CN115947538A - 耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃、强化玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 46％～70％、Al2O3 8％～26％、B2O35％～14％、Na2O 4％～15％、K2O 0～1.5％、MgO 10％～16％、ZnO 0～1.2％及ZrO20.01％～3％。采用本申请中组分质量百分比的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，在具备较低的热膨胀系数和较高的软化点的同时，还具备较高的机械性能，经一步化学强化后表面应力为400MPa～900MPa，应力层深度为15μm～50μm，耐火焰冲击时间持久。
Description
技术领域
本申请涉及玻璃生产制造技术领域，特别是涉及一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。
背景技术
硼硅酸盐玻璃是一种重要的无机材料，其具有良好的理化性能，且原料简单易得，因此，在日用化工、电子显示、核废料处理等方面有着广泛的商业用途。其中，高硼硅酸盐玻璃的组分中SiO2的含量大于78wt％，Al2O3的含量大于2wt％且小于8wt％，B2O3的含量大于10wt％，例如派来克斯(Pyrex)玻璃，主要用于实验仪器和家用耐热器皿。
传统的耐火焰冲击的高硼硅酸盐玻璃具有较高的抗热冲击性和化学稳定性，但机械强度较低。提高玻璃机械强度的方法主要分为物理钢化法和化学强化法。物理钢化时需要有较大的热膨胀系数，在急冷急热的工艺下在表面形成压应力而低铝高硼硅酸盐玻璃热膨胀系数低，使其不易进行物理钢化。化学强化法是通过将玻璃表面的小半径离子置换为大半径离子，形成挤压效应，在玻璃表面形成压应力，通过改变玻璃表面的组成提高玻璃的强度，使得玻璃可以更好地应用于显示器件等领域。化学强化法需要玻璃具有较高的Al2O3含量，Al2O3含量越高，骨架网络的间隙越大，越有利于离子交换。但是较高的Al2O3含量会显著增大玻璃的生产难度。
因此，如何得到一种同时具有低热膨胀系数和高机械强度的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃一直是亟需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种同时具有低热膨胀系数和高机械强度的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃及其制备方法。
本申请的一方面，提供一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 46％～70％、Al2O3 8％～26％、B2O3 5％～14％、Na2O 4％～15％、K2O 0～1.5％、MgO 10％～16％、ZnO 0～1.2％及ZrO2 0.01％～3％。
在其中一个实施例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 55％～65％、Al2O3 10％～18％、B2O3 6％～11％、Na2O 6％～12％、K2O 0～1％、MgO 11％～15％、ZnO 0～0.7％及ZrO2 0.01％～1.5％。
在其中一个实施例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 58％～63％、Al2O3 11％～15％、B2O3 7％～10％、Na2O 6％～9％、K2O 0～0.5％、MgO 11％～14％、ZnO 0～0.3％及ZrO2 0.01％～0.5％。
在其中一个实施例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，A的数值为70～107，其中A＝13.7×K2O+5.4×MgO+12.3×ZnO+3.7×B2O3。
在其中一个实施例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，B的数值为1590～2000，其中B＝25.1×SiO2+13.5×Al2O3+10.1×Na2O+40.1×ZrO2。
在其中一个实施例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分还包括0％～0.5％的氯化物及0％～0.5％的CeO2。
在其中一个实施例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃满足如下特征(1)～(3)中的一种或多种：
(1)在50℃～300℃范围内的热膨胀系数为(50～90)×10-7℃-1；
(2)表面应力为400MPa～900MPa；
(3)应力层深度为15μm～50μm。
本申请的再一方面，提供一种上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的制备方法，包括如下步骤：
按照所述组分称取原料，加热至熔制温度，保温4小时～8小时，制备熔融液；
将所述熔融液成型，在600℃～700℃的温度下退火，制备所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。
