CN115893835A - 一种透明黑色高硼硅玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明黑色高硼硅玻璃及其制备方法，包括以下重量份的原料：二氧化硅100‑110份、三氧化二硼25‑35份、氧化铝3‑6份、氯化钠6‑10份、氧化钙5‑8份、五氧化二磷5‑10份、着色剂1‑5份，所述着色剂包括重量份比为(5‑15)：(1‑10)的五氧化二钒和氧化钴。本发明采用上述结构的一种透明黑色高硼硅玻璃及其制备方法，在保持高硼硅3.3玻璃原有性能不变的基础上对其内部进行着色，制备得到的玻璃颜色透明黑，分布均匀，无气泡、无水纹，具有优良的折射率和透光性。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃制备技术领域，特别是涉及一种透明黑色高硼硅玻璃及其制备方法。
背景技术
高硼硅玻璃是利用玻璃在高温状态下导电的特性，通过在玻璃内部加热来实现玻璃熔化，经先进生产工艺加工而成，其生产步骤主要包括主要包括配合料制备、熔制、成型、退火和后加工等。现有技术中有色高硼硅玻璃的种类较少，例如透明黑的高硼硅3.3玻璃。现有技术有色高硼硅玻璃制备过程中将着色剂与其他生产原料进行高温融合，着色剂挥发影响高硼硅玻璃的内部性能，造成产品的色度步骤，高硼硅玻璃本身易起泡、易结石等，对其直接使用时易炸裂，安全性降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种透明黑色高硼硅玻璃及其制备方法，以解决上述现有技术中不存在透明黑色高硼硅玻璃和制备的有色高硼硅玻璃内部性能变化造成其色度不够、热处理易炸裂的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种透明黑色高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：二氧化硅100-110份、三氧化二硼25-35份、氧化铝3-6份、氯化钠6-10份、氧化钙5-8份、五氧化二磷5-10份、着色剂1-5份，所述着色剂包括重量份比为(5-15)：(1-10)的五氧化二钒和氧化钴。
其中，三氧化二硼能够降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性，改善玻璃的光泽，提高玻璃的机械强度。氧化铝能够提高玻璃的化学稳定性，增加机械强度，并降低玻璃的析晶倾向。氯化钠在高温的时候气体挥发，能够促进玻璃澄清。
反应原理为：未添加着色剂的钠硼铝硅玻璃中，Al2O3先获得Na2O形成[AlO4]四面体，并与[SiO4]四面体连接在一起，而多余的Na2O则使B2O3由[BO3]三角体变为[BO4]四面体，然后再和[AlO4]四面体连接在一起。Al-O-Si和Al-O-B键都非常稳定，因此在随后的工艺过程中不会断裂，最终形成的玻璃也就没有颜色。而加入P2O5后，P2O5优先获得Na2O形成[PO4]四面体，而Al2O3和B2O3更容易和[PO4]四面体形成稳定的连接，并且[PO4]四面体不和[SiO4]四面体形成稳定的连接。这样玻璃就形成了富硅相和富磷铝硼相，造成了玻璃的分相乳浊，从而使玻璃产生了透明黑。CaO和Na2O的作用相似，但Ca是+2价离子，它比Na(+1价)更容易使磷铝硼相内部的连接趋于稳定，因此有利用磷铝硼相的形成，也更容易使着色更稳定。本发明的着色剂由五氧化二钒，氧化钴组成。本发明的着色剂比例范围内，上述结构变化机理效果最明显，形成的富硅相和富磷铝硼相最稳定。该配比着色剂在高温高压下颜色稳定永不褪色，不易挥发。着色剂与其他原料配比用量与产品的乳浊成度成正比，着色剂加入量大，产品乳浊程度高，透明黑颜色深；反之则产品清澈透明黑浅，透明黑更加逼真的作用。
优选的，包括以下重量份的原料：二氧化硅105-110份、三氧化二硼30-35份、氧化铝4-6份、氯化钠8-10份、氧化钙6-8份、五氧化二磷8-10份、着色剂2-5份。
优选的，二氧化硅100-105份、三氧化二硼25-30份、氧化铝3-5份、氯化钠6-8份、氧化钙5-6份、五氧化二磷5-8份、着色剂1-3份。
优选的，所述着色剂包括重量份比为(5-10)：(1-5)的五氧化二钒和氧化钴。
优选的，所述着色剂包括重量份比为(10-15)：(5-10)的五氧化二钒和氧化钴。
一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)混料阶段：将各种玻璃配料按照重量份数称量后混合均匀；
