一种轻质石英玻璃杯及其制备方法
阅读说明：本技术 一种轻质石英玻璃杯及其制备方法 (Light quartz glass cup and preparation method thereof ) 是由 王夕增 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轻质石英玻璃杯,其特征在于：由以下重量份的组分构成：石英砂100-120份、纳米硅粉10-15份、碳酸钙1-2份、硼砂1-3份、蓝晶石0.5-1份、硝酸钾1-2份、硝酸钠1-2份、玻璃纤维0.5-1份、氟化钠0.2-0.5份、稀土氧化物0.01-0.05份。本发明通过在主料石英砂中加入一定量的纳米硅粉,以减轻玻璃杯的重量,而玻璃纤维和稀土氧化物可以增加玻璃杯的韧性,以及提高耐骤冷骤热；蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠等提高玻璃杯的透光性和光亮度。(The invention discloses a light quartz glass cup, which is characterized in that: the paint comprises the following components in parts by weight: 100 portions of quartz sand, 10 to 15 portions of nano silicon powder, 1 to 2 portions of calcium carbonate, 1 to 3 portions of borax, 0.5 to 1 portion of kyanite, 1 to 2 portions of potassium nitrate, 1 to 2 portions of sodium nitrate, 0.5 to 1 portion of glass fiber, 0.2 to 0.5 portion of sodium fluoride and 0.01 to 0.05 portion of rare earth oxide. According to the invention, a certain amount of nano silicon powder is added into the quartz sand as the main material, so that the weight of the glass cup is reduced, and the glass fiber and the rare earth oxide can increase the toughness of the glass cup and improve the resistance to shock cooling and shock heating; kyanite, potassium nitrate, sodium nitrate and the like improve the light transmission and the brightness of the glass.)
技术领域
本发明涉及玻璃杯
技术领域
，尤其涉及一种轻质石英玻璃杯及其制备方法。背景技术
玻璃按成分分为非氧化物玻璃和氧化物玻璃，氧化物玻璃分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。硅酸盐玻璃指基本成分为Si02的玻璃，是一种无色的透明材料，产量最大，用途最广、价格低廉，常按玻璃中Si02以及碱金属、碱土金属氧化物的不同含量，又分为：1.石英玻璃：石英玻璃指Si02含量在98-99.9％之间的玻璃，该玻璃热膨胀系数低，耐高温，化学稳定性好，透紫外光和红外光，熔制温度高、粘度大，缺点是成型较难；2.钠钙玻璃；3.铅硅酸盐玻璃；4.铝硅酸盐玻璃；5.硼硅酸盐玻璃。对于石英玻璃缺陷也很明显，相对较重、易碎，不能承受骤冷骤热，因此需要对石英玻璃进行改进，得到一种轻质、韧性强的玻璃。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种轻质石英玻璃杯，解决了石英玻璃杯成品较重、易碎、不耐骤冷骤热等问题。
根据本发明提出的一种轻质石英玻璃杯，由以下重量份的组分构成：石英砂100-120份、纳米硅粉10-15份、碳酸钙1-2份、硼砂1-3份、蓝晶石0.5-1份、硝酸钾1-2份、硝酸钠1-2份、玻璃纤维0.5-1份、氟化钠0.2-0.5份、稀土氧化物0.01-0.05份。
在本发明的一些实施例中，由以下重量份的组分构成：石英砂110份、纳米硅粉12份、碳酸钙1.5份、硼砂2份、蓝晶石0.8份、硝酸钾1.5份、硝酸钠1.5份、玻璃纤维0.8份、氟化钠0.4份、稀土氧化物0.03份。
