：1～5份；氧化钙：1～5份；碎玻璃：20～40份；澄清助剂：1～2份；结构助剂：0.1～2份；本发明通过制备ZrOTe可有效抑制硼的挥发，提高玻璃的力学性能，同时降低了生产成本；并且会破坏Si‑O‑Si结构和B‑O‑B结构，提高玻璃的致密度；又能使二氧化硅和二氧化硼的结构转变为[SiO3]和[BO3]，使玻璃的粘度降低的同时，熔制温度也变低；本发明加入了结构助剂，提高了透紫外光的穿透力并降低断裂韧性。
Description
技术领域
本发明属于玻璃制备生产技术领域，具体是指一种透紫外线高硼硅玻璃及其制备方法。
背景技术
高硼硅玻璃是一种通过改变玻璃成分，有效降低玻璃的膨胀系数，有效提高透光性能和玻璃强度、玻璃的软化点温度、玻璃导热能力的强化耐火玻璃，高硼硅玻璃以其优异的性能得到了广泛的应用和发展，应用领域从实验室用仪器玻璃到建筑用防火玻璃；从日常生活用器皿炊具玻璃到特种显示器玻璃；从普通化工领域到精密光电学领域，领域之广、范围之深是其它品种玻璃所不可比拟的。
伴随着玻璃熔化技术的提高，玻璃成形加工技术的进步，一些工业对高硼硅玻璃将越来越重视，同时高硼硅玻璃的性能提出了更高的要求，因此，研发和应用高硼硅玻璃具有重要意义，而现有的高硼硅玻璃存在以下缺陷：
国内对于高硼硅玻璃的研究开展较晚，重点主要集中在成熟的钠钙硅系统的高效制备，而对多组分透紫外玻璃材料涉及较少；目前制备的高硼硅玻璃大多采用悬浮玻璃的制备工艺，但是这种方法的工艺成本较高，并且制备工艺并不完善，使其在一定程度上限制了高硼硅玻璃的应用；现有技术能够制备出高硼硅玻璃，然而高硼硅玻璃中二氧化硅的含量较高，极大增加了玻璃熔制的成本，同时玻璃粘度升高，无法实现既要增加透光率又能降低玻璃熔制温度；目前一些现有技术制备的高硼硅玻璃中硼的成分很多，虽然降低了膨胀系数，但是硼在熔化澄清的时候会有一定的挥发，造成了硼原料的浪费，增加了生产成本；其次，由于硼原料的挥发，影响了玻璃最终的组成，使得玻璃的力学性能和工艺性能发生变化；最后，在浮法生产中，挥发的硼对玻璃熔窑池壁有较强的腐蚀作用，缩短了窑炉使用寿命。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种透紫外线高硼硅玻璃及其制备方法，为了解决高硼硅玻璃透光率低、挥发性高和力学性能低的问题，发明一种ZrOTe，在制备高硼硅玻璃产品时在玻璃表面形成一层氧化膜，有效抑制硼的挥发，提高了玻璃的力学性能，同时降低了生产成本；同时，在二氧化硅和二氧化硼的体系中，ZrOTe会破坏Si-O-Si结构和B-O-B结构，使得内部结构紧密，提高玻璃的致密度；本发明加入了一定量的结构助剂，使得二氧化硅体系含量减少，导致吸收边红移，促进玻璃网络间隙中离子的填充效应，改善玻璃网络结构的稳定性，从而提高透紫外光的穿透力并降低断裂韧性；此外，一种透紫外线高硼硅玻璃的制备体系成熟，处理方法简单，可以实现大规模生产。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提供了一种透紫外线高硼硅玻璃，所述玻璃包括下述重量份配比的原料：
ZrOTe：10～30份；
石英砂：60～90份；
硼酐：1～20份；
硼酸：1～10份；
碳酸钠：1～10份；
氧化铝：1～5份；
氧化钙：1～5份；
碎玻璃：20～40份；
澄清助剂：1～2份；
结构助剂：0.1～2份。
优选地，所述玻璃包括下述重量份配比的原料：
ZrOTe：15～25份；
石英砂：70～80份；
硼酐：6～15份；
硼酸：3～7份；
碳酸钠：4～9份；
氧化铝：2～4份；
氧化钙：2～3份；
碎玻璃：25～35份；
澄清助剂：1.4～1.7份；
结构助剂：0.2～1.6份。
进一步地，所述ZrOTe为氧化锆粉末和碲粉呈质量比1:1混合均匀烧结，所述烧结温度为400～500摄氏度，所述氧化锆粉末的浓度为99.9%，粒径为20纳米，所述碲粉的浓度为99.9%，粒径为200～300微米。
进一步地，所述石英砂的粒径为0.1～4毫米，所述碎玻璃来自于质检不合格的玻璃，粒径为0.2～6毫米，所述澄清助剂为氯化钠，所述结构助剂为氧化镨。