本申请的又一方面，提供一种强化玻璃，通过上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃进行化学强化获得，所述化学强化处理的步骤包括：将退火后的样品置于硝酸钾熔盐中，在390℃～460℃的温度下，保温2小时～8小时。
本申请的再一方面，提供一种上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃作为幕墙玻璃、防火玻璃、耐热器皿玻璃、家居装饰玻璃、药用玻璃、汽车玻璃、太阳能集热管玻璃或显示器件用盖板玻璃的应用。
采用本申请中组分质量百分比的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，在具备较低的热膨胀系数和较高的软化点的同时，还具备较高的机械性能，经一步化学强化后表面应力为400MPa～900MPa，应力层深度为15μm～50μm，耐火焰冲击时间持久。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本申请进行更全面的描述。下文中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
有技术涉及一种铝硅酸盐玻璃用组合物，包含：59wt％～62wt％的SiO2、10wt％～13wt％的Al2O3、7wt％～10wt％的B2O3、3.5wt％～6wt％的Na2O、1wt％～2.5wt％的K2O、8wt％～10wt％的MgO、0.8wt％～2wt％的ZnO及0.5wt％～0.8wt％的CeO2。采用该铝硅酸盐玻璃用组合物制备得到的铝硅酸盐玻璃的线膨胀系数低，在25℃～300℃范围内的线膨胀系数为(45～60)×10-7℃-1，但机械强度相对较低，强化后玻璃的表面应力为450MPa～520MPa，应力层深度为10μm～20μm。
有技术涉及一种铝硼硅玻璃组合物、玻璃板及玻璃板的制备方法。该铝硼硅玻璃组合物包含SiO2：55wt％～70wt％、Al2O3：9wt％～20wt％、B2O3：0.01wt％～7wt％、P2O5：0.01wt％～8wt％、Li2O：0.1wt％～6wt％、Na2O：5wt％～15wt％、K2O：0.1wt％～6wt％、MgO：0.1wt％～7wt％及ZrO2：0.4wt％～5wt％。玻璃板采用浮法工艺制备而成，该玻璃板具有与锡液接触的底面及背离锡液的顶面。经化学强化后，玻璃的表面压应力为820MPa～920MPa，玻璃板的顶面与底面的压缩应力值之差为0～15MPa，应力层深度为100μm～140μm。该玻璃组合物含有P2O5，容易和B2O3产生P-B分相乳浊现象，造成雾度，即不透明程度的增加，降低玻璃的化学稳定性，限制玻璃的应用领域。
传统的高硼硅酸盐平板玻璃主要有硼硅3.3玻璃和硼硅4.0玻璃两类。高硼硅3.3玻璃主要成分为SiO2 81wt％、B2O3 13wt％、Al2O3 2wt％、Na2O 2wt％、K2O 1wt％及MgO1wt％，热膨胀系数为32.5×10-7℃-1，高硼硅4.0玻璃主要成分为SiO2 80wt％、B2O313wt％、Al2O3 2.5wt％、Na2O 4wt％及K2O 0.5wt％，热膨胀系数为40×10-7℃-1。以上两种玻璃的成分中，Al2O3≤3wt％且Na2O≤4wt％，不利于与熔盐进行K-Na离子交换。而且该玻璃体系熔制温度高，玻璃粘度为102Pa·S时对应的温度为1700℃以上，成型温度为1330℃以上，熔化温度及成型温度高，对窑炉要求高，需要借助铂金通道，对浮法玻璃生产难度大，不利于工业化生产。
本申请提供一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，在具备较低的热膨胀系数和较高的软化点的同时，还具备较高的机械性能，经一步化学强化后表面应力为400MPa～900MPa，应力层深度为15μm～50μm，耐火焰冲击时间持久。
下面对本申请提供的一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃及其制备方法和应用作具体说明。
本申请的一方面，提供一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 46％～70％、Al2O3 8％～26％、B2O3 5％～14％、Na2O 4％～15％、K2O 0～1.5％、MgO 10％～16％、ZnO 0～1.2％及ZrO2 0.01％～3％。
二氧化硅(SiO2)是玻璃的网络形成体氧化物，是形成玻璃网络骨架所必须的成分，可以提高玻璃的强度、化学稳定性，同时还可以提高玻璃的应变点，降低玻璃的热膨胀系数。上述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，SiO2的质量百分数为46％～70％，具体地，SiO2的质量百分数包括但不限于：46％、50％、53％、55％、58％、59％、60％、62％、64％、65％、66％、67％、68％、69％或70％，优选为55％～65％，进一步优选为58％～63％。当SiO2的含量过低，热膨胀系数增大，成型和化学稳定性变差，有结晶化趋势；当SiO2的含量过高，玻璃熔化和澄清温度高，而且玻璃熔融液的粘度增加，玻璃难以均化，不利于玻璃成型工艺制造。
