CN108409143A - 一种抗折弯微晶玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及玻璃材料技术领域，具体涉及一种抗折弯微晶玻璃。微晶玻璃的原料组分包括：石英、钒钛铁尾矿、硅灰石、白云石、萤石、方解石、氧化锌、氧化硼、氧化镁、氧化铬、稀土氧化物。其中，稀土氧化物中含有La、Y、Ce、Sc、Gd五种稀土元素的氧化物，混合物中五种元素的氧化物的质量占比分别为22.5%、17.8%、26.4%、15.8%和17.5%。玻璃制造过程中采用澄清提质剂对玻璃液进行净化和品质提升，从而使得生产的玻璃具有更好的晶相结构，本发明提供的微晶玻璃的机械性能优秀，抗压强度、抗冲击性能好，抗折弯性能突出。

Description

一种抗折弯微晶玻璃
技术领域
本发明涉及玻璃材料技术领域，具体涉及一种抗折弯微晶玻璃。
背景技术
玻璃是非晶无机非金属材料，一般是用多种无机矿物，如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等，作为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化学组成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸盐复盐，是一种无规则结构的非晶态固体。广泛应用于建筑物构建、容器制造、结构和装饰品制造等，用来隔风透光，属于混合物。另有混入了某些金属的氧化物或者盐类而显现出颜色的有色玻璃，和通过物理或者化学的方法制得的钢化玻璃等。
普通玻璃的硬度大，导热性好、透光性优秀，但是玻璃的耐压强度和耐折弯性能相对不足，玻璃在受到冲击时容易破碎，不仅导致使用功能散失，还容易对人和其它物体造成损伤。为了提高玻璃制品的强度，人们通常采用特定的工艺对玻璃进行钢化处理，从而使得玻璃具有更好的机械性能，以及更高的安全系数，这种玻璃被称为钢化玻璃。
钢化玻璃属于安全玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。钢化处理使得玻璃的承载能力大大提高，改善了易碎性质，即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片，对人体的伤害极大地降低了。钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有3-5倍的提高，一般可承受250度以上的温差变化，对防止热炸裂有明显的效果。但是钢化玻璃的也有自身的缺点，例如：钢化后的玻璃不能再进行切割和加工，只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形状，再进行钢化处理；钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃有自爆的可能性。
为了进一步改善这种问题，一种新型的微晶玻璃被研制出来，微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同，它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。
常规的微晶玻璃性能较普通玻璃和钢化玻璃有了较大提升，例如发明专利申请号CN200610122075.2公开的锂-铝-硅***低膨胀微晶玻璃晶化方法，以及发明专利申请号CN200910036518.X公开的锂-铝-硅***低膨胀微晶玻璃成型方法等，这些玻璃的耐压强度高，耐冲击性能好，不容易发生自爆，安全性得到了显著改善。但是玻璃的制备成本相对较高，而且制备出来的玻璃的抗折弯性能相对较差，玻璃在受到较大的折弯作用力时容易碎裂，这给玻璃的运输和使用带来了安全隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种抗折弯微晶玻璃，该玻璃的机械性能非常优秀，抗压强度、抗冲击性能好，抗折弯性能尤为突出。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种抗折弯微晶玻璃，按照质量份数，微晶玻璃的原料组分包括：石英30-35份，钒钛铁尾矿20-27份，硅灰石5-9份，白云石15-20份，萤石20-24份，方解石15-18份，氧化锌2-4份，氧化硼2-3份，氧化镁1-2份，氧化铬0.5-1.2份，稀土氧化物0.4-0.7份。
