CN107673600B - 一种高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃、及其制备和应用 - Google Patents

一种高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃、及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃；属于功能玻璃材料领域。本发明所述的功能玻璃，以功能硅盐玻璃总重量为基准，包含以下重量百分数的组分：SiO2：60‑73％，Na2O：5‑17％，CaO：3‑12％，Al2O3：0.1‑10％，MgO：0.01‑1％，K2O：0.01‑1％；Fe2O3：0.001‑0.1％，CeO2：0.05‑1％，B2O3：0.01‑0.5％。本发明还公开了所述的功能玻璃材料的制备方法和应用。本发明缩减了大量缩减了玻璃的材料，通过所述的原料以及配比，可出人意料地获得透光性更好、还具有良好透红外线的功能硅酸盐玻璃。

Description

一种高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃、及其制备和 应用
技术领域
本发明属于玻璃材料制备领域，具体涉及一种具有高透光率、高透红外线的硅酸盐(钠钙)玻璃。
背景技术
由于电子技术的飞速发展和能源消耗透支及环境污染，迫切需要一种清洁环保能源。太阳光能的开发和利用已成世界热门课题。在电子技术中，一种高透光率，适合于等离子体显示板(PDP)、手机屏、平板显示器(FPD)和CIS太阳能的电池基板玻璃的开发利用风行全球。
美国康宁公司、日本旭硝子公司、英国皮尔金顿公司和德国肖特玻璃公司，纷纷投下巨资，研制开发成功了1-3mm厚的各种规格的超白高透光率的钠钙玻璃。
纵观国外各公司高透光率玻璃的技术，在1.5-2mm厚的钠钙玻璃中，其可见光400-760nm透过率(LTA)都局限在90-92％之间，800-1250nm赤热近红外线透过率(TSIRA)都局限在80-91％之间，由于赤热近红外线(TSIRA)透过率较差，玻璃的吸热性较大，使玻璃基板温度在45-60℃之间变化，降低了光电转换效率；更重要的是在钠钙玻璃基础料中对Fe2O3含量要求十分苛刻，都要求在0.01-0.03％之间，大大提高了制造成本和工艺难度。
本领域急需一种具有高透光、高透红外线的功能玻璃。
发明内容
本发明第一目的在于，提供一种高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃，旨在提升所述的功能硅酸盐玻璃的透光率、高透红外线功能的硅酸盐玻璃。
本发明的另一目的在于，提供一种所述的功能硅酸盐玻璃的制备方法。旨在通过简单的物料、简易的工艺制得所述的功能硅酸盐玻璃。
本发明的第三目的在于，提供一种所述的功能硅酸盐玻璃的应用。
一种高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃；以功能硅酸盐玻璃总重量为基准，包含以下重量百分数的组分：
SiO2：60-73％，Na2O：5-17％，CaO：3-12％，Al2O3：0.1-10％，MgO：0.01-1％，K2O：0.01-1％；Fe2O3：0.001-0.1％，CeO2：0.05-1％，B2O3：0.01-0.5％。
本发明人通过研究发现，包含所述比例下的组分具有优异的透光和高透红外线性能；此外，本发明所述的功能硅酸盐玻璃，不含(砷)As、镍(Ni)、镉(Cd)、(铅)Pb、(铍)Be、氯化锡(SnCI3)、氧化锡SnO2等有害成份，生产、使用等全过程绿色环保。此外，本发明人通过大量研究，摸索得到一种在大量简化物料种类的前提下，透光和透红外性能仍明显提升的玻璃。
本发明中，在玻璃基础成分中混入了功能增透协调成分；同时对玻璃基础料中Fe2O3含量放宽了要求局限，克服了常规方法生产超白高透光玻璃对铁含量的苛刻要求；简化了工艺，降低了成本。
进一步优选，包含以下重量百分数的组分：
SiO2：65-70％，Na2O：10-17％，CaO：3-5％，Al2O3：6-8％，MgO：0.01-0.04％，K2O：0.01-0.04％；Fe2O3：0.01-0.03％，CeO2：0.05-0.08％，B2O3：0.01-0.5％。
