CN104817267A

CN104817267A - 一种水晶玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN104817267A
Application number: CN201510198246.9A
Authority: CN
Inventors: 张轲; 潘闯庆
Original assignee: HUBEI GEBIJIA PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: HUBEI GEBIJIA PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2015-08-05

Abstract

本发明公开了一种水晶玻璃及其制备方法，该水晶玻璃含有按重量份计的以下成分：SiO₂：55-63份；ZnO：9-13份；K₂O：1-6份；Na₂O：11-16份；TiO₂：1-4份；Al₂O₃：3-6份；CaO：3-7份；ZrO₂：2-5份；Sb₂O₃：0.3-0.8份。制备时，原料在熔化池内充分熔化，通过上升料道进入澄清池；液态玻璃在澄清池内澄清，消除玻璃内部的气泡；液态玻璃进入铂金工作池，采用铂金搅拌器对液态玻璃进行搅拌；液态玻璃通过铂金出料管流出，得到水晶玻璃。本发明制得的水晶玻璃膨胀系数为86×10^-7/℃～113×10^-7/℃，折射率为1.550～1.555，密度2.8g/cm³，并且高温粘度小，适合于池炉连续生产。

Description

一种水晶玻璃及其制备方法

技术领域

本发明属于工艺品玻璃领域，具体涉及一种水晶玻璃及其制备方法。

背景技术

水晶玻璃主要用做制造艺术品、家居装饰品或餐具。

传统水晶玻璃的组成(WT％)见表1，

表1

上述传统水晶玻璃存在以下缺点：

1、P₂O₅是严重的水污染物；

2、玻璃在熔化过程中，因为采用了KNO₃，故会形成NO、NO₂的污染气体；

3、BaO含量高时侵蚀耐火材料严重，易出二次气泡，且透明度、白度及折光性均较铅水晶逊色；

4、折射率较低，仅为1.501。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种水晶玻璃及其制备方法，通过改变组分成分，以及制造工艺，在满足环保的条件下提高水晶玻璃生产折射率和密度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种水晶玻璃，包括按重量份计的以下成分：SiO₂：55-63份；ZnO：9-13份；K₂O：1-6份；Na₂O：11-16份；TiO₂：1-4份；Al₂O₃：3-6份；CaO：3-7份；ZrO₂：2-5份；Sb₂O₃：0.3-0.8份。

优选的方案中，该水晶玻璃包括按重量份计的以下成分：SiO₂：59份；ZnO：11份；K₂O：2份；Na₂O：14份；TiO₂：2份；Al₂O₃：3份；CaO：5份；ZrO₂：3份；Sb₂O₃：0.5。

本水晶玻璃中去除了污染物P。

本水晶玻璃中的K₂O以K₂CO₃形式引入，杜绝了采用KNO₃原料时分解产生NO、NO₂的污染气体；Na₂O以Na₂CO₃形式引入，杜绝了Na₂SO₄分解时产生的SO₂。

所述的Al₂O₃以Al(OH)₃形式引入；所述的CaO以CaCO₃形式引入。

采用上述方案得到的水晶玻璃的膨胀系数为86×10^-7/℃～113×10^-7/℃，折射率为1.550～1.555，密度2.8g/cm³，并且高温粘度小，适合于池炉连续生产。

所述的水晶玻璃的制备方法，具体步骤为：

1)按配比称取所有的原料，混合均匀作为生料，再按生料：熟料重量比为3-5:1的比例称取熟料，所述的熟料是前期水晶玻璃制备中的次品和/或废品；

2)将生料和熟料依次加入到熔化池中，然后对其进行熔化，熔化温度为1400-1500℃；

3)熔化后的物料进入澄清池进行静置澄清，澄清温度为1380-1480℃，澄清时间为50-70min；

4)步骤3)所得的物料进入工作池内在1200-1300℃进行30-50min搅拌均化，最后通过模具进行成型即可得到所需的水晶玻璃。

优选的方案中，所述生料：熟料重量比为4:1，生料混合是均匀度达到98％以上，且先加生料，后加熟料；由于熟料较生料更易融化，后投入的熟料融化后与生料混合，加大了生料与熔融玻璃的接触面积，更有利于生料的融化。

进一步的，步骤2)中，加料前，采用冷顶技术，在熔化池上部约铺100-250mm的生料层，生料层隔绝了熔化部大量的热量，既降低了加料温度也节约能源。加料时，生料层的温度在100℃以下，另外加料时，玻璃液位的涨跌幅度对产品品质会产生较大的影响，液位仪能很好地监控玻璃液位的涨跌，通过液位仪监控液位波动幅度进行加料，液位波动控制在±1mm以内。

