CN211972136U - 高硼硅玻璃和玻璃锅具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及玻璃领域，公开了一种高硼硅玻璃和玻璃锅具，所述玻璃包括非晶相层和包覆所述非晶相层的微晶层。所述玻璃锅具的材质为本实用新型的玻璃。本实用新型所述的玻璃具有高强度、高表面硬度和高抗冲击性能。

Description

高硼硅玻璃和玻璃锅具

技术领域

本实用新型涉及玻璃领域，具体涉及一种高硼硅玻璃和玻璃锅具。

背景技术

近年来随着人民的生活水平越来越高，对健康环保的锅具材料要求越来越高，对金属材料锅具生锈及中毒等问题日益担心，由于玻璃材料的优越性能，健康环保，应用到锅具领域越来越受到重视，但传统玻璃材料耐温及抗跌落性能较差，在150-20℃冷热冲击容易破裂，日常使用中磕碰容易破裂，玻璃的强度和表面硬度较差。

因此，本领域亟需解决玻璃作为锅具材料时提高玻璃材料的强度、表面硬度和抗冲击性能的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的高硼硅玻璃材料的强度、表面硬度和抗冲击性能较低的问题，该实用新型的高硼硅玻璃和玻璃锅具具有高强度、高表面硬度和高抗冲击性能。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供了一种高硼硅玻璃，所述高硼硅玻璃包括非晶相层和包覆所述非晶相层的微晶层。

优选地，所述微晶层以连续均匀的方式包覆所述非晶相层。

优选地，所述所述微晶层包括从微晶层的外表面到远离微晶层的外表面的方向上微晶含量逐渐减少的分布结构。

优选地，以高硼硅玻璃的总重量为基准，所述微晶层的含量为0.2-20重量％。

优选地，所述微晶层与非晶相层以非平滑的方式连接在一起。

优选地，所述微晶层中微晶的晶粒直径为1-4μm。

优选地，所述微晶层的厚度为10-400μm。

优选地，所述非晶相层的厚度为3.2-6.9mm。

优选地，所述高硼硅玻璃的厚度为4-7mm。

本实用新型另一方面提供了一种玻璃锅具，所述玻璃锅具的材质为上述所述的玻璃。

优选地，所述玻璃锅具的锅口的直径大于玻璃锅具的底部直径，所述玻璃锅具的侧壁沿锅口向外延伸，形成锅沿。

优选地，所述玻璃锅具的底部还具有凹点，更优选地，所述凹点以玻璃锅具底部中心点为圆心，分布于玻璃锅具底部的四周。

优选地，所述玻璃锅具的凹点的深度为0.2-1mm，更优选为0.3-0.6mm。

优选地，所述玻璃锅具为电饭煲内胆。

本实用新型的玻璃和玻璃锅具包括非晶相层和包覆所述非晶相层的微晶层，提高了玻璃和玻璃锅具的强度、表面硬度和抗冲击性能。

附图说明

图1是本实用新型的玻璃的剖面示意图；

图2是玻璃锅具的剖面示意图；

图3是玻璃锅具的俯视结构示意图；

图4是玻璃锅具底部凹点示意图。

附图标记说明

1 非晶相层 2 微晶层

3 锅沿 4 凹点

具体实施方式

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下，“内、外”是指相对于微晶层和非晶相层本身的轮廓的内、外。本实用新型中，所述高硼硅玻璃通常为含有5重量％以上的氧化硼和70重量％以上的二氧化硅的玻璃，例如，参见CN101050057A中公开的高硼硅玻璃组分的含量。

本实用新型所述的高硼硅玻璃包括非晶相层1和包覆所述非晶相层1的微晶层2，如图1所示。

根据本实用新型的一种实施方式，所述微晶层2以连续均匀的方式包覆所述非晶相层1，所述微晶层2和非晶相层1的结构能够使高硼硅玻璃均匀的承受外力，避免发生应力集中现象，从而增强高硼硅玻璃的强度以及耐冲击性能。

在本实用新型中，所述微晶层2与非晶相层1优选以非平滑(或嵌合)的方式连接在一起，当含有表面微晶层2的高硼硅玻璃受力时，裂纹在生长和扩展时，由于这种非平滑(或嵌合)的结构，使得裂纹能反复被晶界阻止且改变方向，从而提高高硼硅玻璃的强度和硬度。