本发明所述的功能硅酸盐玻璃，杂质总含量低于1％；所述的杂质中，允许包含P2O5、SO3、Cl、K2O、TiO2、CuO、ZnO、Ga2O3、SrO、Y2O3、BaO、Bi2O3中的一种或多种。
玻璃中的杂质，以质量百分含量计，其中，P2O5：0.01-0.03％，SO3：0.05-0.1％，Cl：0.005-0.02％，K2O：0.01-0.04％.TiO2：0.005-0.02％CuO：0.3-0.5％，ZnO：0.001-0.004％，Ga2O3：0.0005-0.002％，SrO：0.001-0.003％，Y2O3：0.0005-0.002％，BaO：0.01-0.03％，Bi2O3：0.001-0.004％。
作为优选，所述的功能硅酸盐玻璃的厚度优选为1-5mm；
本发明所述的功能硅酸盐玻璃，具有优异的透光性能以及高透红外线性能。
作为优选，所述的功能硅酸盐玻璃在300-3000nm下的太阳光总热能透过率(TSET)≥92％；在波长为400-760nm下的可见光(LTA)的透过率为93-95％，在800-1250nm下的赤热近红外线(TSIRA)透过率92-94％，在1250-2500nm下的近红外线(TSIRB)透过率92-93％。
本发明所述的功能硅酸盐玻璃的LTA、TSIRA、TSIRB等性能明显优于现有水平。
作为优选，所述的功能硅酸盐玻璃的密度为2.6-2.8；折射率为1.53-1.58；应变点温度为580-680℃；瑞利散射系数为0.3045-0.3075。
本发明所述的功能硅酸盐玻璃，在深加工过程中不易热变形以及热收缩。
本发明还提供了一种所述的高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃的制备方法；将高透协调成分添加至制备玻璃所需的基础成分中，熔融、成型、退火、研磨、抛光制得所述的功能硅酸盐玻璃；
所述的高透协调成分包括以下重量份的组分：
CeO2：0.05-1份；CaF2：4-10份；B2O3：0.1-1份；KOH：0.2-1份，Al(OH)3：0.1-1；炭质还原剂：0.1-1份；
基础成分包含石英砂、纯碱、和芒硝；
所述的高透协调成分占基础成分总重量的4～12％。
本发明方法，在简化了多种现有技术普遍添加的物料后，仍能出人意料地制得性能更优的功能玻璃。
本发明所述的比例的高透协调成分和基础成分相互协同，可出人意料地制得具有优于透光率和红外透过率的功能玻璃。
石英砂：SiO2：98.5-99％，Al2O3：0.25-0.4％，Fe2O3：0.01-0.08％；MgO：0.005-0.02％，K2O：0.05-0.2％。
所述的石英砂中，杂质总含量小于1％的杂质，杂质中可能含有P、Cl、Cu、Zn、Ga、Ti、Sr、Y、Ba、Bi等中的某些物料。石英砂中的这些杂质成分，不会影响玻璃的透光、透红外性能。
例如，石英砂中，杂质P2O5：0.01-0.03％，SO3：0.05-0.1％，K2O：0.01-0.04％，TiO2：0.005-0.02％CuO：0.3-0.5％，ZnO：0.001-0.004％，Ga2O3：0.0005-0.002％，SrO：0.001-0.003％，Y2O3：0.0005-0.002％，BaO：0.01-0.03％，Cl：0.005-0.02％，Bi2O3：0.001-0.004％。
纯碱：Na2CO3：98-99.5％；
芒硝：Na2O：43-44％％，SO3：23-25％；
作为优选，基础成分的各组分的重量份为：石英砂60-73份、纯碱20-30份、芒硝1-2份。
进一步优选，基础成分的石英砂∶纯碱∶芒硝的质量比为56-58∶20-30∶1。
进一步优选，所述的高透协调成分包括以下重量份的组分：CeO2：0.6-1份；CaF2：28-32份；B2O3：1-1.9份；KOH：1份，Al(OH)3：2.5-4份，炭质还原剂：0.9-1.2份。
进一步优选，所述的高透协调成分占基础成分总重量的6～7.5％。
本发明所述的制备方法，优选采用浮法、格法制得所述的功能硅酸盐玻璃。