在本发明的另一些实施例中，所述纳米硅粉的粒径在1-4nm。
在本发明的另一些实施例中，所述稀土氧化物为三氧化二铈、二氧化铈、氧化铈或氧化钇中的一种或多种混合物。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法，具体步骤如下：
S1：将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合，再加入到超声分散机内超声分散30-45min，得混合A料；
S2：将混合A料放入球磨机内，再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物，进行球磨，球料质量比5:1，球磨1-3h；
S3：将球磨后物料送入到熔炉，在1700-1750℃下，保温熔融5-10h，得玻璃熔融体；
S4：将玻璃熔融体送入成型机，制成玻璃杯，然后降温到500-550℃，放入退火炉内退火，退火后，自然冷却至常温；
S5：冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化，得成品。
在本发明的另一些实施例中，所述步骤步骤S3中，熔炉熔化原料时，在气相氟源的气体下熔化，所述气相氟源选自氟化氢、氟化氮、氟化硫、氟化烃中一种或多种混合物。
在本发明的另一些实施例中，所述玻璃熔融体送入成型机内成型后，进行缓慢降温，降温速率为5-8℃/min，降温到500-550℃，保温30-45min，退火炉内温度350℃-450℃，退火2-3h。
在本发明的另一些实施例中，所述步骤S5中钢化步骤为：玻璃杯送入350-400℃的钢化炉中预热1-1.5h，将玻璃杯升温至600-650℃，保温30-35min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
本发明中，通过在主料石英砂中加入一定量的纳米硅粉，以减轻玻璃杯的重量，而玻璃纤维和稀土氧化物可以增加玻璃杯的韧性，以及提高耐骤冷骤热；蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠等提高玻璃杯的透光性和光亮度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种轻质石英玻璃杯，由以下重量份的组分构成：石英砂100份、纳米硅粉10份、碳酸钙1份、硼砂1份、蓝晶石0.5份、硝酸钾1份、硝酸钠1份、玻璃纤维0.5份、氟化钠0.2份、稀土氧化物0.01份。
所述稀土氧化物为三氧化二铈。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法，具体步骤如下：
S1：将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合，再加入到超声分散机内超声分散30min，得混合A料；
S2：将混合A料放入球磨机内，再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物，进行球磨，球料质量比5:1，球磨1h；
S3：将球磨后物料送入到熔炉，在1700℃下，保温熔融10h，得玻璃熔融体；
S4：将玻璃熔融体送入成型机，制成玻璃杯，然后降温到500℃，放入退火炉内退火，退火后，自然冷却至常温；
S5：冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化，得成品。
其中，所述步骤步骤S3中，熔炉熔化原料时，在气相氟源的气体下熔化，所述气相氟源选自氟化氢和氟化氮混合物；所述玻璃熔融体送入成型机内成型后，进行缓慢降温，降温速率为5℃/min，降温到500℃，保温30min，退火炉内温度350℃，退火2h；所述步骤S5中钢化步骤为：玻璃杯送入350℃的钢化炉中预热1h，将玻璃杯升温至600℃，保温30min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例2
一种轻质石英玻璃杯，由以下重量份的组分构成：石英砂120份、纳米硅粉15份、碳酸钙2份、硼砂3份、蓝晶石1份、硝酸钾2份、硝酸钠2份、玻璃纤维1份、氟化钠0.5份、稀土氧化物0.05份。
所述稀土氧化物为二氧化铈和氧化铈的混合物。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法，具体步骤如下：
S1：将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合，再加入到超声分散机内超声分散45min，得混合A料；
S2：将混合A料放入球磨机内，再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物，进行球磨，球料质量比5:1，球磨3h；