熔化池采用三相交流电对原料直接加热，加热电压380V(±1V)，电流约900-1500A(±0.1A)；可以最大程度地做到交流电相位平衡，且采用焦耳热对玻璃原料进行加热，做到最大能源利用率。

步骤4)中，所述的工作池为铂金工作池，搅拌装置也采用铂金装置制成。

步骤4)中，成型的温度在950-1250℃。

搅拌装置安装位置为叶片距工作池底部10-20mm，距工作池边部10mm；搅拌装置转数一般设定为40-45转/分，根据条纹情况适当增减；玻璃在工作池停留时间为30-50分钟；随搅拌器的旋转，玻璃在工作池内翻腾，同时被搅拌器叶片切割，使其组分充分均匀，消除其条纹。

物料通过澄清消除气泡，通过工作池搅拌器搅拌消除条纹后，由特殊设计的铂金出料管以一定的出料量流出成型。成型的规格由成型模具及网带退火炉的速度控制。出料量一定的情况下成型宽度由成型模具宽度控制；厚度由网带退火炉速度控制。出料量的控制由高精度可控硅自动控制出料管各段温度控制，出料管各段温度不变的情况下，出料量将保持恒定。一般成型温度为950℃左右。

本发明中提供的水晶玻璃，相对传统方案，采用ZnO代替BaO，减少对耐火材料的侵蚀，提高玻璃光泽度；用TiO₂、ZrO高折射率氧化物，提高玻璃折射率至1.550，密度2.8g/cm³，其软化温度为600℃，已达到中铅水晶的水平；另外，去除污染物P，K₂O以K₂CO₃形式引入，杜绝了KNO₃分解所产生的NO、NO₂的污染气体；采用Na₂CO₃代替Na₂SO₄，杜绝了Na₂SO₄分解时产生的SO₃。

另外，熔化后的玻璃物料经过上升道升温后进入澄清池。气泡消除的过程有两种方式：

1)气泡在温度上升的过程中，随温度的升高，气泡的体积加大，气泡上升的浮力和上升速度也同时增加；同时，随温度的升高，玻璃粘度也降低，对气泡上升的阻力减小，使气泡上升的速度增加；

2)配方中的Sb₂O₃充当澄清剂，由于Sb₂O₃的分解反应为可逆反应，可逆反应温度约为1220℃。高温时Sb₂O₃分解O₂，低温时吸收O₂。在澄清池内Sb₂O₃分解O₂，使玻璃内含有的气泡长大，浮出玻璃；澄清池后Sb₂O₃吸收O₂，使玻璃内部含有O₂的气泡减小，最终被玻璃吸收，达到消除气泡的目的。

本发明中熔化时的窑炉设计采用全电熔冷顶垂直熔化技术，减少了产品组分的挥发，使生产出的产品均匀性及一致性得到充分控制。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐明本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不是用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求书所限定的范围。

实施例1：

一种水晶玻璃，产品组分的重量比WT％为：：SiO₂：58.8份；ZnO：9.8份；K₂O：2.8份；Na₂O：13.5份；TiO₂：2.8份；Al₂O₃：4.1份；CaO：5.2份；ZrO₂：2.6份；Sb₂O₃：0.5份。

实施例2：

一种水晶玻璃，产品组分的重量比WT％为：SiO₂：59.1份；ZnO：11份；K₂O：2.3份；Na₂O：14.1份；TiO₂：1.65份；Al₂O₃：3.18份；CaO：4.9份；ZrO₂：2.93份；Sb₂O₃：0.67份。

实施例3：

一种水晶玻璃，产品组分的重量比WT％为：SiO₂：60.2份；ZnO：11.7份；K₂O：3.2份；Na₂O：15.2份；TiO₂：3.2份；Al₂O₃：2.7份；CaO：6.3份；ZrO₂：3.3份；Sb₂O₃：0.5份。

上述实施例中，K₂O以K₂CO₃形式引入；Na₂O以Na₂CO₃形式引入；Al₂O₃以Al(OH)₃形式引入；CaO以CaCO₃形式引入。

制备上述的水晶玻璃的方法，具体步骤为：

为了确保产品的质量，本发明生产时所涉及到设备有：

a、配料生产线：水晶对玻璃组分的均匀度要求极高，本发明采用混合均匀度大于98％的配料生产线进行配料，以获得高均匀度的原料。

b、快速退火炉：水晶玻璃折射率及阿贝数指标与玻璃退火速度的对数成正比。玻璃样品以一定的速度退火后检测其折射率及阿贝数是控制产品折射率和阿贝数的重要手段。通过快速退火炉可以使玻璃样品按需要的速度进行退火。

c、高精度V棱镜：为准确控制玻璃主要指标：折射率及阿贝数，生产过程中的检测尤为重要，一般是对快速退火炉退火后的样品进行检测。高精度V棱镜是生产过程中检测折射率及阿贝数的重要设备。

