一种硼硅酸盐玻璃及其制备方法
阅读说明：本技术 一种硼硅酸盐玻璃及其制备方法 (Borosilicate glass and preparation method thereof ) 是由 彭寿 柯震坤 张冲 曹欣 郝志云 倪嘉 石丽芬 于 2021-10-29 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种硼硅酸盐玻璃及其制备方法,其中,基于所述硼硅酸盐玻璃的总重量,所述硼硅酸盐玻璃包括：SiO-(2)75-85wt％,B-(2)O-(3)8-15wt％,Na-(2)O 4-7wt％,K-(2)O 1-3wt％,NaCl 0.8-1.2wt％,Fe-(2)O-(3)<5ppm。采用本申请硼硅酸盐玻璃的制备方法,获得本申请的硼硅酸盐玻璃,具有紫外透过率高、澄清效果优异、制备工艺简单、对环境友好等优势。(The present application provides a borosilicate glass and a method for producing the same, wherein the borosilicate glass comprises, based on the total weight of the borosilicate glass: SiO 2 2 75‑85wt％，B 2 O 3 8‑15wt％，Na 2 O 4‑7wt％，K 2 O 1‑3wt％，NaCl 0.8‑1.2wt％，Fe 2 O 3 <5 ppm. By adopting the preparation method of the borosilicate glass, the borosilicate glass obtained by the preparation method has the advantages of high ultraviolet transmittance, excellent clarification effect, simple preparation process, environmental friendliness and the like.)
技术领域
本申请涉及玻璃技术领域，特别是涉及一种硼硅酸盐玻璃及其制备方法。
背景技术
紫外光与物质相互作用时，显示出荧光效应、生物效应、光化学效应等特点，因此，紫外线在环境遥测、医学领域、光谱学领域等方面都有着广泛的应用，人们也希望开发出在紫外波段有较好表现，较高透过的光学材料。大部分无色光学玻璃在可见光波段都具有较高的透过率，但对紫外波段均存在不同程度的吸收，因此只有少数具有特殊成分的玻璃才具有良好的紫外透过性能。
石英玻璃是最常见的紫外透过材料之一，但石英玻璃制备条件苛刻，生产成本高，这些问题在很大程度上限制了石英玻璃的应用，国内目前也没有办法实现大面积石英玻璃的量产。因此，国内外研究学者对此开展了研究，以满足紫外技术的应用对材料提出的要求。近年来，研究者对氟化物和磷酸盐紫外高透玻璃进行了系统的研究，氟化物玻璃特点是成份具有大范围的可调性，其配方可以在很大范围内根据不同的需要进行调整，从而带来了一系列光学性质和物理性质的可调性，使得其应用更为广泛和灵活，但玻璃中氟化物和氯化物，在玻璃的高温熔制过程中，对熔窑会造成一定程度的侵蚀作用，对生产和坏境造成一定的安全隐患；而磷酸盐紫外高透玻璃含P2O5等不稳定成分，玻璃的抗水化学稳定性较差，强度较低。
发明内容
本申请的目的在于提供一种硼硅酸盐玻璃及其制备方法，以获得具有较高紫外透过率的硼硅酸盐玻璃。具体技术方案如下：
本申请的第一方面提供了一种硼硅酸盐玻璃，其中，基于所述硼硅酸盐玻璃的总重量，所述硼硅酸盐玻璃包括：SiO2 75-85wt％，B2O3 8-15wt％，Na2O 4-7wt％，K2O 1-3wt％，NaCl 0.8-1.2wt％，Fe2O3<5ppm。
本申请的第二方面提供了一种根据本申请第一方面提供的硼硅酸盐玻璃的制备方法，其包括以下步骤：
