耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃、强化玻璃及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及玻璃生产制造技术领域，特别是涉及一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

硼硅酸盐玻璃是一种重要的无机材料，其具有良好的理化性能，且原料简单易得，因此，在日用化工、电子显示、核废料处理等方面有着广泛的商业用途。其中，高硼硅酸盐玻璃的组分中SiO

传统的耐火焰冲击的高硼硅酸盐玻璃具有较高的抗热冲击性和化学稳定性，但机械强度较低。提高玻璃机械强度的方法主要分为物理钢化法和化学强化法。物理钢化时需要有较大的热膨胀系数，在急冷急热的工艺下在表面形成压应力而低铝高硼硅酸盐玻璃热膨胀系数低，使其不易进行物理钢化。化学强化法是通过将玻璃表面的小半径离子置换为大半径离子，形成挤压效应，在玻璃表面形成压应力，通过改变玻璃表面的组成提高玻璃的强度，使得玻璃可以更好地应用于显示器件等领域。化学强化法需要玻璃具有较高的Al

因此，如何得到一种同时具有低热膨胀系数和高机械强度的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃一直是亟需解决的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种同时具有低热膨胀系数和高机械强度的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃及其制备方法。

本申请的一方面，提供一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO

在其中一个实施例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO

在其中一个实施例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO

在其中一个实施例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，A的数值为70～107，其中A＝13.7×K

在其中一个实施例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，B的数值为1590～2000，其中B＝25.1×SiO

在其中一个实施例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分还包括0％～0.5％的氯化物及0％～0.5％的CeO

在其中一个实施例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃满足如下特征(1)～(3)中的一种或多种：

(1)在50℃～300℃范围内的热膨胀系数为(50～90)×10

(2)表面应力为400MPa～900MPa；

(3)应力层深度为15μm～50μm。

本申请的再一方面，提供一种上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的制备方法，包括如下步骤：

按照所述组分称取原料，加热至熔制温度，保温4小时～8小时，制备熔融液；

将所述熔融液成型，在600℃～700℃的温度下退火，制备所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。

本申请的又一方面，提供一种强化玻璃，通过上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃进行化学强化获得，所述化学强化处理的步骤包括：将退火后的样品置于硝酸钾熔盐中，在390℃～460℃的温度下，保温2小时～8小时。

本申请的再一方面，提供一种上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃作为幕墙玻璃、防火玻璃、耐热器皿玻璃、家居装饰玻璃、药用玻璃、汽车玻璃、太阳能集热管玻璃或显示器件用盖板玻璃的应用。

采用本申请中组分质量百分比的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，在具备较低的热膨胀系数和较高的软化点的同时，还具备较高的机械性能，经一步化学强化后表面应力为400MPa～900MPa，应力层深度为15μm～50μm，耐火焰冲击时间持久。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本申请进行更全面的描述。下文中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

有技术涉及一种铝硅酸盐玻璃用组合物，包含：59wt％～62wt％的SiO

有技术涉及一种铝硼硅玻璃组合物、玻璃板及玻璃板的制备方法。该铝硼硅玻璃组合物包含SiO

传统的高硼硅酸盐平板玻璃主要有硼硅3.3玻璃和硼硅4.0玻璃两类。高硼硅3.3玻璃主要成分为SiO

本申请提供一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，在具备较低的热膨胀系数和较高的软化点的同时，还具备较高的机械性能，经一步化学强化后表面应力为400MPa～900MPa，应力层深度为15μm～50μm，耐火焰冲击时间持久。

下面对本申请提供的一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃及其制备方法和应用作具体说明。

本申请的一方面，提供一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO

二氧化硅(SiO

氧化铝(Al

氧化硼(B

Na

氧化钾(K

氧化镁(MgO)是玻璃的网络体外氧化物，能够降低玻璃的熔点，在高温时能够降低玻璃的黏度，促进玻璃的熔化和澄清，改善均匀性的同时增强抗水解性。MgO也能使玻璃趋于温度，增强玻璃的耐久性，防止玻璃产生结晶，抑制玻璃中碱金属离子的移动，同时提高玻璃的弹性模量。MgO在低温下可以增强玻璃网络空间的稳定性，一定程度上可以降低玻璃的热膨胀系数，但其对离子交换存在阻碍的作用。因此，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，MgO的质量百分比为10％～16％，具体地，MgO的质量百分比包括但不限于10％、11％、12％、13％、14％、15％或16％，优选地，MgO的质量百分比为11～15％，更优选地，MgO的质量百分比为11～14％。

氧化锌(ZnO)属于二价金属氧化物，同样具有碱土金属氧化物的作用。在硅酸盐玻璃体系中加入ZnO，可以有效降低玻璃的熔化温度和玻璃化转变温度，同时提高玻璃基体的耐碱性。在耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃体中，Zn原子常存在于[ZnO

ZrO

在其中一个示例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO

在其中一个示例中，以质量百分数计，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分包括：SiO

在其中一个示例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，A的数值为70～107，其中A＝13.7×K