本发明还提出了一种透紫外线高硼硅玻璃的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备ZrOTe；
步骤二：将所述步骤一制备的产物和其他成分按重量份配比称取，并混合均匀；
步骤三：将所述步骤二制备的产物在1600～1700℃条件下熔化4～6个小时，得到玻璃熔融液；
步骤四：将所述步骤三制备的玻璃熔融液进行拉管成型，在650～700℃条件下保温30～60min，得到所述高硼硅玻璃产品。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：
（1）本发明研发制备了一种ZrOTe，在制备高硼硅玻璃产品时在玻璃表面形成一层氧化膜，有效抑制硼的挥发，提高了玻璃的力学性能，同时降低了生产成本；
（2）在二氧化硅和二氧化硼的体系中，ZrOTe会破坏Si-O-Si结构和B-O-B结构，使得内部结构紧密，提高玻璃的致密度；
（3）ZrOTe的加入使二氧化硅和二氧化硼的一部分结构转变为[SiO3]和[BO3]，使玻璃的粘度变小的条件下，熔制温度也变低；
（4）本发明加入了一定量的结构助剂，使得二氧化硅体系含量减少，导致吸收边红移，促进玻璃网络间隙中离子的填充效应，改善玻璃网络结构的稳定性，从而提高透紫外光的穿透力并降低断裂韧性；
（5）透紫外线高硼硅玻璃的制备体系成熟，处理方法简单，可以实现大规模生产。
附图说明
图1为本发明中实施例1制备的透紫外线高硼硅玻璃的扫描电镜图；
图2为本发明中实施例2制备的透紫外线高硼硅玻璃的扫描电镜图；
图3为本发明中实施例3制备的透紫外线高硼硅玻璃的扫描电镜图；
图4为本发明中实施例4制备的透紫外线高硼硅玻璃的扫描电镜图；
图5为本发明中实施例5制备的透紫外线高硼硅玻璃的扫描电镜图；
图6为本发明中对比例1制备的透紫外线高硼硅玻璃的扫描电镜图；
图7为本发明中对比例2制备的透紫外线高硼硅玻璃的扫描电镜图；
图8为本发明中对比例3制备的透紫外线高硼硅玻璃的扫描电镜图。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
在本发明实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
实施例1
本发明提供了一种透紫外线高硼硅玻璃，玻璃包括下述重量份配比的原料：
ZrOTe：15份；
石英砂：70份；
硼酐：6份；
硼酸：3份；
碳酸钠：4份；
氧化铝：2份；
氧化钙：2份；
碎玻璃：25份；
澄清助剂：1.4份；
结构助剂：0.2份。
其中，ZrOTe为氧化锆粉末和碲粉呈质量比1:1混合均匀烧结，烧结温度为400摄氏度，氧化锆粉末的浓度为99.9%，粒径为20纳米，碲粉的浓度为99.9%，粒径为250微米。
其中，石英砂的粒径为1毫米，碎玻璃来自于质检不合格的玻璃，粒径为2毫米，澄清助剂为氯化钠，结构助剂为氧化镨。
本发明还提出了一种透紫外线高硼硅玻璃的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备ZrOTe；
步骤二：将步骤一制备的产物和其他成分按重量份配比称取，并混合均匀；
步骤三：将步骤二制备的产物在1600℃条件下熔化4个小时，得到玻璃熔融液；
步骤四：将步骤三制备的玻璃熔融液进行拉管成型，在650℃条件下保温30min，得到高硼硅玻璃产品。
实施例2
本发明提供了一种透紫外线高硼硅玻璃，玻璃包括下述重量份配比的原料：
ZrOTe：18份；
石英砂：72份；
硼酐：8份；
硼酸：4份；
碳酸钠：5份；
氧化铝：2.5份；
氧化钙：2.2份；
碎玻璃：27份；
澄清助剂：1.5份；
结构助剂：0.5份。
其中，ZrOTe为氧化锆粉末和碲粉呈质量比1:1混合均匀烧结，烧结温度为420摄氏度，氧化锆粉末的浓度为99.9%，粒径为20纳米，碲粉的浓度为99.9%，粒径为250微米。
其中，石英砂的粒径为1毫米，碎玻璃来自于质检不合格的玻璃，粒径为2毫米，澄清助剂为氯化钠，结构助剂为氧化镨。