S3：将球磨后物料送入到熔炉，在1750℃下，保温熔融5h，得玻璃熔融体；
S4：将玻璃熔融体送入成型机，制成玻璃杯，然后降温到550℃，放入退火炉内退火，退火后，自然冷却至常温；
S5：冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化，得成品。
其中，所述步骤步骤S3中，熔炉熔化原料时，在气相氟源的气体下熔化，所述气相氟源选自氟化氢、氟化氮、氟化硫、氟化烃中一种或多种混合物；所述玻璃熔融体送入成型机内成型后，进行缓慢降温，降温速率为8℃/min，降温到500-550℃，保温30-45min，退火炉内温度350℃-450℃，退火3h；所述步骤S5中钢化步骤为：玻璃杯送入400℃的钢化炉中预热1.5h，将玻璃杯升温至650℃，保温35min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例3
一种轻质石英玻璃杯，由以下重量份的组分构成：石英砂110份、纳米硅粉12份、碳酸钙1.5份、硼砂2份、蓝晶石0.8份、硝酸钾1.5份、硝酸钠1.5份、玻璃纤维0.8份、氟化钠0.4份、稀土氧化物0.03份。
所述稀土氧化物为氧化铈和氧化钇中的混合物。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法，具体步骤如下：
S1：将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合，再加入到超声分散机内超声分散40min，得混合A料；
S2：将混合A料放入球磨机内，再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物，进行球磨，球料质量比5:1，球磨2h；
S3：将球磨后物料送入到熔炉，在1725℃下，保温熔融8h，得玻璃熔融体；
S4：将玻璃熔融体送入成型机，制成玻璃杯，然后降温到525℃，放入退火炉内退火，退火后，自然冷却至常温；
S5：冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化，得成品。
其中，所述步骤步骤S3中，熔炉熔化原料时，在气相氟源的气体下熔化，所述气相氟源选自氟化氢、氟化氮、氟化硫、氟化烃中一种或多种混合物；所述玻璃熔融体送入成型机内成型后，进行缓慢降温，降温速率为5-8℃/min，降温到525℃，保温38min，退火炉内温度400℃，退火2.5h；所述步骤S5中钢化步骤为：玻璃杯送入380℃的钢化炉中预热1.2h，将玻璃杯升温至625℃，保温32min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
实施例4
一种轻质石英玻璃杯，由以下重量份的组分构成：石英砂100份、纳米硅粉15份、碳酸钙1份、硼砂3份、蓝晶石0.5份、硝酸钾2份、硝酸钠1份、玻璃纤维1份、氟化钠0.2份、稀土氧化物0.05份。
所述稀土氧化物为三氧化二铈和氧化钇的混合物。
一种轻质石英玻璃杯的制备方法，具体步骤如下：
S1：将碳酸钙、硼砂、蓝晶石、硝酸钾、硝酸钠、氟化钠放入混合机内混合，再加入到超声分散机内超声分散30min，得混合A料；
S2：将混合A料放入球磨机内，再加入石英砂、纳米硅粉、玻璃纤维、氟化钠、稀土氧化物，进行球磨，球料质量比5:1，球磨3h；
S3：将球磨后物料送入到熔炉，在1730℃下，保温熔融8h，得玻璃熔融体；
S4：将玻璃熔融体送入成型机，制成玻璃杯，然后降温到540℃，放入退火炉内退火，退火后，自然冷却至常温；
S5：冷却后玻璃杯送入钢化箱钢化，得成品。
其中，所述步骤步骤S3中，熔炉熔化原料时，在气相氟源的气体下熔化，所述气相氟源选自氟化氢、氟化氮、氟化硫、氟化烃中一种或多种混合物；所述玻璃熔融体送入成型机内成型后，进行缓慢降温，降温速率为7℃/min，降温到540℃，保温32min，退火炉内温度450℃，退火2h；所述步骤S5中钢化步骤为：玻璃杯送入400℃的钢化炉中预热1h，将玻璃杯升温至650℃，保温30min，将玻璃杯移出钢化炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃杯的两面，使其迅速均匀地冷却至室温。
性能测试：1、将本发明实施例1-4中制备的玻璃杯从高度为1m的空中落在地面上，玻璃杯不会破损；以200g质量的钢球冲击玻璃杯杯底，玻璃杯不会破损。2、可耐骤冷骤热，能承受的温差为120-135℃。3、莫氏硬度可达到5.8；有害元素析出量As≤0.05mg/L，Sb≤0.15mg/L，Pb≤0.08mg/L。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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