优选地，按照质量份数，微晶玻璃的原料组分包括：石英32-34份，钒钛铁尾矿23-25份，硅灰石7-8份，白云石17-19份，萤石21-23份，方解石16-17份，氧化锌2.5-3.5份，氧化硼2.4-2.7份，氧化镁1.4-1.6份，氧化铬0.8-1.1份，稀土氧化物0.4-0.6份。
进一步优选地，按照质量份数，微晶玻璃的原料组分包括：石英33份，钒钛铁尾矿24份，硅灰石7.5份，白云石18份，萤石22份，方解石17份，氧化锌3份，氧化硼2.6份，氧化镁1.5份，氧化铬0.9份，稀土氧化物0.5份。
优选地，稀土氧化物中含有La、Y、Ce、Sc、Gd五种稀土元素的氧化物，混合物中五种元素的氧化物的质量占比分别为22.5％、17.8％、26.4％、15.8％和17.5％。
稀土氧化物的添加能够改善玻璃的晶相结构，提升玻璃的抗压强度、耐冲击性能等各项机械性能；该组分中各成分的比例是经过大量实验得出的，最有利于提高并平衡玻璃各项性能的配比。
本发明提供的微晶玻璃的制备方法包括如下步骤：
(1)按照质量份数，将除稀土氧化物以外的微晶玻璃原料混合，加入到球磨机中研磨成400-450目的细粉，粉末送入到玻璃熔窑中，熔化成玻璃液，经过升温段后，玻璃液温度升高至1250-1300℃；
(2)在玻璃熔窑的升温段向玻璃液中加入稀土氧化物和占玻璃液2-4wt％的澄清提质剂，搅拌均匀后将玻璃液送入到澄清段中，澄清提质处理2-3h，然后将澄清后的玻璃液送入到恒温段中，以1100-1150℃的温度恒温处理40-50min；
(3)接着将玻璃液投入到成型模具中，冷却后得到玻璃毛坯料；
(4)将比例毛坯料送入到玻璃晶化炉中，进行热处理后，得到所需晶化玻璃料，所述热处理过程包括如下步骤：首先将玻璃温度以10-15℃/min的速率升高至520-650℃，在炉内保温0.5-2h；然后以4-5℃/min升温至720-780℃，第二次保温3-4h；然后以3-4℃/min升温至800-850℃，第三次保温1-2h；然后以15-20℃/min升温至900-920℃，第四次保温0.5-1h；接着以15-20℃/min降温至500-550℃，第五次保温1-2h；然后以15-20℃/min冷却至100℃以下出炉，完成玻璃的微晶化处理；
(5)将微晶化处理后的玻璃坯料切割、打磨、抛光，得到所需尺寸和形状，包装后库存或销售。
其中，玻璃熔窑选择天然气辅助电加热的混合型热窑。
优选地，澄清提质剂中含有三氧化而锑、二氧化铈、硫酸钡、活性氧化铝、氟铝酸钾和氧化锗，各成分的质量比为4:2:5:4:5:1。
澄清提质剂的材料粒径为0.5-2.0mm。
澄清提质剂的作用一方面是净化玻璃液，去除杂质和气泡等，另一方面还可以改善玻璃晶相结构，提升玻璃质量。
优选地，玻璃熔窑的澄清段的温度为1200-1250℃。
玻璃冷却成型过程中的降温冷却过程分为两步，第一步是以15-20℃/min的速率将玻璃液的温度冷却至800-850℃，保温30-50min，然后以20-25℃/min的速率将玻璃冷却至室温。
本发明具有如下的有益效果：
该型微晶玻璃通过特殊的原料组成和热处理工艺的处理，使得该型玻璃微晶化后的内部原子态排布更加有序，玻璃的结构更加紧密，从而提高玻璃的表面应力和抗压强度，使得该型处理的耐冲击性能更加优秀。
玻璃制备过程中，为了提高玻璃原料组分的纯净度和玻璃晶体的晶相结构，在玻璃澄清段中添加了稀土氧化物和澄清提质剂，其中澄清提质剂不仅可以发挥净化作用，也可以与稀土元素添加剂产生协同作用，提升玻璃液的品质，改善玻璃成型后的晶相结构，从而增强玻璃性能。