在本实用新型中，所述微晶层的定义为玻璃晶化时，微晶由高硼硅玻璃的内部向高硼硅玻璃的表面逐渐析出，在高硼硅玻璃表面形成的微晶层(高硼硅玻璃的内部的非晶相形成非晶相层)，微晶为每颗晶粒只由几千个或几万个晶胞并置而成的晶体，且晶粒粒径为微米量级的细小晶体，至少两两之间连续接触，且以微晶层的总体积为基准，微晶层中晶体的含量在70重量％以上，剩余的为微晶层中的非晶相；非晶相层定义为原子或分子无规则排列，无周期性无对称性的结构，且以非晶相层的总体积为基准，非晶相层中晶体的含量在10重量％以下，即，所述微晶层中含有小于30重量％的非晶相，所述非晶相中含有小于10重量％的微晶。

相应地，在本实用新型中，以高硼硅玻璃的总重量为基准，所述微晶层2的含量为0.2-20重量％，在本实用新型中，当所述微晶层2的含量处于该范围内时，能够保证微晶层2中微晶晶粒尺寸细小且分布均匀，同时有效地分散微晶层2中的应力，避免应力集中，从而能够进一步地增强高硼硅玻璃的强度、硬度以及冲击性能。在本实用新型中，所述微晶层2的含量通过SY/T6210-1996的方法测定。

在本实用新型中，以高硼硅玻璃的总重量为基准，所述非晶相层1的含量优选为80-99.8重量％。

在本实用新型中，所述微晶层2包括从微晶层2的外表面到远离微晶层2的外表面的方向上微晶含量逐渐减少的分布结构。即，从高硼硅玻璃中析出微晶的方向上，所述微晶层2中的微晶的密度逐渐增大，微晶在靠近微晶层2外表面分布较多，微晶之间排布较紧密，从而在微晶层2外表面形成了致密的微晶相，提高了微晶层2外表面的强度。与微晶层2外表面的微晶排布的致密性相比，微晶层2内部的微晶排布的致密性相对较低，微晶层2内部的微晶之间还分布有非晶相。可能正是由于微晶层2内部的存在有微晶和非晶相，使得微晶层2能够进一步地起到缓冲应力的作用。即，微晶层2的表面受力较多，致密的表层结构能够承受较大的应力，而较为疏松的微晶层2内部则将多余的应力缓冲，从而提高了高硼硅玻璃的强度以及耐冲击性能。

在本实用新型中，所述微晶层2中微晶的晶粒直径优选为1-4μm，将晶粒直径控制在该范围内，第一方面能够提高晶粒在微晶层2中分布的均匀性，第二方面，能够减少应力集中，减少裂纹的生成，提高高硼硅玻璃的强度，第三方面，增加了晶界面积，提高晶界结合力，进一步阻碍高硼硅玻璃的裂纹的生长。晶粒直径过小，则增加工艺难度，而晶粒尺寸过大，则易造成应力集中以及裂纹生成，降低强度。

在本实用新型中，所述晶粒直径通过SEM扫描电子显微镜方法测定。

在本实用新型中，所述微晶层2的厚度可以为10-400μm，优选为200-400μm。

在本实用新型中，所述微晶层2的厚度过大，则会增加高硼硅玻璃的热膨胀系数，降低抗热冲击性能；所述微晶层2的厚度过小，则会降低高硼硅玻璃的强度、硬度以及抗冲击性能，将微晶层2的厚度控制在10-400μm的范围内，特别是200-400μm，能够保证高硼硅玻璃具有较高的综合性能。

所述微晶层2的厚度定义为：单侧的厚度，并非总厚度，例如，当测定的微晶层2位于非晶相层1的上表面时，单侧的厚度是指微晶层2的外表面的最外面的晶粒到所在非晶相层1的上表面中最接近非晶相层1的微晶晶粒之间的垂直距离；或者，当测定的微晶层2位于非晶相层1的下表面时，单侧的厚度是指微晶层2的外表面的最外面的晶粒到所在非晶相层1的下表面中最接近非晶相层1的微晶晶粒之间的垂直距离，另外需要指出的是，在测量微晶层2的厚度时非晶相层1的内部的离散微晶晶粒忽略不计，所述微晶层2的厚度通过SEM扫描电子显微镜方法测定。

在本实用新型中，所述非晶相层1的厚度可以为3.2-6.9mm，优选地，当所述非晶相层1的厚度在3.6-5mm时，能够保证高硼硅玻璃保证原有性能的同时，进一步提高其表面硬度、强度以及抗冲击性能。所述非晶相层1的厚度定义为最接近非晶相层1的上表面的微晶晶粒到最接近非晶相层1的下表面的微晶晶粒之间垂直距离，另外需要指出的是，在测量非晶相层1的厚度时非晶相层1的内部的离散微晶晶粒忽略不计，所述非晶相层1的厚度通过SEM扫描电子显微镜方法测定。