步骤(2)冷顶阶段：将窑炉顶层底部温度控制在550-750℃，持续保持8小时，加入混合好的玻璃配料；
步骤(3)升温阶段：窑炉升温层温度保持800-850℃，持续保持8小时，使着色剂和其他配料原料融合；
步骤(4)高温阶段：窑炉高温层温度保持1570-1650℃，持续保持4小时，得到透明黑高硼硅3.3玻璃液；
步骤(5)澄清阶段：窑炉澄清层温度保持1350-1400℃，持续保持4小时，除去杂质；
步骤(6)出料阶段：出料温度为1200-1250℃。
优选的，步骤(1)混料阶段的具体步骤为：将二氧化硅和氧化铝放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；将三氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氯化钠放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；将五氧化二钒和氧化钴混合均匀形成混合料C；将混合料C平均分为两份分两步加入混合料B中。
优选的，步骤(2)中通过每隔5-10分钟不断的加配料使得窑炉顶层始终有30-50mm的配料形成一个保温层，保温层中配料呈现固体状态。
优选的，步骤(2)冷顶阶段分为上段低温区和下段高温区，上段低温区的温度为550-650℃，下段高温区的温度为680-750℃。
优选的，五氧化二钒的粒径为小于等于60目，氧化钴的粒径为小于等于60目。
优选的，还步骤(7)成型阶段：将玻璃液置于模具中制成空心管，成型温度1100-1300℃。
因此，本发明采用上述结构的一种透明黑色高硼硅玻璃及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)在保持高硼硅3.3玻璃原有性能不变的基础上，实现对其内部进行着色，通过对着色剂的选择、混合料的配比、熔化温度和时间的严格控制，达到着色剂不挥发，获得透明黑高硼硅3.3玻璃。
(2)获得的透明黑色高硼硅玻璃色泽逼真、透明度适中，在高温高压下颜色稳定，永不褪色，颜色分布均匀，无气泡、无水纹。
(3)透明黑色高硼硅玻璃在200-300℃下的热膨胀系数、耐热温度、熔点和软化点与高硼硅玻璃本身的热膨胀系数、耐热温度、熔点和软化点基本一致。对其直接进行热处理时不会像普通玻璃炸裂，便于拉、吹、锻压成各种造型，与普遍玻璃相比，无毒副作用，其机械性能，热稳定性能，抗水、抗碱、抗酸等性质大大提高。耐水性能[ISO 719—HGB(98℃)]1级，耐酸性能[ISO 1776]1级，耐碱性能(ISO 695—A2)2级。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是实施例1制备的空心管的结构示意图；
图2是实施例2制备的空心管的结构示意图。
具体实施方式
以下将对本发明进行进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明并不限于本实施例。
实施例1
一种透明黑色高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：二氧化硅100份、三氧化二硼25份、氧化铝3份、氯化钠6份、氧化钙5份、五氧化二磷5份、着色剂1份，所述着色剂包括重量份比为5：1的五氧化二钒和氧化钴。五氧化二钒的粒径为小于等于60目，氧化钴的粒径为小于等于60目。
一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)混料阶段：将各种玻璃配料按照重量份数称量后混合均匀；混料阶段的具体步骤为：将二氧化硅和氧化铝放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；将三氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氯化钠放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；将五氧化二钒和氧化钴混合均匀形成混合料C；将混合料C平均分为两份分两步加入混合料B中。
步骤(2)冷顶阶段：加入混合好的玻璃配料，具体的冷顶阶段分为上段低温区和下段高温区，上段低温区的温度为550℃，保温4小时，下段高温区的温度为680℃，保温4小时；通过每隔5-10分钟不断的加配料使得窑炉顶层始终有30-50mm的配料形成一个保温层，保温层中配料呈现固体状态。
步骤(3)升温阶段：窑炉升温层温度保持800℃，持续保持8小时，使着色剂和其他配料原料融合；