该型微晶玻璃与普通的烧结型微晶玻璃相比，具有晶粒均匀、细小，致密度高，色调柔和，纹理美观，强度和光泽度高等的优良特性，使用过程中的热膨胀系数小，耐热性能突出。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种抗折弯微晶玻璃，按照质量份数，微晶玻璃的原料组分包括：石英30份，钒钛铁尾矿20份，硅灰石5份，白云石15份，萤石20份，方解石15份，氧化锌2份，氧化硼2份，氧化镁1份，氧化铬0.5份，稀土氧化物0.4份。
稀土氧化物中含有La、Y、Ce、Sc、Gd五种稀土元素的氧化物，混合物中五种元素的氧化物的质量占比分别为22.5％、17.8％、26.4％、15.8％和17.5％。
本实施例提供的微晶玻璃的制备方法包括如下步骤：
(1)按照质量份数，将除稀土氧化物以外的微晶玻璃原料混合，加入到球磨机中研磨成400目的细粉，粉末送入到玻璃熔窑中，熔化成玻璃液，经过升温段后，玻璃液温度升高至1250℃；
(2)在玻璃熔窑的升温段向玻璃液中加入稀土氧化物和占玻璃液2wt％的澄清提质剂，搅拌均匀后将玻璃液送入到澄清段中，澄清提质处理2h，然后将澄清后的玻璃液送入到恒温段中，以1100℃的温度恒温处理40min；
(3)接着将玻璃液投入到成型模具中，冷却后得到玻璃毛坯料；
(4)将比例毛坯料送入到玻璃晶化炉中，进行热处理后，得到所需晶化玻璃料，所述热处理过程包括如下步骤：首先将玻璃温度以10℃/min的速率升高至520℃，在炉内保温0.5h；然后以4℃/min升温至720℃，第二次保温3h；然后以3℃/min升温至800℃，第三次保温1h；然后以15℃/min升温至900℃，第四次保温0.5h；接着以15℃/min降温至500℃，第五次保温1h；然后以15℃/min冷却至100℃以下出炉，完成玻璃的微晶化处理；
(5)将微晶化处理后的玻璃坯料切割、打磨、抛光，得到所需尺寸和形状，包装后库存或销售。
其中，玻璃熔窑选择天然气辅助电加热的混合型热窑。
澄清提质剂中含有三氧化而锑、二氧化铈、硫酸钡、活性氧化铝、氟铝酸钾和氧化锗，各成分的质量比为4:2:5:4:5:1；澄清提质剂的材料粒径为0.5-2.0mm。
玻璃熔窑的澄清段的温度为1200℃。
玻璃冷却成型过程中的降温冷却过程分为两步，第一步是以15℃/min的速率将玻璃液的温度冷却至800℃，保温30min，然后以20℃/min的速率将玻璃冷却至室温。
实施例2
一种抗折弯微晶玻璃，按照质量份数，微晶玻璃的原料组分包括：石英35份，钒钛铁尾矿27份，硅灰石9份，白云石20份，萤石24份，方解石18份，氧化锌4份，氧化硼3份，氧化镁2份，氧化铬1.2份，稀土氧化物0.7份。
稀土氧化物中含有La、Y、Ce、Sc、Gd五种稀土元素的氧化物，混合物中五种元素的氧化物的质量占比分别为22.5％、17.8％、26.4％、15.8％和17.5％。
本发明提供的微晶玻璃的制备方法包括如下步骤：
(1)按照质量份数，将除稀土氧化物以外的微晶玻璃原料混合，加入到球磨机中研磨成450目的细粉，粉末送入到玻璃熔窑中，熔化成玻璃液，经过升温段后，玻璃液温度升高至1300℃；
(2)在玻璃熔窑的升温段向玻璃液中加入稀土氧化物和占玻璃液4wt％的澄清提质剂，搅拌均匀后将玻璃液送入到澄清段中，澄清提质处理3h，然后将澄清后的玻璃液送入到恒温段中，以1150℃的温度恒温处理50min；
(3)接着将玻璃液投入到成型模具中，冷却后得到玻璃毛坯料；
(4)将比例毛坯料送入到玻璃晶化炉中，进行热处理后，得到所需晶化玻璃料，所述热处理过程包括如下步骤：首先将玻璃温度以15℃/min的速率升高至650℃，在炉内保温2h；然后以5℃/min升温至780℃，第二次保温4h；然后以4℃/min升温至850℃，第三次保温2h；然后以20℃/min升温至920℃，第四次保温1h；接着以20℃/min降温至550℃，第五次保温2h；然后以20℃/min冷却至100℃以下出炉，完成玻璃的微晶化处理；
(5)将微晶化处理后的玻璃坯料切割、打磨、抛光，得到所需尺寸和形状，包装后库存或销售。
