CN112919786A - 一种高硼硅玻璃去应力加工成型的工艺 - Google Patents

一种高硼硅玻璃去应力加工成型的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,其是将高硼硅玻璃原料熔化后得到玻璃液;再将玻璃液成型成玻璃制品;将玻璃制品先进行一次退火后再进行二次退火,同时第一次退火的温度要低于第二次退火温度;最后进行晶化处理得到去除应力的高硼硅玻璃制品。本发明的成型工艺能够有效去除玻璃制品中的应力,提高了高硼硅玻璃制品的强度以及热稳定性。

Description

一种高硼硅玻璃去应力加工成型的工艺
技术领域
本发明涉及玻璃制品加工技术领域,尤其涉及一种高硼硅玻璃去应力加工成型的工艺
背景技术
高硼硅玻璃是指SiO2>78%,B2O3>10%的硼硅酸盐玻璃。高硼硅玻璃中的碱含量仅为4-6%,这也使得高硼硅玻璃具有良好的理化性能,如以下几个方面:
(1)热学性能
高硼硅玻璃具有很低的热膨胀系数且热稳定性能优异。可将高硼硅玻璃制作成热交换器,且具有较强的热交换能力。
(2)机械性能
高硼硅玻璃具有较高的表面硬度,这是由于玻璃中离子半径小而电荷大的元素多的缘故。高硼硅玻璃抗磨耗性好,在相同荷重下,这种玻璃的磨耗是钠钙玻璃的1/4。同时高硼硅玻璃的密度比普通钠钙硅玻璃低12%左右。
(3)介电性能
由于高硼硅玻璃含一价金属离子少,因为其介电损失小,电阻率高,是一种电真空玻璃。
(4)化学性能
高硼硅玻璃对水和酸的侵蚀具有优异的抵抗能力。当受酸侵蚀时,高硼硅玻璃能够生成高硅氧保护膜,从而提高其抗腐蚀能力。
由于高硼硅玻璃具有良好的物理化学性能,因此被广泛应用于实验室玻璃器皿化工反应器、热交换器、叶轮、日用工艺品、香水瓶等。但是高硼硅玻璃在加工成型时因受热不均匀,会使得高硼硅玻璃制品内部产生应力,进而降低高硼硅玻璃制品的强度和热稳定性。
因此,如何在高硼硅玻璃制品加工成型时去除其应力是目前玻璃制品加工行业需要亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,通过调整高硼硅玻璃的退火工艺参数,有效去除了玻璃制品中的应力,提高了玻璃制品的强度以及热稳定性。
本发明所述高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,包括以下步骤:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅75-85%,
硼砂5-10%,
氧化硼3-5%,
硼酸3-5%,
氟硅酸钠0.5-1%,
氯化钠0.5-1%,
氧化铝1-2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后进行熔融,得到玻璃液;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型为规定的玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品加热至500-550℃,并保温30-50min后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后的玻璃制品再次加热至580-620℃,并保温1-3小时,最后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中进行晶化处理。
具体而言,在一些实施例中本发明步骤(2)进行熔融时需进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体。
具体而言,在一些实施例中本发明步骤(1)所述的熔融温度为1500-1650℃。
具体而言,在一些实施例中本发明步骤(4)玻璃制品加热过程中的升温速率为5-10℃/min。
具体而言,在一些实施例中本发明步骤(5)玻璃制品加热过程中的升温速率为1-3℃/min。
具体而言,在一些实施例中本发明步骤(5)玻璃制品在晶化炉中的晶化温度为700-750℃,晶化时间为10-30min。
本发明的技术原理如下:本发明将高硼硅钠玻璃加工成型后进行两次退火处理,其中第一次退火温度低于第二次退火温度,且第一次退火时间短于第二次退火时间,有效除去了玻璃制品中的永久应力以及暂时应力。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明的成型工艺能够有效去除玻璃制品中的应力,提高了高硼硅玻璃制品的强度以及热稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,步骤如下:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅80%,
硼砂8%,
氧化硼4%,
硼酸4%,
氟硅酸钠1%,
氯化钠1%,
氧化铝2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后置于融化炉在温度为1600℃下进行熔融,得到玻璃液,在熔融过程进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型成厚度为2mm的香水瓶玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品置于退火中加热,其加热速率为5℃/min,升温至500℃后保温40min后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后再次置于退火炉中进行加热,其升温速率为2℃/min,加热至600℃后保温2小时,最后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中,在温度为725℃下晶化20min。
实施例2
一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,步骤如下:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅80%,
硼砂8%,
氧化硼4%,
硼酸4%,
氟硅酸钠1%,
氯化钠1%,
氧化铝2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后置于融化炉在温度为1600℃下进行熔融,得到玻璃液,在熔融过程进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型成厚度为2mm的香水瓶玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品置于退火中加热,其加热速率为10℃/min,升温至500℃后保温40min后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后再次置于退火炉中进行加热,其升温速率为1℃/min,加热至600℃后保温2小时,最后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中,在温度为725℃下晶化20min。
实施例3
一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,步骤如下:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅85%,
硼砂6%,
氧化硼3%,
硼酸3%,
氟硅酸钠0.5%,
氯化钠0.5%,
氧化铝2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后置于融化炉在温度为1550℃下进行熔融,得到玻璃液,在熔融过程进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型成厚度为2mm的香水瓶玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品置于退火中加热,其加热速率为5℃/min,升温至550℃后保温30min后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后再次置于退火炉中进行加热,其升温速率为3℃/min,加热至620℃后保温3小时,最后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中,在温度为750℃下晶化10min。
实施例4
一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,步骤如下:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅75%,
硼砂10%,
氧化硼5%,
硼酸4%,
氟硅酸钠1%,
氯化钠1%,