d、液位仪：水晶玻璃生产过程中，玻璃液位的涨跌对产品品质会产生较大的影响。液位仪能很好地监控玻璃液位的涨跌，液位仪的控制精度要求在±1mm以内。

e、桥式搅拌机：桥式搅拌机能准确便捷地铂金搅拌棒的中心位置以及高度，以获得高均匀性的产品。

f、升降成型机：最终产品的形状和规格由成型模具控制，成型模具安装在成型机上。升降成型机可便捷地调整产品厚度，快速更换规格，满足客户不同的需求。

g、网带退火炉：成型机成型后的玻璃温度比较高，直接冷却会导致产品炸裂。通过网带退火炉以一定的速度降温，将产品应力降低，避免了产品的炸裂；同时可满足一般客户要求。

h、条纹仪：水晶玻璃主要用于制作高档饰品，对玻璃内部的条纹要求较高；条纹不好会直接影响透光和饰品美观。条纹仪通过对样品的检测，直接定性检测玻璃内部条纹的好坏。

i、分光光度计：分光光度计用于测试产品透过率。

j、应力仪：通过应力仪定量测试玻璃应力。

另外，由于水晶玻璃对原料要求高，配料前须对原料进行检测，主要有以下设备：电子天平，恒温烘箱。

水晶玻璃生产对原料均匀度要求必须达到98％以上，为达到以上均匀度，采取以下操作步骤：

1、所有原材料分开堆放，避免原料之间互相污染。原料由熟料和生料混合组成。生料由：SiO₂，Al(OH)₃，KCO₃，Na₂CO₃，ZnO，ZrO₂，CaCO₃，TiO₂，Sb₂O₃组成，所述熟料即为生料经加工后所得的块状产品。

2、组分中重量百分比大于1％的原料采用精度0.01Kg的电子秤称量；组分中重量百分比小于1％的原料采用精度0.5g的电子秤称量。

3、称料顺序按先大料后小料的原则进行称料。

4、混料机采用V型混料机，混料均匀度达到98％以上。

5、加料温度、方法，生熟料比例。

Claims

1.一种水晶玻璃，其特征在于，包括按重量份计的以下成分：SiO₂：55-63份；ZnO：9-13份；K₂O：1-6份；Na₂O：11-16份；TiO₂：1-4份；Al₂O₃：3-6份；CaO：3-7份；ZrO₂：2-5份；Sb₂O₃：0.3-0.8份。

2.根据权利要求1所述的水晶玻璃，其特征在于，包括按重量份计的以下成分：SiO₂：59份；ZnO：11份；K₂O：2份；Na₂O：14份；TiO₂：2份；Al₂O₃：3份；CaO：5份；ZrO₂：3份；Sb₂O₃：0.5。

3.根据权利要求1所述的水晶玻璃，其特征在于：所述的K₂O以K₂CO₃形式引入；Na₂O以Na₂CO₃形式引入。

4.根据权利要求1所述的水晶玻璃，其特征在于：所述的Al₂O₃以Al(OH)₃形式引入；所述的CaO以CaCO₃形式引入。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的水晶玻璃，其特征在于：所述水晶玻璃的膨胀系数为86×10^-7/℃～113×10^-7/℃，折射率为1.550～1.555，密度2.8g/cm³。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的水晶玻璃的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

1）按配比称取所有的原料，混合均匀作为生料，再按生料：熟料重量比为3-5:1的比例称取熟料，所述的熟料是前期水晶玻璃制备中的次品和/或废品；

2）将生料和熟料依次加入到熔化池中，然后对其进行熔化，熔化温度为1400-1500℃；

3）熔化后的物料进入澄清池进行静置澄清，澄清温度为1380-1480℃，澄清时间为50-70min；

4）步骤3）所得的物料进入工作池内在1200-1300℃进行30-50min搅拌均化，最后通过模具进行成型即可得到所需的水晶玻璃。

7.根据权利要求6所述的水晶玻璃的制备方法，其特征在于：所述生料：熟料重量比为4:1，生料混合是均匀度达到98%以上。

8.根据权利要求6所述的水晶玻璃的制备方法，其特征在于：步骤2）中，加料前，采用冷顶技术，在熔化池上部约铺100-250mm的生料层，加料时，通过液位仪监控液位波动幅度进行加料，液位波动控制在±1mm。

9.根据权利要求6所述的水晶玻璃的制备方法，其特征在于：步骤4）中，所述的工作池为铂金工作池，搅拌装置也采用铂金装置制成。

10.根据权利要求6所述的水晶玻璃的制备方法，其特征在于：步骤4）中，成型的温度在950-1250℃。