其中，玻璃熔窑选择天然气辅助电加热的混合型热窑。
澄清提质剂中含有三氧化而锑、二氧化铈、硫酸钡、活性氧化铝、氟铝酸钾和氧化锗，各成分的质量比为4:2:5:4:5:1；澄清提质剂的材料粒径为0.5-2.0mm。
玻璃熔窑的澄清段的温度为1250℃。
玻璃冷却成型过程中的降温冷却过程分为两步，第一步是以20℃/min的速率将玻璃液的温度冷却至850℃，保温50min，然后以25℃/min的速率将玻璃冷却至室温。
实施例3
一种抗折弯微晶玻璃，按照质量份数，微晶玻璃的原料组分包括：石英33份，钒钛铁尾矿24份，硅灰石7.5份，白云石18份，萤石22份，方解石17份，氧化锌3份，氧化硼2.6份，氧化镁1.5份，氧化铬0.9份，稀土氧化物0.5份。
稀土氧化物中含有La、Y、Ce、Sc、Gd五种稀土元素的氧化物，混合物中五种元素的氧化物的质量占比分别为22.5％、17.8％、26.4％、15.8％和17.5％。
本发明提供的微晶玻璃的制备方法包括如下步骤：
(1)按照质量份数，将除稀土氧化物以外的微晶玻璃原料混合，加入到球磨机中研磨成400目的细粉，粉末送入到玻璃熔窑中，熔化成玻璃液，经过升温段后，玻璃液温度升高至1280℃；
(2)在玻璃熔窑的升温段向玻璃液中加入稀土氧化物和占玻璃液3wt％的澄清提质剂，搅拌均匀后将玻璃液送入到澄清段中，澄清提质处理2.5h，然后将澄清后的玻璃液送入到恒温段中，以1130℃的温度恒温处理45min；
(3)接着将玻璃液投入到成型模具中，冷却后得到玻璃毛坯料；
(4)将比例毛坯料送入到玻璃晶化炉中，进行热处理后，得到所需晶化玻璃料，所述热处理过程包括如下步骤：首先将玻璃温度以13℃/min的速率升高至580℃，在炉内保温1h；然后以4℃/min升温至760℃，第二次保温3.5h；然后以3℃/min升温至840℃，第三次保温1.5h；然后以17℃/min升温至910℃，第四次保温0.7h；接着以18℃/min降温至530℃，第五次保温1.5h；然后以17℃/min冷却至100℃以下出炉，完成玻璃的微晶化处理；
(5)将微晶化处理后的玻璃坯料切割、打磨、抛光，得到所需尺寸和形状，包装后库存或销售。
其中，玻璃熔窑选择天然气辅助电加热的混合型热窑。
澄清提质剂中含有三氧化而锑、二氧化铈、硫酸钡、活性氧化铝、氟铝酸钾和氧化锗，各成分的质量比为4:2:5:4:5:1；澄清提质剂的材料粒径为0.5-2.0mm。
玻璃熔窑的澄清段的温度为1230℃。
玻璃冷却成型过程中的降温冷却过程分为两步，第一步是以18℃/min的速率将玻璃液的温度冷却至820℃，保温40min，然后以23℃/min的速率将玻璃冷却至室温。
性能测试
根据GB 11614-2009《平板玻璃检验细则》和GB15763.2-2005《建筑用安全玻璃第2部分：钢化玻璃》中的测试方法，对实施例中微晶玻璃的抗压强度、抗折弯强度、热膨胀系数、耐冲击强度等性能进行测试，其中，设置钠钙硅酸盐普通玻璃和钠钙硅酸盐钢化玻璃作为对照组1和对照组2，进行性能对比试验，得到的测试数据如下：
表1：本实施例中玻璃的性能测试结果
分析以上试验数据发现，本发明提供的微晶玻璃，相对于普通硅酸盐玻璃和钢化玻璃而言，具有更好的机械性能。其中，与钢化玻璃相比，抗压强度提升12.7％左右，抗折弯性能提升37.1％左右，耐冲击性能提升62.9％，因此该玻璃性能更强，更加结实耐用，也更加安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于：按照质量份数，所述微晶玻璃的原料组分包括：石英30-35份，钒钛铁尾矿20-27份，硅灰石5-9份，白云石15-20份，萤石20-24份，方解石15-18份，氧化锌2-4份，氧化硼2-3份，氧化镁1-2份，氧化铬0.5-1.2份，稀土氧化物0.4-0.7份。