氧化铝2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后置于融化炉在温度为1550℃下进行熔融,得到玻璃液,在熔融过程进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型成厚度为2mm的香水瓶玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品置于退火中加热,其加热速率为5℃/min,升温至550℃后保温30min后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后再次置于退火炉中进行加热,其升温速率为3℃/min,加热至620℃后保温3小时,最后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中,在温度为750℃下晶化10min。
实施例5
一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,步骤如下:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅80%,
硼砂8%,
氧化硼4%,
硼酸4%,
氟硅酸钠1%,
氯化钠1%,
氧化铝2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后置于融化炉在温度为1500℃下进行熔融,得到玻璃液,在熔融过程进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型成厚度为2mm的香水瓶玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品置于退火中加热,其加热速率为7℃/min,升温至550℃后保温50min后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后再次置于退火炉中进行加热,其升温速率为1℃/min,加热至580℃后保温3小时,最后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中,在温度为700℃下晶化30min。
对比例1
一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,步骤如下:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅80%,
硼砂8%,
氧化硼4%,
硼酸4%,
氟硅酸钠1%,
氯化钠1%,
氧化铝2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后置于融化炉在温度为1600℃下进行熔融,得到玻璃液,在熔融过程进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型成厚度为2mm的香水瓶玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品置于退火中加热,其加热速率为8℃/min,升温至500℃后保温40min后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后再次置于退火炉中进行加热,其升温速率为8℃/min,加热至500℃后保温2小时,最后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中,在温度为725℃下晶化20min。
对比例2
一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,步骤如下:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅80%,
硼砂8%,
氧化硼4%,
硼酸4%,
氟硅酸钠1%,
氯化钠1%,
氧化铝2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后置于融化炉在温度为1600℃下进行熔融,得到玻璃液,在熔融过程进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型成厚度为2mm的香水瓶玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品置于退火中加热,其升温速率为2℃/min,加热至600℃后保温2小时,最后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后再次置于退火炉中进行加热,其加热速率为5℃/min,升温至500℃后保温40min后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中,在温度为725℃下晶化20min。
对比例3
一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,步骤如下:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅80%,
硼砂8%,
氧化硼4%,
硼酸4%,
氟硅酸钠1%,
氯化钠1%,
氧化铝2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后置于融化炉在温度为1600℃下进行熔融,得到玻璃液,在熔融过程进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型成厚度为2mm的香水瓶玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品置于退火中加热,其升温速率为2℃/min,加热至600℃后保温2小时,最后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后再次置于退火炉中进行加热,其升温速率为2℃/min,加热至600℃后保温2小时,最后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中,在温度为725℃下晶化20min
将实施例1-5以及对比例1-3制备成同一规格的高硼硅玻璃香水瓶制品,并对其进行强度以及热稳定性检测,检测结果如表1所示。
表1
表面硬度 热膨胀系数
实施例1 832HV (2.0±0.1)×10<sup>-7</sup>/K
实施例2 825HV (2.5±0.2)×10<sup>-7</sup>/K
实施例3 821HV (2.3±0.1)×10<sup>-7</sup>/K
实施例4 827HV (2.4±0.1)×10<sup>-7</sup>/K
实施例5 822HV (2.2±0.1)×10<sup>-7</sup>/K
对比例1 720HV (3.3±0.1)×10<sup>-6</sup>/K
对比例2 703HV (5.6±0.2)×10<sup>-5</sup>/K
对比例3 715HV (3.9±0.3)×10<sup>-5</sup>/K
从表1中可以看出,本发明实施例1-5所制备的玻璃制品硬度以及热稳定性均高于对比例1-2。本发明的成型工艺能够有效去除高硼硅玻璃制品的应力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)配料,按以下质量百分数称取原料:
二氧化硅75-85%,
硼酸钠5-10%,
氧化硼3-5%,
硼酸3-5%,
氟硅酸钠0.5-1%,
氯化钠0.5-1%,
氧化铝1-2%;
(2)熔化,将称取的原料混合后进行熔融,得到玻璃液;
(3)成型,将玻璃液置于浇注入不锈钢铸铁模具内,成型为规定的玻璃制品;
(4)一次退火,将玻璃制品加热至500-550℃,并保温30-50min后缓慢冷却至室温;
(5)二次退火,将步骤(4)冷却后的玻璃制品再次加热至580-620℃,并保温1-3小时,最后缓慢冷却至室温;
(6)晶化,将步骤(5)冷却后的玻璃制品置于晶化炉中进行晶化处理。
2.根据权利要求1所述高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,其特征在于,步骤(2)进行熔融时需进行抽真空处理,以除去玻璃液中的气体。
3.根据权利要求2所述高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,其特征在于,步骤(1)所述的熔融温度为1500-1650℃。
4.根据权利要求1所述高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,其特征在于,步骤(4)玻璃制品加热过程中的升温速率为5-10℃/min。
5.根据权利要求1所述高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,其特征在于,步骤(5)玻璃制品加热过程中的升温速率为1-3℃/min。
6.根据权利要求1所述高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,其特征在于,步骤(5)玻璃制品在晶化炉中的晶化温度为700-750℃。
7.根据权利要求6所述高硼硅玻璃去应力加工成型的方法,其特征在于,步骤(5)玻璃制品在晶化炉中的晶化时间为10-30min。
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