在本实用新型中，所述高硼硅玻璃的厚度可以为4-7mm，优选为4.5-5.5mm，所述高硼硅玻璃的厚度为非晶相层1的上下两层微晶层2的厚度和非晶相层1的厚度之和，通过SEM扫描电子显微镜方法测定。

在本实用新型中，所述微晶层中的微晶可以包括β-方石英晶相、硅酸钠晶相、石英晶相、β-霞锂石晶相和β-锂辉石晶相中的至少一种。

在本实用新型中，以微晶的总体积为基准，所述β-方石英晶相的含量为10-40体积％，硅酸钠晶相的含量为6-15体积％，石英晶相的含量为20-30体积％，β-霞锂石晶相的含量为1-2体积％，β-锂辉石晶相的含量为1-2体积％，余量为二氧化硅非晶体，在本实用新型中，所述β-方石英晶相、硅酸钠晶相、石英晶相、β-霞锂石晶相和β-锂辉石晶相的存在，有效地提高了高硼硅玻璃的强度、硬度和抗冲击性能。在本实用新型中，所述微晶的晶相的体积含量通过SY/T6210-1996的方法测得。

在本实用新型中，所述高硼硅玻璃的热膨胀系数较低，能够在提高强度、硬度以及抗冲击性能的同时，具有较高的抗热冲击性能，所述高硼硅玻璃的热膨胀系数可以为22×10^-7/℃至33×10^-7/℃，弹性模量可以为70-80GPa，落球高度(落球是直径为63.5mm且质量约为1040g的钢球)可以为0.3-1.5m，该玻璃在260-0℃温度范围内的冷热冲击性良好。

本实用新型所述的玻璃锅具，所述玻璃锅具的材质为上述的玻璃，该玻璃锅具不生锈，不容易导致中毒。

在本实用新型中，优选地，如图2所示，所述玻璃锅具的锅口的直径大于玻璃锅具的底部直径，所述玻璃锅具的侧壁沿锅口向外延伸，形成锅沿3，所述玻璃锅具的侧壁与垂直方向形成的锐角为4-20°，优选为5-10°，在煮饭过程中，该玻璃锅具的锅口尺寸有助于食物起泡的扩散，使食物不易溢出玻璃锅具。

在本实用新型中，所述玻璃锅具的底部具有所述玻璃锅具的底部具有多个凹点4，如图2、图3和图4所示，所述凹点4以玻璃锅具底部中心点为圆心，分布于玻璃锅具底部的四周，优选地情况下，每个凹点4的中心点与玻璃锅具底部的中心点之间的距离大于等于18mm。

在本实用新型中，所述玻璃锅具底部中心位置处通常受热较多，导致锅具底部受热不均匀，为了提高锅具受热的均匀性，将凹点中线点与底部中心点之间的距离设置为大于等于18mm，从而能够增加中心部位之外区域的受热面积，进而保证锅具受热的均匀性。

在本实用新型中，对所述凹点的形状没有具体限定，可以为半球体、半椭球体、圆柱体和圆台体中的至少一种，该玻璃锅具底部的凹点能够有效防止食物加热时产生的小气泡沿着玻璃锅具内表面移动形成大气泡向玻璃锅具底部中间集中，且能够防止食物由玻璃锅具的中间位置向四周流动，使食物能够均匀铺散在玻璃锅具的底部，增加食物受热的均匀性。

在本实用新型中，根据本实用新型一种优选地实施方式，所述玻璃锅具的凹点4的深度为0.2-1mm，更优选地情况下，所述玻璃锅具的凹点4的深度为0.3-0.6mm，凹点的深度在该范围内在保证生成均匀的气泡，提高煮饭的效果，且能够减少微晶层2内部晶粒结构的畸变，减少内部应力集中以及裂纹的生成，提高玻璃锅具的强度、硬度以及抗冲击性能。若凹点深度太深，则容易堆积食物残渣，不易清洁，且易造成凹点周围晶格畸变严重；而凹点太浅，不能保证均匀的小气泡生成，影响煮饭质量。

本实用新型中，该玻璃锅具可以为电饭煲内胆，该电饭煲内胆可耐高温、外观美观、清洗方便，无需在电饭煲内胆的内表面喷涂例如聚四氟乙烯、陶瓷涂料或聚醚醚酮等不粘涂层，同时也无需在电饭煲内胆的外表面喷涂例如由硅树脂、纤维素、颜料、有机溶剂和滑石粉配合而成的有机硅涂层，就可以达到食物不粘电饭煲和容易清洗的目的。