2.根据权利要求1所述的一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于：按照质量份数，所述微晶玻璃的原料组分包括：石英32-34份，钒钛铁尾矿23-25份，硅灰石7-8份，白云石17-19份，萤石21-23份，方解石16-17份，氧化锌2.5-3.5份，氧化硼2.4-2.7份，氧化镁1.4-1.6份，氧化铬0.8-1.1份，稀土氧化物0.4-0.6份。
3.根据权利要求2所述的一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于：按照质量份数，所述微晶玻璃的原料组分包括：石英33份，钒钛铁尾矿24份，硅灰石7.5份，白云石18份，萤石22份，方解石17份，氧化锌3份，氧化硼2.6份，氧化镁1.5份，氧化铬0.9份，稀土氧化物0.5份。
4.根据权利要求1所述的一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于：所述稀土氧化物中含有La、Y、Ce 、Sc、Gd五种稀土元素的氧化物，混合物中五种元素的氧化物的质量占比分别为22.5%、17.8%、26.4%、15.8%和17.5%。
5.根据权利要求1所述的一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于： 所述微晶玻璃的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量份数，将除稀土氧化物以外的微晶玻璃原料混合，加入到球磨机中研磨成400-450目的细粉，粉末送入到玻璃熔窑中，熔化成玻璃液，经过升温段后，玻璃液温度升高至1250-1300℃；
（2）在玻璃熔窑的升温段向玻璃液中加入稀土氧化物和占玻璃液2-4wt%的澄清提质剂，搅拌均匀后将玻璃液送入到澄清段中，澄清提质处理2-3h，然后将澄清后的玻璃液送入到恒温段中，以1100-1150℃的温度恒温处理40-50min；
（3）接着将玻璃液投入到成型模具中，冷却后得到玻璃毛坯料；
（4）将比例毛坯料送入到玻璃晶化炉中，进行热处理后，得到所需晶化玻璃料，所述热处理过程包括如下步骤：首先将玻璃温度以10-15℃/min的速率升高至520-650℃，在炉内保温0.5-2h；然后以4-5℃/min升温至720-780 ℃，第二次保温3-4h；然后以3-4℃/min升温至800-850℃，第三次保温1-2h；然后以15-20 ℃/min升温至900-920℃，第四次保温0.5-1h；接着以15-20℃/min降温至500-550 ℃，第五次保温1-2h；然后以15-20℃/min冷却至100℃以下出炉，完成玻璃的微晶化处理；
（5）将微晶化处理后的玻璃坯料切割、打磨、抛光，得到所需尺寸和形状，包装后库存或销售。
6.根据权利要求5所述的一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于：所述玻璃熔窑选择天然气辅助电加热的混合型热窑。
7.根据权利要求5所述的一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于：所述澄清提质剂中含有三氧化而锑、二氧化铈、硫酸钡、活性氧化铝、氟铝酸钾和氧化锗，各成分的质量比为4:2:5:4:5:1。
8.根据权利要求5所述的一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于：所述澄清提质剂的材料粒径为0.5-2.0mm。
9.根据权利要求5所述的一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于：所述玻璃熔窑的澄清段的温度为1200-1250℃。
10.根据权利要求5所述的一种抗折弯微晶玻璃，其特征在于：所述玻璃冷却成型过程中的降温冷却过程分为两步，第一步是以15-20℃/min的速率将玻璃液的温度冷却至800-850℃，保温30-50min，然后以20-25℃/min的速率将玻璃冷却至室温。
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