本发明还提出了一种透紫外线高硼硅玻璃的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备ZrOTe；
步骤二：将步骤一制备的产物和其他成分按重量份配比称取，并混合均匀；
步骤三：将步骤二制备的产物在1620℃条件下熔化4.5个小时，得到玻璃熔融液；
步骤四：将步骤三制备的玻璃熔融液进行拉管成型，在660℃条件下保温40min，得到高硼硅玻璃产品。
实施例3
本发明提供了一种透紫外线高硼硅玻璃，玻璃包括下述重量份配比的原料：
ZrOTe：20份；
石英砂：75份；
硼酐：10份；
硼酸：5份；
碳酸钠：6份；
氧化铝：3份；
氧化钙：2.5份；
碎玻璃：30份；
澄清助剂：1.6份；
结构助剂：0.8份。
其中，ZrOTe为氧化锆粉末和碲粉呈质量比1:1混合均匀烧结，烧结温度为450摄氏度，氧化锆粉末的浓度为99.9%，粒径为20纳米，碲粉的浓度为99.9%，粒径为250微米。
其中，石英砂的粒径为1毫米，碎玻璃来自于质检不合格的玻璃，粒径为2毫米，澄清助剂为氯化钠，结构助剂为氧化镨。
本发明还提出了一种透紫外线高硼硅玻璃的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备ZrOTe；
步骤二：将步骤一制备的产物和其他成分按重量份配比称取，并混合均匀；
步骤三：将步骤二制备的产物在1650℃条件下熔化5个小时，得到玻璃熔融液；
步骤四：将步骤三制备的玻璃熔融液进行拉管成型，在670℃条件下保温50min，得到高硼硅玻璃产品。
实施例4
本发明提供了一种透紫外线高硼硅玻璃，玻璃包括下述重量份配比的原料：
ZrOTe：23份；
石英砂：78份；
硼酐：13份；
硼酸：6份；
碳酸钠：8份；
氧化铝：3.5份；
氧化钙：2.8份；
碎玻璃：33份；
澄清助剂：1.6份；
结构助剂：1.2份。
其中，ZrOTe为氧化锆粉末和碲粉呈质量比1:1混合均匀烧结，烧结温度为480摄氏度，氧化锆粉末的浓度为99.9%，粒径为20纳米，碲粉的浓度为99.9%，粒径为250微米。
其中，石英砂的粒径为1毫米，碎玻璃来自于质检不合格的玻璃，粒径为2毫米，澄清助剂为氯化钠，结构助剂为氧化镨。
本发明还提出了一种透紫外线高硼硅玻璃的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备ZrOTe；
步骤二：将步骤一制备的产物和其他成分按重量份配比称取，并混合均匀；
步骤三：将步骤二制备的产物在1680℃条件下熔化5.5个小时，得到玻璃熔融液；
步骤四：将步骤三制备的玻璃熔融液进行拉管成型，在690℃条件下保温50min，得到高硼硅玻璃产品。
实施例5
本发明提供了一种透紫外线高硼硅玻璃，玻璃包括下述重量份配比的原料：
ZrOTe：25份；
石英砂：80份；
硼酐：15份；
硼酸：7份；
碳酸钠：9份；
氧化铝：4份；
氧化钙：3份；
碎玻璃：35份；
澄清助剂：1.7份；
结构助剂：1.6份。
其中，ZrOTe为氧化锆粉末和碲粉呈质量比1:1混合均匀烧结，烧结温度为500摄氏度，氧化锆粉末的浓度为99.9%，粒径为20纳米，碲粉的浓度为99.9%，粒径为250微米。
其中，石英砂的粒径为1毫米，碎玻璃来自于质检不合格的玻璃，粒径为2毫米，澄清助剂为氯化钠，结构助剂为氧化镨。
本发明还提出了一种透紫外线高硼硅玻璃的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备ZrOTe；
步骤二：将步骤一制备的产物和其他成分按重量份配比称取，并混合均匀；
步骤三：将步骤二制备的产物在1700℃条件下熔化6个小时，得到玻璃熔融液；
步骤四：将步骤三制备的玻璃熔融液进行拉管成型，在700℃条件下保温60min，得到高硼硅玻璃产品。
对比例1
本对比例提供一种透紫外线高硼硅玻璃，其与实施例1的区别仅在于组分中不包含ZrOTe，将ZrOTe减少量分摊至石英砂中，其余组分、组分含量与实施例1相同，制备方法参照实施例1。
对比例2
本对比例提供一种透紫外线高硼硅玻璃，其与实施例1的区别仅在于组分中不包含结构助剂，将结构助剂减少量分摊至石英砂中，其余组分、组分含量与实施例1相同，制备方法参照实施例1。