本发明所述的制备方法，熔炼过程中，炭质还原剂，控制原料中铁的氧化还原比为0.01～0.06；进一步优选为0.01～0.03。
这种高透光率、高透红外线的硅酸盐(钠钙)玻璃中Fe2O3：0.001～0.06；其特征总铁量≤0.1％，控制二价铁Fe2+【氧化亚铁FeO】氧化还原比在0.01-0.03之间，使二价铁Fe2+在6-30PPm之间；突破了现有太阳能基板用玻璃基础原料的种种苛刻局限；
本发明所述的制备方法，所述炭质还原剂包括碳粉、无烟煤粉中的至少一种。
这种高透光率、高透红外线的硅酸盐(钠钙)玻璃组合物，可采用浮法、格法等工艺成型。
本发明还提供了一种所述的高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃的应用；用作等离子体显示板(PDP)、手机屏、平板显示器(FPD)和CIS太阳能的电池基板玻璃、平板型太阳能电池盖板玻璃。
本发明所述的功能硅酸盐玻璃，特别适合用于(PDP)、(FPD)、(CIS)太阳能电池基片玻璃。
有益效果
所述的功能硅酸盐玻璃在300-3000nm下的太阳光总热能透过率(TSET)≥92％；在波长为400-760nm下的可见光(LTA)的透过率为93-95％，在800-1250nm下的赤热近红外线(TSIRA)透过率92-94％，在1250-2500nm下的近红外线(TSIRB)透过率92-93％。
这种高透光率、高透红外线的硅酸盐(钠钙)玻璃，可显著降低其封装太阳能晶体硅电池及非晶硅电极板等的紫外线侵蚀、延长了太阳能电池组件使用寿命，其理化性能、机械强度、环境稳定性和耐久性不会因光照而发生变化，不会影响其LTA、LTS、TSIR、TSET等光学性能的透过率，使玻璃基板温度在25-45℃之间变化，大大提高了太阳能电池光电转换效率，为开发绿色新能源作出了突出的贡献。
附图说明
图1为实施例1制得的厚度为1.5mm的功能玻璃的光谱图；
图2为实施例2制得的厚度为2.5mm的功能玻璃的光谱图；
图3为实施例3制得的厚度为3.5mm的功能玻璃的光谱图。
图4为对比例1制得的功能玻璃的光谱图。
具体实袘方式
本发明中，玻璃成分采用AXIOSDY6125或德国布鲁克BruKe-S4X射线荧光光谱仪检测，光谱图采用美国PE公司Lambda-950型红外光谱检测仪。折射率仪采用自动阿贝折射仪WYA--ZL型或WYA--2W型检测。
以下实施例中，除特别声明外，采用以下的物料：
石英砂：SiO2：98.5-99％，Al2O3：0.25-0.4％，Fe2O3：0.04-0.08％；MgO：0.005-0.02％，K2O：0.05-0.2％。所述的石英砂中，还含有少于1％的杂质，杂质中可能含有P、Cl、Cu、Zn、Ga、Sr、Y、Ba、Bi中的某些种类。石英砂中的这些杂质成分，不会影响玻璃的透光、透红外性能。例如，还含有P2O5：0.01-0.03％，SO3：0.05-0.1％，K2O：0.01-0.04％，TiO2：0.005-0.02％CuO：0.3-0.5％，ZnO：0.001-0.004％，Ga2O3：0.0005-0.002％，SrO：0.001-0.003％，Y2O3：0.0005-0.002％，BaO：0.01-0.03％，Cl：0.005-0.02％，Bi2O3：0.001-0.004％。
纯碱：Na2CO3：98-99.5％；
芒硝：Na2O：43-44％％，SO3：23-25％；
实施例1
以制备1.5mm厚高透光率、高透红外线的硅酸盐(钠钙)玻璃为例，在1000克容量的耐温2000℃的氧化锆坩埚中，加入下列500克配合料成分：
基础成分：石英砂：342克、纯碱：120克、芒硝：6克。
高透光率、高透红外线协调剂部分：36克各元素成分按需配量：(CeO2：0.6克；CaF2：28.5克；KOH：1克；B2O3：1克；Al(OH)3：4克，碳粉：0.9克。
将上述原料混合均匀，控制熔融温度为1550℃，加热至1500℃，保持约30分钟后，升温至1550℃，保持约60分钟后，然后，进行澄清均化，其澄清温度为从1450℃降到1300℃，时间约为30分钟，最后，将熔融玻璃液倒入成型模板中成型，退火后获得玻璃组合物样品，对样品进行研磨、抛光、分析。本实施例得到的玻璃的厚度为1.5mm。