氧化铝(Al2O3)可以参与玻璃网络形成，降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度及硬度，也是提高玻璃弹性模量的必要成分。玻璃中的Al3+倾向于形成铝氧四面体网络[AlO4]，比硅氧四面体[SiO4]网络骨架的间隙要大得多，较大的空隙可以作为离子扩散的通道，因此，较高的Al2O3含量能促进碱金属离子的迁移和置换速率，有利于离子交换。Al2O3含量偏低时，网络空间的空隙变小，不利于离子迁移，严重影响化学增强的效率。但是Al2O3会增加玻璃的高温黏度，造成生产过程中熔制温度过高，能耗增加，不利于控制气泡、结石等缺陷，如果Al2O3的含量过高，难以得到料性长的玻璃，玻璃较难成型。因此，上述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，Al2O3的质量百分数为8％～26％，具体地，Al2O3的质量百分数包括但不限于：8％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、18％、19％、20％、24％或26％，优选为10％～18％，更优选为11％～15％。
氧化硼(B2O3)是硼硅酸盐玻璃的主要组分之一，是玻璃结构的形成体氧化物。B2O3能够降低玻璃的热膨胀系数，提高铝硅酸盐玻璃的热稳定性和化学稳定性。但当B2O3含量过高时，在高温下熔融液黏度降低，硼挥发严重，而且B2O3含量过高还会缩窄玻璃的成型温度，给硼硅酸盐玻璃拉管成型过程中对壁厚和管径的精度控制带来困难，此外，B2O3含量过高时，硼氧三角体[BO3]增多，硼硅酸盐玻璃的膨胀系数反而异常增大，B2O3含量过高还会导致玻璃的离子交换能力显著降低；B2O3含量过低则不能显著降低玻璃的熔化温度和热膨胀系数，因此，上述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，B2O3的质量百分数为5％～14％，具体地，B2O3的质量百分数包括但不限于：5％、7％、8％、9％、10％、11％、12％或14％，优选为6％～11％，更优选为7％～10％。
Na2O是硼硅酸盐玻璃网络外体氧化物，能够提供游离氧使Si-O键断键，从而降低硼硅酸盐玻璃的粘度和熔制温度。Na2O的含量过高时，玻璃的热膨胀系数增大，化学稳定性降低，而且Na2O挥发量增大，会导致硼硅酸盐玻璃成分不均一；Na2O的含量过低，不利于玻璃的熔制和成型，且不利于Na离子与K离子的化学交换，进而影响在玻璃表面形成压应力层，无法达到增强玻璃机械强度的目的。因此，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，Na2O的质量百分比为4％～15％，具体地，Na2O的质量百分比包括但不限于4％、6％、7％、8％、9％、11％、12％、13％、14％或15％，优选地，Na2O的质量百分比为6％～12％。更优选地，Na2O的质量百分比为6％～9％。
氧化钾(K2O)和Na2O同属于碱金属氧化物，在玻璃结构中的作用类似。将K2O和Na2O复配，能发挥混合碱效应，改善玻璃性能，可以用于提高玻璃的熔融性质，在化学强化中提高离子交换率，以获得所需的表面压应力和应力层深度。但K2O的含量过高时，耐候性降低，降低玻璃的离子交换性能。因此，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，K2O的质量百分比为0％～1.5％，具体地，K2O的质量百分比包括但不限于0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.8％、1％或1.5％，优选地，K2O的质量百分比为0～1％，更优选地，K2O的质量百分比为0～0.5％。
氧化镁(MgO)是玻璃的网络体外氧化物，能够降低玻璃的熔点，在高温时能够降低玻璃的黏度，促进玻璃的熔化和澄清，改善均匀性的同时增强抗水解性。MgO也能使玻璃趋于温度，增强玻璃的耐久性，防止玻璃产生结晶，抑制玻璃中碱金属离子的移动，同时提高玻璃的弹性模量。MgO在低温下可以增强玻璃网络空间的稳定性，一定程度上可以降低玻璃的热膨胀系数，但其对离子交换存在阻碍的作用。因此，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，MgO的质量百分比为10％～16％，具体地，MgO的质量百分比包括但不限于10％、11％、12％、13％、14％、15％或16％，优选地，MgO的质量百分比为11～15％，更优选地，MgO的质量百分比为11～14％。
氧化锌(ZnO)属于二价金属氧化物，同样具有碱土金属氧化物的作用。在硅酸盐玻璃体系中加入ZnO，可以有效降低玻璃的熔化温度和玻璃化转变温度，同时提高玻璃基体的耐碱性。在耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃体中，Zn原子常存在于[ZnO6]和[ZnO4]两种配位体中，[ZnO4]随碱含量的增多而增大，会增加玻璃的析晶倾向。本申请采用部分ZnO替代MgO，有利于在维持玻璃化学稳定性的同时，还能促进离子交换的快速进行。因此，所述铝硼硅酸盐的组分中，ZnO的质量百分比为0～1.2％，具体地，ZnO的质量百分比包括但不限于0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、1.0％或1.2％，优选地，ZnO的质量百分比为0～0.7％，更优选地，ZnO的质量百分比为0～0.3％。
