CN107285628A - 一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，属于平板玻璃制备技术领域。包括以下步骤：（1）称取二氧化硅、氧化铝、氧化锆、三氧化二铁、芒硝、氧化钙、三氧化二铋、氧化硼和有机硅树脂混合均匀后放入铂铑坩埚中熔化；（2）向熔化后的液体中加入纳米TiO2陶瓷粉末和纳米Si3N4陶瓷粉末混合均匀并继续进行熔融；（3）将铂铑坩埚中的混合玻璃液倒入澄清器中澄清；（4）将澄清后的玻璃液均化处理后倒入模具中成型，成型完成后进入铂铑坩埚内，退火制备基础玻璃；（5）然后在高温炉中进行高温加热；（6）退火并冷却后制备最终产品。本发明制备的产品具备透射率高、热导率低、抗压强度大、抗拉强度较好等优点，与同类产品相比塑性较好。

Description

一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法
技术领域
本发明属于平板玻璃制备技术领域，具体涉及一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法。
背景技术
平板玻璃也称白片玻璃或净片玻璃。它具有透光、透明、保温、隔声，耐磨、耐气候变化等性能。普通平板玻璃的理论强度很高，但实际强度较低，比理论强度低2～3个数量级。平板玻璃按厚度可分为薄玻璃、厚玻璃、特厚玻璃；按表面状态可分为普通平板玻璃、压花玻璃、磨光玻璃、浮法玻璃等。平板玻璃还可以通过着色、表面处理、复合等工艺制成具有不同色彩和各种特殊性能的制品，如吸热玻璃、热反射玻璃、选择吸收玻璃、中空玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃、夹丝网玻璃、颜色玻璃等（见新型建筑玻璃、安全玻璃）。
复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合，组成具有两个或两个以上相态结构的材料。该类材料不仅性能优于组成中的任意一个单独的材料，而且还可具有组分单独不具有的独特性能。而陶瓷颗粒因具备高比强度、比模量、耐磨、良好的尺寸稳定性等特点。
申请公布号为CN105967517的专利申请，申请名称为一种高强度平板玻璃的配方及制备工艺，申请号为201610300949.2，公开了一种高强度平板玻璃的配方，制备的玻璃强度虽然很高，但是玻璃抗拉强度较差，在冲击力的作用下很容易碎裂，并且成本较高。
现有技术中增强平板玻璃强度的方法都需要对玻璃原片进行重新二次再加工处理，不仅工艺、设备复杂，而且需要大量新的人力、物力和财力的投入，并且能耗较高，最终增强玻璃的效果也并不理想。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，具备透射率高、热导率低、抗压强度大、抗拉强度较好等优点，与同类产品相比塑性较好。
技术方案：一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1）称取55~65质量份二氧化硅、5~10质量份氧化铝、4~10质量份氧化锆、6~9质量份三氧化二铁、0.5~1.5质量份芒硝、20~30质量份氧化钙、5~8质量份三氧化二铋、30~50质量份氧化硼和30~45质量份有机硅树脂混合均匀，然后放入铂铑坩埚中，在2100~2250 ℃下熔化10~15 h；
（2）向熔化后的液体中加入5~15质量份纳米TiO2陶瓷粉末和6~12质量份纳米Si3N4陶瓷粉末混合均匀，利用搅拌设备一边搅拌一边继续熔融5~8 h；
（3）将铂铑坩埚中的混合玻璃液倒入澄清器中澄清12~15 h；
（4）将澄清后的玻璃液均化处理后倒入模具中成型，成型完成后进入铂铑坩埚内，在温度为400~550 ℃下退火3~4 h制成基础玻璃；
（5）然后在高温炉中进行高温加热，核化温度为700~750 ℃，核化时间为1.5~2 h，晶化温度为1~1.5 h，晶化温度为900~925 ℃；
（6）在500~650 ℃下退火30~60 min，冷却至室温后制得产品。
作为优选，所述步骤（1）中称取60质量份二氧化硅、8质量份氧化铝、6质量份氧化锆、8质量份三氧化二铁、1质量份芒硝、25质量份氧化钙、6质量份三氧化二铋、38质量份氧化硼和40质量份有机硅树脂混合均匀，然后放入铂铑坩埚中，在2200 ℃下熔化13 h。
作为优选，所述步骤（2）中向熔化后的液体中加入10质量份纳米TiO2陶瓷粉末和9质量份纳米Si3N4陶瓷粉末混合均匀，利用搅拌设备一边搅拌一边继续熔融6 h。
作为优选，所述步骤（3）中将铂铑坩埚中的混合玻璃液倒入澄清器中澄清14 h。
作为优选，所述步骤（4）中在温度为500 ℃下退火3.5 h制成基础玻璃。