(1)称取原料，混合，加至造粒装置中进行造粒，将得到的颗粒通过粒径筛选后干燥；
(2)将干燥后的颗粒进行熔制，熔制后倒入模具成型，得到玻璃块，退火，得到硼硅酸盐玻璃；
其中，基于所述硼硅酸盐玻璃的总重量，所述硼硅酸盐玻璃包括：SiO2 75-85wt％，B2O3 8-15wt％，Na2O 4-7wt％，K2O 1-3wt％，NaCl 0.8-1.2wt％，Fe2O3<5ppm。
本申请提供了一种硼硅酸盐玻璃及其制备方法，其中，基于所述硼硅酸盐玻璃的总重量，所述硼硅酸盐玻璃包括：SiO2 75-85wt％，B2O3 8-15wt％，Na2O 4-7wt％，K2O 1-3wt％，NaCl 0.8-1.2wt％，Fe2O3<5ppm。采用本申请硼硅酸盐玻璃的制备方法，获得本申请的硼硅酸盐玻璃，具有紫外透过率高、澄清效果优异、制备工艺简单、对环境友好等优势。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的第一方面提供了一种硼硅酸盐玻璃，其中，基于所述硼硅酸盐玻璃的总重量，所述硼硅酸盐玻璃包括：SiO2 75-85wt％，B2O3 8-15wt％，Na2O 4-7wt％，K2O 1-3wt％，NaCl 0.8-1.2wt％，Fe2O3<5ppm。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述硼硅酸盐玻璃在紫外波段为300-400nm的透过率T≥90％。
本申请的第二方面提供了一种根据本申请第一方面提供的硼硅酸盐玻璃的制备方法，其包括以下步骤：
(1)称取原料，混合，加至造粒装置中进行造粒，将得到的颗粒通过粒径筛选后干燥；
(2)将干燥后的颗粒进行熔制，熔制后倒入模具成型，得到玻璃块，退火，得到硼硅酸盐玻璃；
其中，基于所述硼硅酸盐玻璃的总重量，所述硼硅酸盐玻璃包括：SiO2 75-85wt％，B2O3 8-15wt％，Na2O 4-7wt％，K2O 1-3wt％，NaCl 0.8-1.2wt％，Fe2O3<5ppm。
本申请中，步骤(1)所述混合为均匀混合，本申请对混合的方式不做限制，只要能够实现本申请的目的即可；所述造粒装置，可以是通过挤压造粒的方式进行造粒，得到颗粒；所述干燥，本申请对干燥的方式不做限制，只要能够实现本申请的目的即可，示例性地，可采用烘箱烘干的方式进行干燥。步骤(2)中，退火后得到硼硅酸盐玻璃，可以根据需要进行切割、磨抛，本申请对此不做限定，本领域技术人员可根据需要进行相应的处理。
本申请中，所述硼硅酸盐玻璃的制备工艺简单，因其不含氧化铝、碱土金属等含铁量高的原料，在保证硼硅酸盐玻璃高温黏度较低的前提下，避免了硼硅酸盐玻璃中铁含量较高的现象，从而保证了硼硅酸盐玻璃在紫外波段的高透过率，提高硼硅酸盐玻璃的紫外透过性能；所述硼硅酸盐玻璃，其原料经步骤(1)混合均匀后制备成一定粒径的颗粒，在步骤(2)中，颗粒进行熔制时，再次混合熔融成玻璃，这使得原料经过两次混合，使硼硅酸盐玻璃的均匀性大幅度提高，进而提高玻璃的澄清效果，使得硼硅酸盐玻璃的光学性能提高；采用本申请硼硅酸盐玻璃的制备方法，获得本申请的硼硅酸盐玻璃，具有紫外透过率高、澄清效果优异、制备工艺简单、对环境友好等优势。
在本申请第二方面的一些实施方式中，其中，步骤(1)所述颗粒通过粒径筛选后，颗粒的粒径为1.5-2.5mm。本申请的发明人在研究中发现，当颗粒的粒径过小，制备出的颗粒强度不够，会导致颗粒的成品率较低；当颗粒的粒径过大，会使原料不易分解，导致熔融时间较长，能耗大幅度提高。本申请通过将颗粒的粒径控制在上述范围内，能够得到成品率高、生产效率高的硼硅酸盐玻璃，具有紫外透过率高、澄清效果优异、制备工艺简单、对环境友好等优势。
在本申请第二方面的一些实施方式中，其中，步骤(2)所述熔制，包括升温至1600-1650℃并保温2-4h，进行充分熔制澄清。本申请对熔制的方式不做限定，只要能实现本申请的目的即可，示例性地，可采用熔炉进行升温熔制。