以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。

以下实施例中，石英砂购自东莞玖润建筑材料有限公司，二氧化硅的含量为99.5重量％，其用量以二氧化硅计；

含硼硅玻璃试样的组分通过GB/T14506-2010方法测得；

抗弯强度参数通过GB/T6569-86方法测得；

硬度参数通过GB/T6739-1996方法测得；

微晶的分布及含量参数通过SY/T6210-1996方法测得；

热膨胀系数参数通过GB/T 16920-2015方法测得；

冷热冲击性能：在260℃下放置1h，然后在0℃下放置1h，交替进行3次没有发生开裂即判定为“良好”，发生开裂则判定为“差”；

参照GB/T 15763.2-2005使用落球冲击试验机测定玻璃的耐冲击性能，使用直径为63.5mm(质量约为1040g)、表面光滑的钢球从一定的高度自由落下，测试破碎时的最低高度，单位为m；

微晶均匀性通过SEM扫描电子显微镜观察，在每平方毫米内，微晶的晶粒平均粒径为1-4μm时，即为“均匀”；在每平方毫米内，微晶的晶粒平均粒径为大于4μm时，即为“不均匀”。

实施例1

(1)根据表1的配方进行称量各组分，混匀，将混合料倒入铂铑坩埚中，置于高温炉中1700℃下保温1h，并使用铂金棒搅拌以排出气泡；

(2)将熔融好的玻璃液浇注入不锈钢铸铁磨具内，成型为规定的块状玻璃半成品；

(3)将步骤(2)中的玻璃半成品在550℃的退火炉中保温3小时，关闭电源随炉冷却2h到25℃；

(4)将退火后的玻璃半成品置于晶化炉中，在680℃下晶化保温10h，关闭电源随炉冷却到25℃，得到玻璃制品。

(5)将玻璃制品进行切割、研磨、抛光，然后用去离子水清洗干净并烘干，制得玻璃的测试试样(厚度在5mm左右，使用SEM扫描电子显微镜测定)，其剖面结构如图1所示，由该玻璃制成的玻璃锅具的剖面结构如图2所示，玻璃锅具的俯视结构如图3所示。

对测试试样的成分含量和各种性能进行测定，结果见下表1。

对比例1

按照实施例1的方法，不同的是，玻璃制品的制作过程中晶化温度为550℃。结果如表2所示。

对比例2

按照实施例1的方法，不同的是，玻璃制品的制作过程中未经晶化处理。结果如表2所示。

表1

表2

结合表1和表2的结果可以看出，采用本实用新型高硼硅玻璃的结构，均具有明显更好的抗弯强度、表面硬度和抗冲击性能。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种玻璃锅具，其特征在于，所述玻璃锅具的材质为高硼硅玻璃，所述高硼硅玻璃包括非晶相层(1)和包覆所述非晶相层(1)的微晶层(2)。

2.根据权利要求1所述的玻璃锅具，其特征在于，所述微晶层(2)以连续均匀的方式包覆所述非晶相层(1)。

3.根据权利要求1所述的玻璃锅具，其特征在于，所述微晶层(2)包括从微晶层(2)的外表面到远离微晶层(2)的外表面的方向上微晶含量逐渐减少的分布结构。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的玻璃锅具，其特征在于，以高硼硅玻璃的总重量为基准，所述微晶层(2)的含量为0.2-20重量％。

5.根据权利要求4所述的玻璃锅具，其特征在于，所述微晶层(2)与非晶相层(1)以非平滑的方式连接在一起，

和/或所述微晶层(2)中微晶的晶粒直径为1-4μm。

6.根据权利要求4所述的玻璃锅具，其特征在于，所述微晶层(2)的厚度为10-400μm；

和/或所述非晶相层(1)的厚度为3.2-6.9mm；

和/或所述高硼硅玻璃的厚度为4-7mm。

7.根据权利要求4所述的玻璃锅具，其特征在于，所述玻璃锅具的锅口的直径大于玻璃锅具的底部直径，所述玻璃锅具的侧壁沿锅口向外延伸，形成锅沿(3)。

8.根据权利要求4所述的玻璃锅具，其特征在于，所述玻璃锅具的底部还具有多个凹点(4)；所述凹点(4)以玻璃锅具底部中心点为圆心，分布于玻璃锅具底部。

9.根据权利要求4所述的玻璃锅具，其特征在于，所述玻璃锅具的凹点(4)的深度为0.2-1mm。

10.根据权利要求4所述的玻璃锅具，其特征在于，所述玻璃锅具为内胆。

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