步骤(4)高温阶段：窑炉高温层温度保持1570℃，持续保持4小时，得到透明黑高硼硅3.3玻璃液；
步骤(5)澄清阶段：窑炉澄清层温度保持1350℃，持续保持4小时，除去杂质；
步骤(6)出料阶段：出料温度为1250℃。
步骤(7)成型阶段：将玻璃液置于模具中制成空心管，成型温度1250℃。
如图1所示，空心管的厚度为12mm。
实施例2
一种透明黑色高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：二氧化硅110份、三氧化二硼35份、氧化铝6份、氯化钠10份、氧化钙8份、五氧化二磷10份、着色剂5份，所述着色剂包括重量份比为15：10的五氧化二钒和氧化钴。五氧化二钒的粒径为小于等于60目，氧化钴的粒径为小于等于60目。
一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)混料阶段：将各种玻璃配料按照重量份数称量后混合均匀；混料阶段的具体步骤为：将二氧化硅和氧化铝放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；将三氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氯化钠放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；将五氧化二钒和氧化钴混合均匀形成混合料C；将混合料C平均分为两份分两步加入混合料B中。
步骤(2)冷顶阶段：加入混合好的玻璃配料，具体的冷顶阶段分为上段低温区和下段高温区，上段低温区的温度为650℃，保温4小时，下段高温区的温度为750℃，保温4小时；通过每隔5-10分钟不断的加配料使得窑炉顶层始终有30-50mm的配料形成一个保温层，保温层中配料呈现固体状态。
步骤(3)升温阶段：窑炉升温层温度保持850℃，持续保持8小时，使着色剂和其他配料原料融合；
步骤(4)高温阶段：窑炉高温层温度保持1650℃，持续保持4小时，得到透明黑高硼硅3.3玻璃液；
步骤(5)澄清阶段：窑炉澄清层温度保持1400℃，持续保持4小时，除去杂质；
步骤(6)出料阶段：出料温度为1250℃。
步骤(7)成型阶段：将玻璃液置于模具中制成空心管，成型温度1200℃。
如图2所示，空心管的厚度为4mm。
实施例3
一种透明黑色高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：二氧化硅102份、三氧化二硼28份、氧化铝4份、氯化钠7份、氧化钙6份、五氧化二磷7份、着色剂2份，所述着色剂包括重量份比为8：5的五氧化二钒和氧化钴。五氧化二钒的粒径为小于等于60目，氧化钴的粒径为小于等于60目。
一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)混料阶段：将各种玻璃配料按照重量份数称量后混合均匀；混料阶段的具体步骤为：将二氧化硅和氧化铝放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；将三氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氯化钠放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；将五氧化二钒和氧化钴混合均匀形成混合料C；将混合料C平均分为两份分两步加入混合料B中。
步骤(2)冷顶阶段：加入混合好的玻璃配料，具体的冷顶阶段分为上段低温区和下段高温区，上段低温区的温度为580℃，保温4小时，下段高温区的温度为700℃，保温4小时；通过每隔5-10分钟不断的加配料使得窑炉顶层始终有30-50mm的配料形成一个保温层，保温层中配料呈现固体状态。
步骤(3)升温阶段：窑炉升温层温度保持820℃，持续保持8小时，使着色剂和其他配料原料融合；
步骤(4)高温阶段：窑炉高温层温度保持1600℃，持续保持4小时，得到透明黑高硼硅3.3玻璃液；
步骤(5)澄清阶段：窑炉澄清层温度保持1380℃，持续保持4小时，除去杂质；
步骤(6)出料阶段：出料温度为1210℃。
步骤(7)成型阶段：将玻璃液置于模具中制成玻璃棒，成型温度1180℃。
实施例4
一种透明黑色高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：二氧化硅105份、三氧化二硼30份、氧化铝5份、氯化钠8份、氧化钙6份、五氧化二磷7份、着色剂3份，所述着色剂包括重量份比为10：8的五氧化二钒和氧化钴。五氧化二钒的粒径为小于等于60目，氧化钴的粒径为小于等于60目。