在本申请第二方面的一些实施方式中，其中，步骤(2)所述退火，包括将玻璃块置于500-550℃的温度下，然后冷却至室温；本申请对冷却的方式没有特别的限制，只要能够实现本申请的目的即可，示例性地，将玻璃块置于退火炉中，退火炉温度为500-550℃，然后关闭退火炉，玻璃块随退火炉自然冷却至室温；对玻璃进行退火，能够降低硬度，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，使玻璃结构更稳定。
本申请中，对所述硼硅酸盐玻璃原料的种类没有特别的限制，只要能够实现本申请的目的即可，例如在本申请第二方面的一些实施方式中，所述原料包括SiO2、H3BO3、Na2CO3、K2CO3、NaCl；其中，所述SiO2的粒径为180-220μm，H3BO3的粒径为90-110μm，Na2CO3的粒径为110-130μm，K2CO3的粒径为110-130μm，NaCl的粒径为90-110μm。在本申请中，所述原料的杂质中，铁的含量小于5ppm；本申请的硼硅酸盐玻璃采用不含氧化铝、碱土金属等含铁量高的原料，以避免制得的硼硅酸盐玻璃中铁含量较高的现象，从而保证硼硅酸盐玻璃在紫外波段的高透过率。
在本申请第二方面的一些实施方式中，所述硼硅酸盐玻璃在紫外波段为300-400nm的透过率T≥90％。
本申请中，所述粒径均为Dv50，表示颗粒累积分布为50％的粒径；即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的50％。所述粒径用激光粒度仪进行测定。
以下举出实施例对本申请的实施方式进行更具体地说明。
实施例1
(1)基于原料的总重量，称取氧化物组成为SiO2 79wt％，B2O3 12.5wt％，Na2O5.5wt％，K2O 2wt％，NaCl 1wt％的原料SiO2、H3BO3、Na2CO3、K2CO3、NaCl进行混合，待混合均匀后投放至造粒装置中进行造粒，将得到的颗粒通过粒径筛选后，得到粒径为2mm的颗粒，然后烘干干燥；其中，各原料的粒径分别为：SiO2 200μm，H3BO3 100μm，Na2CO3 120μm，K2CO3120μm，NaCl 100μm；
(2)将干燥后的颗粒投放到熔炉内进行熔制，高温炉体中升温至1630℃，并保温3h；熔制后倒入模具内进行成型，得到玻璃块，将玻璃块置于退火炉中进行退火，退火炉温度为520℃，然后关闭退火炉，玻璃块随退火炉自然冷却至室温，退火后进行切割、磨抛，得到硼硅酸盐玻璃。
实施例2-3
硼硅酸盐玻璃的制备步骤均与实施例1相同，相关制备参数的变化如表1所示。
采用以下性能测试方法对实施例1-3的硼硅酸盐玻璃进行测试，结果如表1所示。
性能测试：
紫外波段300-400nm的平均透过率T：在室温下，使用UV-VIS-NIR分光光度计测试30×30×1mm抛光后的玻璃样品在300-400nm波长范围内的透过率。
熔融温度(Tm)和操作温度(Tw，又称工作温度)测试：使用高温旋转黏度仪，将约300克玻璃料加入Pt坩埚中，在1100-1550℃温度范围下用旋转法来测定玻璃的黏度，得到黏度和温度的曲线，根据曲线得到Tm(10Pa·s)和Tw(103Pa·s)。
澄清效果测试：采用光学显微镜测定玻璃中单位体积内的气泡数量，比较玻璃样品的澄清效果。
表1
通过测试，本申请硼硅酸盐玻璃在紫外波段300-400nm的平均透过率T均大于90％，紫外透过率较高，澄清效果较好。
综上，本申请提供的硼硅酸盐玻璃及其制备方法，其中，基于所述硼硅酸盐玻璃的总重量，所述硼硅酸盐玻璃包括：SiO2 75-85wt％，B2O3 8-15wt％，Na2O 4-7wt％，K2O 1-3wt％，NaCl 0.8-1.2wt％，Fe2O3<5ppm。采用本申请硼硅酸盐玻璃的制备方法，获得本申请的硼硅酸盐玻璃，具有紫外透过率高、澄清效果优异、制备工艺简单、对环境友好等优势。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。