ZrO2在硅酸盐玻璃中主要以立方体[ZrO8]配位形式存在，由于离子半径较大，在玻璃结构中属于网络外体，其在玻璃中的溶度较小，能降低玻璃的热膨胀系数，还能提高玻璃的耐酸碱性能和折射率，但是过量ZrO2的会显著增加玻璃的黏度，因此其添加量不宜超过3wt％。所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，ZrO2的质量百分比为0.01％～3％，具体地，ZrO2的质量百分比包括但不限于0.01％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、1.0％、1.2％、1.5％、2％、2.5％或3％，优选地，ZrO2的质量百分比为0.01～1.5％，更优选地，ZrO2的质量百分比为0.01～0.5％。
在其中一个示例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 55％～65％、Al2O3 10％～18％、B2O3 6％～11％、Na2O 6％～12％、K2O 0～1％、MgO 11％～15％、ZnO 0～0.7％及ZrO2 0.01％～1.5％。
在其中一个示例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 58％～63％、Al2O3 11％～15％、B2O3 7％～10％、Na2O 6％～9％、K2O 0～0.5％、MgO 11％～14％、ZnO 0～0.3％及ZrO2 0.01％～0.5％。
在其中一个示例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，A的数值为70～107，其中A＝13.7×K2O+5.4×MgO+12.3×ZnO+3.7×B2O3。将A的数值控制在上述范围内，可以避免A的数值过高，阻碍离子交换的进行，降低K-Na离子交换性能，进而导致玻璃的机械强度下降；或A的数值过低，导致玻璃无法熔制。具体地，A的数值可以为70、76、80、84、90、93、100或107。
在其中一个实施例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，B的数值为1590～2000，其中B＝25.1×SiO2+13.5×Al2O3+10.1×Na2O+40.1×ZrO2。将B的数值控制在上述范围内，可以有效提高K-Na离子交换性能，避免B的数值过小阻碍离子交换的进行；或B的数值过高导致玻璃的熔化温度过高，玻璃无法熔制。具体地，B的数值可以为1600、1680、1700、1720、1800、1850、1900、1970或2000。
进一步地，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分还包括氯化物和CeO2，作为澄清剂。玻璃熔制时加入澄清剂不受熔化或成型气氛的影响，将澄清剂的含量控制在一定范围内，不会影响窑炉的使用寿命。以质量百分数计，氯化物的含量为0％～0.5％，包括但不限于0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％，CeO2的含量为0％～0.5％，包括但不限于0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％。
在其中一个示例中，所述氯化物选自NaCl、NaClO3及NaClO4中的一种或多种。
在其中一个示例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃在50℃～300℃范围内的热膨胀系数为(50～90)×10-7℃-1。
在其中一个示例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的表面应力为400MPa～900MPa。
在其中一个示例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的应力层深度为15μm～50μm。
本申请的又一方面，提供一种上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的制备方法，包括如下步骤：
按照所述组分称取原料，加热至熔制温度，保温4小时～8小时，制备熔融液；
将所述熔融液成型，在600℃～700℃的温度下退火，制备所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。
在其中一个示例中，上述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的制备方法包括如下步骤：
S110：准备原料：按照所述组分称取原料，充分搅拌混合。原料可以为氧化物和碳酸盐等，总质量大于500g。
S120：熔制：将混合后的原料置于坩埚中进行熔制。不作限制地，坩埚可以为体积大于400mL的铂金坩埚。将坩埚放入硅钼炉中，加热至熔制温度，保温4～8小时，并使其均化，制备熔融液。不作限制地，熔制温度为1650℃。
S130：成型：将上述熔融液浇铸到模具中浇铸成型。
S140：退火：将成型后的样品置于退火炉中退火，退火温度为600～700℃，制备耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。