对比例3
本对比例提供一种透紫外线高硼硅玻璃，其与实施例1的区别仅在于组分中不包含ZrOTe和结构助剂，将ZrOTe和结构助剂减少量分摊至石英砂中，其余组分、组分含量与实施例1相同，制备方法参照实施例1。
性能测试
按照《JC/T676-1997》公布的玻璃材料弯曲强度试验方法在试验机上进行抗弯曲实验，通过计算其承受负荷的横截面处最大完全应力，得到高硼硅玻璃样品的弯曲强度；按照《GBZ/T160-272004》测定硼的含量，确定硼的挥发率；按照《GBT26810-2011》使用UV-3600分光光度计测定玻璃透光率。
表1一种透紫外线高硼硅玻璃的性能
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和表1所示，本发明实施例中透紫外线高硼硅玻璃的弯曲强度和透光率显著高于对比例，挥发率显著低于对比例，说明本发明的透紫外线高硼硅玻璃具有高的弯曲强度、透光率和低的挥发率的优良性能，可实现低成本大规模生产。
采用本发明提供的一种透紫外线高硼硅玻璃及其制备方法，实施例4的弯曲强度、透光率、挥发率最优，弯曲强度达到292Mpa，挥发率达到12%，透光率达到95%，由此可知引入的材料需在一定的数量内，加入过多或者过少都会对性能产生影响，因此考虑高硼硅玻璃的综合性能影响，本发明的透紫外线高硼硅玻璃在降低了挥发率的条件下，提高了透光率，并且力学性能也随之提高，同时降低了生产成本，具有较高的使用价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的应用并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种透紫外线高硼硅玻璃，其特征在于，所述玻璃包括下述重量份配比的原料：
ZrOTe：10～30份；
石英砂：60～90份；
硼酐：1～20份；
硼酸：1～10份；
碳酸钠：1～10份；
氧化铝：1～5份；
氧化钙：1～5份；
碎玻璃：20～40份；
澄清助剂：1～2份；
结构助剂：0.1～2份。
2.根据权利要求1所述的一种透紫外线高硼硅玻璃，其特征在于，所述玻璃包括下述重量份配比的原料：
ZrOTe：15～25份；
石英砂：70～80份；
硼酐：6～15份；
硼酸：3～7份；
碳酸钠：4～9份；
氧化铝：2～4份；
氧化钙：2～3份；
碎玻璃：25～35份；
澄清助剂：1.4～1.7份；
结构助剂：0.2～1.6份。
3.根据权利要求2所述的一种透紫外线高硼硅玻璃，其特征在于：所述ZrOTe为氧化锆粉末和碲粉呈质量比1:1混合均匀烧结，所述烧结温度为400～500摄氏度。
4.根据权利要求3所述的一种透紫外线高硼硅玻璃，其特征在于：所述氧化锆粉末的浓度为99.9%，粒径为20纳米。
5.根据权利要求4所述的一种透紫外线高硼硅玻璃，其特征在于：所述碲粉的浓度为99.9%，粒径为200～300微米。
6.根据权利要求5所述的一种透紫外线高硼硅玻璃，其特征在于：所述石英砂的粒径为0.1～4毫米。
7.根据权利要求6所述的一种透紫外线高硼硅玻璃，其特征在于：所述碎玻璃来自于质检不合格的玻璃，粒径为0.2～6毫米。
8.根据权利要求7所述的一种透紫外线高硼硅玻璃，其特征在于：所述澄清助剂为氯化钠。
9.根据权利要求8所述的一种透紫外线高硼硅玻璃，其特征在于：所述结构助剂为氧化镨。
10.根据权利要求1所述的一种透紫外线高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备ZrOTe；
步骤二：将所述步骤一制备的产物和其他成分按重量份配比称取，并混合均匀；
步骤三：将所述步骤二制备的产物在1600～1700℃条件下熔化4～6个小时，得到玻璃熔融液；
步骤四：将所述步骤三制备的玻璃熔融液进行拉管成型，在650～700℃条件下保温30～60min，得到所述高硼硅玻璃产品。
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