一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)混料阶段：将各种玻璃配料按照重量份数称量后混合均匀；混料阶段的具体步骤为：将二氧化硅和氧化铝放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；将三氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氯化钠放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；将五氧化二钒和氧化钴混合均匀形成混合料C；将混合料C平均分为两份分两步加入混合料B中。
步骤(2)冷顶阶段：加入混合好的玻璃配料，具体的冷顶阶段分为上段低温区和下段高温区，上段低温区的温度为600℃，保温4小时，下段高温区的温度为710℃，保温4小时；通过每隔5-10分钟不断的加配料使得窑炉顶层始终有30-50mm的配料形成一个保温层，保温层中配料呈现固体状态。
步骤(3)升温阶段：窑炉升温层温度保持820℃，持续保持8小时，使着色剂和其他配料原料融合；
步骤(4)高温阶段：窑炉高温层温度保持1620℃，持续保持4小时，得到透明黑高硼硅3.3玻璃液；
步骤(5)澄清阶段：窑炉澄清层温度保持1380℃，持续保持4小时，除去杂质；
步骤(6)出料阶段：出料温度为1230℃。
步骤(7)成型阶段：将玻璃液置于模具中制成空心管，成型温度1100℃。
实施例5
一种透明黑色高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：二氧化硅108份、三氧化二硼32份、氧化铝5份、氯化钠8份、氧化钙6份、五氧化二磷8份、着色剂4份，所述着色剂包括重量份比为15：6的五氧化二钒和氧化钴。五氧化二钒的粒径为小于等于60目，氧化钴的粒径为小于等于60目。
一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)混料阶段：将各种玻璃配料按照重量份数称量后混合均匀；混料阶段的具体步骤为：将二氧化硅和氧化铝放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；将三氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氯化钠放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；将五氧化二钒和氧化钴混合均匀形成混合料C；将混合料C平均分为两份分两步加入混合料B中。
步骤(2)冷顶阶段：加入混合好的玻璃配料，具体的冷顶阶段分为上段低温区和下段高温区，上段低温区的温度为630℃，保温4小时，下段高温区的温度为720℃，保温4小时；通过每隔5-10分钟不断的加配料使得窑炉顶层始终有30-50mm的配料形成一个保温层，保温层中配料呈现固体状态。
步骤(3)升温阶段：窑炉升温层温度保持820℃，持续保持8小时，使着色剂和其他配料原料融合；
步骤(4)高温阶段：窑炉高温层温度保持1600℃，持续保持4小时，得到透明黑高硼硅3.3玻璃液；
步骤(5)澄清阶段：窑炉澄清层温度保持1360℃，持续保持4小时，除去杂质；
步骤(6)出料阶段：出料温度为1250℃。
步骤(7)成型阶段：将玻璃液置于模具中制成空心管，成型温度1220℃。
实施例6
一种透明黑色高硼硅玻璃，包括以下重量份的原料：二氧化硅110份、三氧化二硼30份、氧化铝5份、氯化钠8份、氧化钙5份、五氧化二磷8份、着色剂3份，所述着色剂包括重量份比为12：7的五氧化二钒和氧化钴。五氧化二钒的粒径为小于等于60目，氧化钴的粒径为小于等于60目。
一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)混料阶段：将各种玻璃配料按照重量份数称量后混合均匀；混料阶段的具体步骤为：将二氧化硅和氧化铝放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；将三氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氯化钠放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；将五氧化二钒和氧化钴混合均匀形成混合料C；将混合料C平均分为两份分两步加入混合料B中。