性能测试：将耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃切割成尺寸为25mm×7mm×0.7mm的玻璃片，参照GB/T16920-2015标准，使用德国耐驰的NETZSCH-DIL 402PC热膨胀仪测试玻璃在5℃/min的升温速率下的热膨胀曲线，得到玻璃的玻璃化转变温度Tg、热膨胀系数CTE(50～300℃)。
本申请的又一方面，提供一种强化玻璃，通过上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃进行化学强化获得，所述化学强化处理的步骤包括：将退火后的样品置于硝酸钾熔盐中，在390℃～460℃的温度下，保温2小时～8小时。
使用FSM-6000LE双折射应力仪，参照标准GB/T18144-2008，测试上述强化玻璃的表面应力值CS和应力层深度Dol。
耐火焰冲击测试：将上述强化玻璃经沈阳科晶的STX-1203线切割机切割成35mm×35mm×6mm的玻璃片，经深圳海德的HD-640-5L双面研磨抛光机减薄抛光后，使用液化丁烷气喷枪外焰灼烧玻璃中心区域，实测火焰与玻璃接触面的温度在约800℃，灼烧直至玻璃样品裂开或者炸裂，观察玻璃破裂或严重变形的程度，记录耐火失效时间。
可以理解的是，上述测试方式和测试设备，是本行业领域内评价玻璃相关性能的常用方式，只是表征或是评价本发明技术方案和技术效果的一种手段，亦可采用其他测试方式和测试设备，并不影响最终结果。
本申请的再一方面，提供一种上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃作为幕墙玻璃、防火玻璃、耐热器皿玻璃、家居装饰玻璃、药用玻璃、汽车玻璃、太阳能集热管玻璃或显示器件用盖板玻璃的应用。
采用本申请中组分质量百分比的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，在具备较低的热膨胀系数和较高的软化点的同时，还具备较高的机械性能，经一步化学强化后表面应力为400MPa～900MPa，应力层深度为15μm～50μm，耐火焰冲击时间持久。
以下结合具体实施例对本发明提供的一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃及其制备方法进行具体说明。
以下为具体实施例。
实施例1～26
实施例1～26均提供耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。按照表1中各组分的质量百分比，计算并称取各组分对应的原料，充分搅拌混合后投入铂金坩埚中，再将铂金坩埚放入硅钼炉中，升温至1650℃，熔融澄清6小时，使其均化并浇铸到模具中浇铸成型，将成型后的玻璃置于退火炉中，在650℃下退火，得到耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。
表1组分
对实施例1～26制备得到的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃进行检测，检测结果见表2。其中，Tg为玻璃化转变温度，单位℃；CTE为玻璃50～300℃的热膨胀系数，单位×10-7℃-1；CS为表面压应力值，单位MPa；Dol为最大应力层深度，单位μm；耐火焰冲击时间为玻璃耐火焰冲击时样品保持原状不破裂的时间，单位min。
表2耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃性能测试
从表1的数据可以看出：采用本申请组分配比的实施例1～26的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的玻璃化转变温度Tg为604～675℃，在50～300℃具有(52～82)×10-7℃-1的热膨胀系数。将实施例1～26的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃置于420℃的纯KNO3熔融液中钢化5小时后，得到的强化玻璃具有＞500MPa的表面压应力CS，离子交换产生的复合压应力降至0MPa(仪器检测极限)的应力深度Dol＞18μm。实施例1～10的强化玻璃的耐火焰冲击时间均高于5min，实施例11～18的强化玻璃的耐火焰冲击时间均高于10min，实施例19～26的强化玻璃的耐火焰冲击时间均高于15min，且样品均未出现破裂。
对比例1～10
对比例1～10提供的玻璃的具体制备方法与实施例1相同，不同之处在于：各组分的质量百分比不同。对比例1～10的各组分的质量百分比如下表3所示。
表3组分
对对比例1～10制备得到的硼硅酸盐玻璃进行检测，检测结果见表4。其中，Tg为玻璃化转变温度，单位℃；CTE为玻璃50～300℃的热膨胀系数，单位×10-7℃-1；CS为表面压应力值，单位MPa；Dol为最大应力层深度，单位μm；耐火焰冲击时间为玻璃耐火焰冲击时样品保持原状不破裂的时间，单位min。
表4玻璃性能测试