SiO2：69.731％，Na2O：16.938％，CaO：4.212％，Al2O3：7.903％，MgO：0.034％，K2O：0.029％，Fe2O3：0.021％，CeO2：0.072％，B2O3：0.01％，
TiO2：0.011％，Cl：0.01％，P2O5：0.019％，SO3：0.093％，CuO：0.402％，ZnO：0.002％，Ga2O3：0.001％，SrO：0.002％，Y2O3：0.001％，BaO：0.018％，Cl：0.01％，Bi2O3：0.002％。
本实施例制得的玻璃的光谱图见图1，在300-3000nm下的太阳光总热能透过率(TSET)≥92％；在波长为400-760nm下的可见光(LTA)的透过率为94-95％，在800-1250nm下的赤热近红外线(TSIRA)透过率93-94％，在1250-2500nm下的近红外线(TSIRB)透过率92-93％。
实施例2
以制备2.5mm厚高透光率、高透红外线的硅酸盐(钠钙)玻璃为例，在1000克容量的耐温2000℃的氧化锆坩埚中，加入下列500克配合料成分：
基础成分：石英砂：345克、纯碱：120克、芒硝：6克。
高透光率、高透红外线协调剂部分：31克各元素成分按需配量：(CeO2：0.8克；CaF2：25克；KOH：0.8克；B2O3：1.5克；Al(OH)3：2克，碳粉：0.9克。
将上述原料混合均匀以控制氧化还原比，控制熔融温度为1550℃，加热至1500℃，保持约30分钟后，升温至1550℃，保持约60分钟后，然后，进行澄清均化，其澄清温度为从1450℃降到1300℃，时间约为30分钟，最后，将熔融玻璃液倒入成型模板中成型，退火后获得玻璃组合物样品，对样品进行研磨、抛光、分析。本实施例得到的玻璃的厚度为2.5mm。
本实施例制得的玻璃的光谱图见图2，在300-3000nm下的太阳光总热能透过率(TSET)≥92％；在波长为400-760nm下的可见光(LTA)的透过率为93-94％，在800-1250nm下的赤热近红外线(TSIRA)透过率92-93％，在1250-2500nm下的近红外线(TSIRB)透过率92-93％。
实施例3
以制备3.5mm厚高透光率、高透红外线的硅酸盐(钠钙)玻璃为例，在1000克容量的耐温2000℃的氧化锆坩埚中，加入下列500克配合料成分：
基础成分：石英砂：340克、纯碱：120克、芒硝：6克。
高透光率、高透红外线协调剂部分：34克各元素成分按需配量：(CeO2：1克；CaF2：30克；KOH：1克；B2O3：1克；Al(OH)3：3克，碳粉：1克。
将上述原料混合均匀，控制熔融温度为1550℃，加热至1500℃，保持约30分钟后，升温至1550℃，保持约60分钟后，然后，进行澄清均化，其澄清温度为从1450℃降到1300℃，时间约为30分钟，最后，将熔融玻璃液倒入成型模板中成型，退火后获得玻璃组合物样品，对样品进行研磨、抛光、分析。本实施例得到的玻璃的厚度为3.5mm。
本实施例制得的玻璃的光谱图见图3，在300-3000nm下的太阳光总热能透过率(TSET)≥92％；在波长为400-760nm下的可见光(LTA)的透过率为93-94％，在800-1250nm下的赤热近红外线(TSIRA)透过率92-93％，在1250-2500nm下的近红外线(TSIRB)透过率92-93％。
实施例1～3制得的玻璃的密度均在2.6-2.8之间；折射率均在1.53-1.58之间；应变点温度均在580-680℃之间；瑞利散射系数均在0.3045-0.3075之间。
对比例1
以制备1.5mm厚高透光率、高透红外线的硅酸盐(钠钙)玻璃为例，在1000克容量的耐温2000℃的氧化锆坩埚中，加入下列500克配合料成分：
基础成分：石英砂：230克、纯碱：65克、白云石：58、石灰石：14克芒硝：3克。
高透光率、高透红外线协调剂部分：17.9克各元素成分按需配量：(CeO2：4克；KOH：6克；B2O3：1克；Al(OH)3：4克，K2CO3：2克，碳粉：0.9克。
将上述原料混合均匀，控制熔融温度为1550℃，加热至1500℃，保持约30分钟后，升温至1550℃，保持约60分钟后，然后，进行澄清均化，其澄清温度为从1450℃降到1300℃，时间约为30分钟，最后，将熔融玻璃液倒入成型模板中成型，退火后获得玻璃组合物样品，对样品进行研磨、抛光、分析。本实施例得到的玻璃的厚度为1.5mm。