作为优选，所述步骤（5）中在高温炉中进行高温加热，核化温度为725 ℃，核化时间为2 h，晶化温度为1h，晶化温度为920 ℃。
作为优选，所述步骤（6）中在600 ℃下退火45 min，冷却至室温后制得产品。
有益效果：（1）本发明制备的产品具备透射率高、热导率低、抗压强度大、抗拉强度较好等优点，与同类产品相比塑性较好；（2）将本实施例制备的纳米陶瓷改性高强度平板玻璃块研磨成100μm的粉末，将粉末加入Brookfield高温粘度仪对玻璃的高温粘度进行测试，从室温升至1200℃，测定高强度玻璃的新生态强度，测得新生态强度的均值为3789~3850MPa，变异系数为1.75~1.98%。（3）本实施例制备的产品性质如下：可见光透射比为85~92%；热导率为0.55~0.67W/(m·K)，抗压强度为1200~1400MPa，抗拉强度为300~400MPa，相较于同类产品塑性较好。
具体实施方式
实施例1
一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1）称取55质量份二氧化硅、5质量份氧化铝、4质量份氧化锆、6质量份三氧化二铁、0.5质量份芒硝、20质量份氧化钙、5质量份三氧化二铋、30质量份氧化硼和30质量份有机硅树脂混合均匀，然后放入铂铑坩埚中，在2100 ℃下熔化10 h；
（2）向熔化后的液体中加入5质量份纳米TiO2陶瓷粉末和6质量份纳米Si3N4陶瓷粉末混合均匀，利用搅拌设备一边搅拌一边继续熔融5 h；
（3）将铂铑坩埚中的混合玻璃液倒入澄清器中澄清12 h；
（4）将澄清后的玻璃液均化处理后倒入模具中成型，成型完成后进入铂铑坩埚内，在温度为400 ℃下退火3 h制成基础玻璃；
（5）然后在高温炉中进行高温加热，核化温度为700 ℃，核化时间为1.5 h，晶化温度为1h，晶化温度为900 ℃；
（6）在500 ℃下退火30 min，冷却至室温后制得产品。
将本实施例制备的纳米陶瓷改性高强度平板玻璃块研磨成100μm的粉末，将粉末加入Brookfield高温粘度仪对玻璃的高温粘度进行测试，从室温升至1200℃，测定高强度玻璃的新生态强度，测得新生态强度的均值为3789MPa，变异系数为1.75%。
本实施例制备的产品性质如下：可见光透射比为85%；热导率为0.67W/(m·K)，抗压强度为1200MPa，抗拉强度为300MPa，相较于同类产品塑性较好。
实施例2
一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1）称取65质量份二氧化硅、10质量份氧化铝、10质量份氧化锆、9质量份三氧化二铁、1.5质量份芒硝、30质量份氧化钙、8质量份三氧化二铋、50质量份氧化硼和45质量份有机硅树脂混合均匀，然后放入铂铑坩埚中，在2250 ℃下熔化15 h；
（2）向熔化后的液体中加入15质量份纳米TiO2陶瓷粉末和12质量份纳米Si3N4陶瓷粉末混合均匀，利用搅拌设备一边搅拌一边继续熔融8 h；
（3）将铂铑坩埚中的混合玻璃液倒入澄清器中澄清15 h；
（4）将澄清后的玻璃液均化处理后倒入模具中成型，成型完成后进入铂铑坩埚内，在温度为550 ℃下退火3~4 h制成基础玻璃；
（5）然后在高温炉中进行高温加热，核化温度为750 ℃，核化时间为2 h，晶化温度为1.5 h，晶化温度为925 ℃；
（6）在650 ℃下退火60 min，冷却至室温后制得产品。
将本实施例制备的纳米陶瓷改性高强度平板玻璃块研磨成100μm的粉末，将粉末加入Brookfield高温粘度仪对玻璃的高温粘度进行测试，从室温升至1200℃，测定高强度玻璃的新生态强度，测得新生态强度的均值为3811 MPa，变异系数为1.83%。
本实施例制备的产品性质如下：可见光透射比为89%；热导率为0.60 W/(m·K)，抗压强度为1300 MPa，抗拉强度为350 MPa，相较于同类产品塑性较好。
实施例3
一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1）称取60质量份二氧化硅、8质量份氧化铝、6质量份氧化锆、8质量份三氧化二铁、1质量份芒硝、25质量份氧化钙、6质量份三氧化二铋、38质量份氧化硼和40质量份有机硅树脂混合均匀，然后放入铂铑坩埚中，在2200 ℃下熔化13 h；
（2）向熔化后的液体中加入10质量份纳米TiO2陶瓷粉末和9质量份纳米Si3N4陶瓷粉末混合均匀，利用搅拌设备一边搅拌一边继续熔融6 h；
（3）将铂铑坩埚中的混合玻璃液倒入澄清器中澄清14 h；
（4）将澄清后的玻璃液均化处理后倒入模具中成型，成型完成后进入铂铑坩埚内，在温度为500 ℃下退火3.5 h制成基础玻璃；
（5）然后在高温炉中进行高温加热，核化温度为725 ℃，核化时间为2 h，晶化温度为1h，晶化温度为920 ℃；