从表4的数据可以看出：对比例1和2的组分中SiO2含量过低或过高，Al2O3和MgO含量过高，A不为70～107或B不为1590～2000，熔制时会出现固体不熔物且玻璃乳浊，透过率极低；对比例3的组分中A为115，大于107，且ZnO的质量百分数大于1.2wt％，会极大的影响玻璃的化学钢化性能，得到的强化玻璃的CS仅为412MPa，Dol仅为13μm；离子交换过程由熔盐中的K离子置换玻璃表面的Na离子，Na2O含量过低，B2O3和MgO含量过高，会导致玻璃的离子交换性能变差。对比例4的组分中Na2O含量过低，影响玻璃的离子交换性能，得到的强化玻璃的CS仅为302MPa，Dol仅为10.5μm，耐火焰冲击性能差，低于5min；对比例5的组分中同时存在B2O3和P2O5，导致玻璃分相产生P-B分相乳浊现象，造成雾度(即不透明程度)的增加；对比例6属于高硼硅玻璃体系，该体系化学钢化效果极差，测试值低于检测限下限，无法测试出CS和Dol，虽耐火焰冲击时间较长，但化学强化性能差，且不属于硼硅酸盐玻璃体系。对比例7和8的玻璃熔制难度大，不能在1650℃正常出料，且会出现玻璃乳浊，玻璃表观泛白色，失透；对比例9和10属于中铝玻璃，热膨胀系数较大，且离子交换性能差，导致玻璃强度低，不能耐热冲击，耐火焰冲击时间短，实验过程中玻璃会炸裂，从而失效。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，其特征在于，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 46％～70％、Al2O3 8％～26％、B2O35％～14％、Na2O 4％～15％、K2O 0～1.5％、MgO 10％～16％、ZnO 0～1.2％及ZrO20.01％～3％。
2.如权利要求1所述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，其特征在于，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 55％～65％、Al2O310％～18％、B2O3 6％～11％、Na2O 6％～12％、K2O 0～1％、MgO 11％～15％、ZnO0～0.7％及ZrO2 0.01％～1.5％。
3.如权利要求1所述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，其特征在于，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO2 58％～63％、Al2O311％～15％、B2O3 7％～10％、Na2O 6％～9％、K2O 0～0.5％、MgO 11％～14％、ZnO0～0.3％及ZrO2 0.01％～0.5％。
4.如权利要求1～3任一项所述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，其特征在于，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，A的数值为70～107，其中A＝13.7×K2O+5.4×MgO+12.3×ZnO+3.7×B2O3。
5.如权利要求1～3任一项所述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，其特征在于，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，B的数值为1590～2000，其中B＝25.1×SiO2+13.5×Al2O3+10.1×Na2O+40.1×ZrO2。
6.如权利要求1～3任一项所述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，其特征在于，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分还包括0％～0.5％的氯化物及0％～0.5％的CeO2。
7.如权利要求1～3任一项所述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，其特征在于，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃满足如下特征(1)～(3)中的一种或多种：
(1)在50℃～300℃范围内的热膨胀系数为(50～90)×10-7℃-1；
(2)表面应力为400MPa～900MPa；
(3)应力层深度为15μm～50μm。
8.一种权利要求1～7任一项所述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照所述组分称取原料，加热至熔制温度，保温4小时～8小时，制备熔融液；
将所述熔融液成型，在600℃～700℃的温度下退火，制备所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。
9.一种强化玻璃，其特征在于，通过权利要求1～7任一项所述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃进行化学强化获得，所述化学强化处理的步骤包括：将退火后的样品置于硝酸钾熔盐中，在390℃～460℃的温度下，保温2小时～8小时。
10.权利要求1～7任一项所述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃或权利要求9所述的强化玻璃作为幕墙玻璃、防火玻璃、耐热器皿玻璃、家居装饰玻璃、药用玻璃、汽车玻璃、太阳能集热管玻璃或显示器件用盖板玻璃的应用。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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