步骤(2)冷顶阶段：加入混合好的玻璃配料，具体的冷顶阶段分为上段低温区和下段高温区，上段低温区的温度为600℃，保温4小时，下段高温区的温度为750℃，保温4小时；通过每隔5-10分钟不断的加配料使得窑炉顶层始终有30-50mm的配料形成一个保温层，保温层中配料呈现固体状态。
步骤(3)升温阶段：窑炉升温层温度保持835℃，持续保持8小时，使着色剂和其他配料原料融合；
步骤(4)高温阶段：窑炉高温层温度保持1630℃，持续保持4小时，得到透明黑高硼硅3.3玻璃液；
步骤(5)澄清阶段：窑炉澄清层温度保持1380℃，持续保持4小时，除去杂质；
步骤(6)出料阶段：出料温度为1225℃。
步骤(7)成型阶段：将玻璃液置于模具中制成空心管，成型温度1200℃。
因此，本发明采用上述结构的一种透明黑色高硼硅玻璃及其制备方法，在保持高硼硅3.3玻璃原有性能不变的基础上对其内部进行着色，通过对高硼硅3.3玻璃配料中着色剂选择、与其他配料的比例、熔化温度及时间的严格控制来达到着色剂不能挥发的效果，制备得到的玻璃颜色透明黑，分布均匀，无气泡、无水纹，具有优良的折射率和透光性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种透明黑色高硼硅玻璃，其特征在于：包括以下重量份的原料：二氧化硅100-110份、三氧化二硼25-35份、氧化铝3-6份、氯化钠6-10份、氧化钙5-8份、五氧化二磷5-10份、着色剂1-5份，所述着色剂包括重量份比为(5-15)：(1-10)的五氧化二钒和氧化钴。
2.根据权利要求1所述的一种透明黑色高硼硅玻璃，其特征在于：包括以下重量份的原料：二氧化硅105-110份、三氧化二硼30-35份、氧化铝4-6份、氯化钠8-10份、氧化钙6-8份、五氧化二磷8-10份、着色剂2-5份。
3.根据权利要求1所述的一种透明黑色高硼硅玻璃，其特征在于：包括以下重量份的原料：二氧化硅100-105份、三氧化二硼25-30份、氧化铝3-5份、氯化钠6-8份、氧化钙5-6份、五氧化二磷5-8份、着色剂1-3份。
4.根据权利要求1所述的一种透明黑色高硼硅玻璃，其特征在于：所述着色剂包括重量份比为(5-10)：(1-5)的五氧化二钒和氧化钴。
5.根据权利要求1所述的一种透明黑色高硼硅玻璃及其制备方法，其特征在于：所述着色剂包括重量份比为(10-15)：(5-10)的五氧化二钒和氧化钴。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)混料阶段：将各种玻璃配料按照重量份数称量后混合均匀；
步骤(2)冷顶阶段：将窑炉顶层底部温度控制在550-750℃，持续保持8小时，加入混合好的玻璃配料；
步骤(3)升温阶段：窑炉升温层温度保持800-850℃，持续保持8小时，使着色剂和其他配料原料融合；
步骤(4)高温阶段：窑炉高温层温度保持1570-1650℃，持续保持4小时，得到透明黑高硼硅3.3玻璃液；
步骤(5)澄清阶段：窑炉澄清层温度保持1350-1400℃，持续保持4小时，除去杂质；
步骤(6)出料阶段：出料温度为1200-1250℃。
7.根据权利要求6所述的一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(1)混料阶段的具体步骤为：将二氧化硅和氧化铝放入混料机中，混合均匀后形成混合料A；将三氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氯化钠放入混料机中，混合均匀后形成混合料B；将五氧化二钒和氧化钴混合均匀形成混合料C；将混合料C平均分为两份分两步加入混合料B中。
8.根据权利要求6所述的一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(2)中通过每隔5-10分钟不断的加配料使得窑炉顶层始终有30-50mm的配料形成一个保温层，保温层中配料呈现固体状态。
9.根据权利要求6所述的一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(2)冷顶阶段分为上段低温区和下段高温区，上段低温区的温度为550-650℃，下段高温区的温度为680-750℃。
10.根据权利要求6所述的一种透明黑色高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：五氧化二钒的粒径为小于等于60目，氧化钴的粒径为小于等于60目。
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