（6）在600 ℃下退火45 min，冷却至室温后制得产品。
将本实施例制备的纳米陶瓷改性高强度平板玻璃块研磨成100μm的粉末，将粉末加入Brookfield高温粘度仪对玻璃的高温粘度进行测试，从室温升至1200℃，测定高强度玻璃的新生态强度，测得新生态强度的均值为3850 MPa，变异系数为1.98%。
本实施例制备的产品性质如下：可见光透射比为92%；热导率为0.67 W/(m·K)，抗压强度为1400 MPa，抗拉强度为400 MPa，相较于同类产品塑性较好。
对比例1
同实施例3，区别在于不加入纳米TiO2陶瓷粉末和纳米Si3N4陶瓷粉末，具体步骤如下：
（1）称取60质量份二氧化硅、8质量份氧化铝、6质量份氧化锆、8质量份三氧化二铁、1质量份芒硝、25质量份氧化钙、6质量份三氧化二铋、38质量份氧化硼和40质量份有机硅树脂混合均匀，然后放入铂铑坩埚中，在2200 ℃下熔化19 h；
（2）将铂铑坩埚中的混合玻璃液倒入澄清器中澄清14 h；
（3）将澄清后的玻璃液均化处理后倒入模具中成型，成型完成后进入铂铑坩埚内，在温度为500 ℃下退火3.5 h制成基础玻璃；
（4）然后在高温炉中进行高温加热，核化温度为725 ℃，核化时间为2 h，晶化温度为1h，晶化温度为920 ℃；
（5）在600 ℃下退火45 min，冷却至室温后制得产品。
将本对比例制备的纳米陶瓷改性高强度平板玻璃块研磨成100μm的粉末，将粉末加入Brookfield高温粘度仪对玻璃的高温粘度进行测试，从室温升至1200℃，测定高强度玻璃的新生态强度，测得新生态强度的均值为3650 MPa，变异系数为2.12%。
本对比例制备的产品性质如下：可见光透射比为80%；热导率为0.75 W/(m·K)，抗压强度为1100 MPa，抗拉强度为110 MPa，在冲击力作用下易破碎。

Claims (7)

1.一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：（1）称取55~65质量份二氧化硅、5~10质量份氧化铝、4~10质量份氧化锆、6~9质量份三氧化二铁、0.5~1.5质量份芒硝、20~30质量份氧化钙、5~8质量份三氧化二铋、30~50质量份氧化硼和30~45质量份有机硅树脂混合均匀，然后放入铂铑坩埚中，在2100~2250 ℃下熔化10~15 h；
（2）向熔化后的液体中加入5~15质量份纳米TiO2陶瓷粉末和6~12质量份纳米Si3N4陶瓷粉末混合均匀，利用搅拌设备一边搅拌一边继续熔融5~8 h；
（3）将铂铑坩埚中的混合玻璃液倒入澄清器中澄清12~15 h；
（4）将澄清后的玻璃液均化处理后倒入模具中成型，成型完成后进入铂铑坩埚内，在温度为400~550 ℃下退火3~4 h制成基础玻璃；
（5）然后在高温炉中进行高温加热，核化温度为700~750 ℃，核化时间为1.5~2 h，晶化温度为1~1.5 h，晶化温度为900~925 ℃；
（6）在500~650 ℃下退火30~60 min，冷却至室温后制得产品。
2.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中称取60质量份二氧化硅、8质量份氧化铝、6质量份氧化锆、8质量份三氧化二铁、1质量份芒硝、25质量份氧化钙、6质量份三氧化二铋、38质量份氧化硼和40质量份有机硅树脂混合均匀，然后放入铂铑坩埚中，在2200 ℃下熔化13 h。
3.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中向熔化后的液体中加入10质量份纳米TiO2陶瓷粉末和9质量份纳米Si3N4陶瓷粉末混合均匀，利用搅拌设备一边搅拌一边继续熔融6 h。
4.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中将铂铑坩埚中的混合玻璃液倒入澄清器中澄清14 h。
5.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中在温度为500 ℃下退火3.5 h制成基础玻璃。
6.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中在高温炉中进行高温加热，核化温度为725 ℃，核化时间为2 h，晶化温度为1h，晶化温度为920 ℃。
7.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷改性高强度平板玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中在600 ℃下退火45 min，冷却至室温后制得产品。
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