本对比例制得的玻璃的光谱图见图4，在300-3000nm下的太阳光总热能透过率(TSET)≥90％；在波长为400-760nm下的可见光(LTA)的透过率为90-92％，在800-1250nm下的赤热近红外线(TSIRA)透过率88-90％，在1250-2500nm下的近红外线(TSIRB)透过率87-88％。

Claims (6)

1.一种高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃；其特征在于，以功能硅酸盐玻璃总重量为基准，包含以下重量百分数的组分：
SiO2：69.731%，Na2O：16.938%，CaO：4.212%，Al2O3：7.903%，MgO：0.034%，K2O：0.029%，Fe2O3：0.021%，CeO2：0.072%，B2O3：0.01%，
TiO2：0.011%，Cl：0.01%，P2O5：0.019%，SO3：0.093%，CuO：0.402%，ZnO：0.002%，Ga2O3：0.001%，SrO：0.002%，Y2O3：0.001%，BaO：0.018%，Cl：0.01%，Bi2O3：0.002%。
2.如权利要求1所述的高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃；其特征在于，所述的功能硅酸盐玻璃的厚度为1~5mm。
3.如权利要求1所述的高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃；其特征在于，所述的功能硅酸盐玻璃在300-3000nm下的太阳光总热能透过率≥92%；在波长为400-760nm下的可见光的透过率为93-95%，在800-1250nm下的赤热近红外线透过率92-94%，在1250-2500nm下的近红外线透过率92-93%。
4.如权利要求1~3任一项所述的高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃；其特征在于，所述的功能硅酸盐玻璃的密度为2.6-2.8；折射率为1.53-1.58；应变点温度为580-680℃；瑞利散射系数为0.3045-0.3075。
5.一种权利要求1~4任一项所述的高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃的应用；其特征在于，用作等离子体显示板、手机屏、平板显示器和CIS太阳能的电池基板玻璃、平板型太阳能电池盖板玻璃。
6.一种权利要求1~4任一项所述的高透光率、高透红外线的功能硅酸盐玻璃的制备方法；其特征在于，将高透协调成分添加至制备玻璃所需的基础成分中，熔融、成型、退火、研磨、抛光制得所述的功能硅酸盐玻璃；
所述的高透协调成分包括以下重量份的组分：
石英砂：342克、纯碱：120克、芒硝 ：6克；
高透光率、高透红外线协调剂部分：36克；其中，CeO2：0.6克；CaF2：28.5克； KOH：1克；B2O3：1克；Al(OH)3：4克，碳粉：0.9克；
石英砂：SiO2：98.5-99%，Al2O3：0.25-0.4%，Fe2O3：0.04-0.08%；MgO： 0.005-0.02%，K2O：0.05-0.2%；石英砂中，杂质P2O5：0.01-0.03%，SO3：0.05-0.1%，K2O：0.01-0.04%，TiO2：0.005-0.02% CuO：0.3-0.5%，ZnO：0.001-0.004%，Ga2O3：0.0005-0.002%，SrO：0.001-0.003%，Y2O3：0.0005-0.002%，BaO：0.01-0.03%，Cl：0.005-0.02%，Bi2O3：0.001-0.004%；
纯碱：Na2CO3：98-99.5%；
芒硝：Na2O：43-44%，SO3：23-25%；
熔炼过程中，控制原料中铁的氧化还原比为0.001~0.06。
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