在其中一个实施例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分中，以质量百分数计，B的数值为1590～2000，其中B＝25.1×SiO

进一步地，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的组分还包括氯化物和CeO

在其中一个示例中，所述氯化物选自NaCl、NaClO

在其中一个示例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃在50℃～300℃范围内的热膨胀系数为(50～90)×10

在其中一个示例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的表面应力为400MPa～900MPa。

在其中一个示例中，所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的应力层深度为15μm～50μm。

本申请的又一方面，提供一种上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的制备方法，包括如下步骤：

按照所述组分称取原料，加热至熔制温度，保温4小时～8小时，制备熔融液；

将所述熔融液成型，在600℃～700℃的温度下退火，制备所述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。

在其中一个示例中，上述耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的制备方法包括如下步骤：

S110：准备原料：按照所述组分称取原料，充分搅拌混合。原料可以为氧化物和碳酸盐等，总质量大于500g。

S120：熔制：将混合后的原料置于坩埚中进行熔制。不作限制地，坩埚可以为体积大于400mL的铂金坩埚。将坩埚放入硅钼炉中，加热至熔制温度，保温4～8小时，并使其均化，制备熔融液。不作限制地，熔制温度为1650℃。

S130：成型：将上述熔融液浇铸到模具中浇铸成型。

S140：退火：将成型后的样品置于退火炉中退火，退火温度为600～700℃，制备耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。

性能测试：将耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃切割成尺寸为25mm×7mm×0.7mm的玻璃片，参照GB/T16920-2015标准，使用德国耐驰的NETZSCH-DIL 402PC热膨胀仪测试玻璃在5℃/min的升温速率下的热膨胀曲线，得到玻璃的玻璃化转变温度Tg、热膨胀系数CTE(50～300℃)。

本申请的又一方面，提供一种强化玻璃，通过上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃进行化学强化获得，所述化学强化处理的步骤包括：将退火后的样品置于硝酸钾熔盐中，在390℃～460℃的温度下，保温2小时～8小时。

使用FSM-6000LE双折射应力仪，参照标准GB/T18144-2008，测试上述强化玻璃的表面应力值CS和应力层深度Dol。

耐火焰冲击测试：将上述强化玻璃经沈阳科晶的STX-1203线切割机切割成35mm×35mm×6mm的玻璃片，经深圳海德的HD-640-5L双面研磨抛光机减薄抛光后，使用液化丁烷气喷枪外焰灼烧玻璃中心区域，实测火焰与玻璃接触面的温度在约800℃，灼烧直至玻璃样品裂开或者炸裂，观察玻璃破裂或严重变形的程度，记录耐火失效时间。

可以理解的是，上述测试方式和测试设备，是本行业领域内评价玻璃相关性能的常用方式，只是表征或是评价本发明技术方案和技术效果的一种手段，亦可采用其他测试方式和测试设备，并不影响最终结果。

本申请的再一方面，提供一种上述的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃作为幕墙玻璃、防火玻璃、耐热器皿玻璃、家居装饰玻璃、药用玻璃、汽车玻璃、太阳能集热管玻璃或显示器件用盖板玻璃的应用。

采用本申请中组分质量百分比的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃，在具备较低的热膨胀系数和较高的软化点的同时，还具备较高的机械性能，经一步化学强化后表面应力为400MPa～900MPa，应力层深度为15μm～50μm，耐火焰冲击时间持久。

以下结合具体实施例对本发明提供的一种耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃及其制备方法进行具体说明。

以下为具体实施例。

实施例1～26

实施例1～26均提供耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。按照表1中各组分的质量百分比，计算并称取各组分对应的原料，充分搅拌混合后投入铂金坩埚中，再将铂金坩埚放入硅钼炉中，升温至1650℃，熔融澄清6小时，使其均化并浇铸到模具中浇铸成型，将成型后的玻璃置于退火炉中，在650℃下退火，得到耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃。

表1组分

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对实施例1～26制备得到的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃进行检测，检测结果见表2。其中，Tg为玻璃化转变温度，单位℃；CTE为玻璃50～300℃的热膨胀系数，单位×10

表2耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃性能测试

从表1的数据可以看出：采用本申请组分配比的实施例1～26的耐火焰冲击的硼硅酸盐玻璃的玻璃化转变温度Tg为604～675℃，在50～300℃具有(52～82)×10

对比例1～10

对比例1～10提供的玻璃的具体制备方法与实施例1相同，不同之处在于：各组分的质量百分比不同。对比例1～10的各组分的质量百分比如下表3所示。

表3组分

对对比例1～10制备得到的硼硅酸盐玻璃进行检测，检测结果见表4。其中，Tg为玻璃化转变温度，单位℃；CTE为玻璃50～300℃的热膨胀系数，单位×10

表4玻璃性能测试

从表4的数据可以看出：对比例1和2的组分中SiO

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。