一种高纯不透明石英玻璃的制造方法

技术领域

本申请涉及一种高纯不透明石英玻璃的制造方法，属石英玻璃生产技术领域。

背景技术

现有不透明石英玻璃的生产一般是通过掺入起泡剂、注凝成型或利用硅化合物等方式进行生产。

向石英砂中掺入起泡剂（有机硅化合物、氮化硅粉等），通过氢氧焰或电加热将石英砂熔化成石英玻璃时，起泡剂在玻璃熔融温度条件下分解产生气体并封闭在玻璃中，得到不透明石英玻璃产品。由这样的制造方法制造的不透明石英玻璃通常存在发泡剂发生气化形成气孔的平均直径大、气孔的丰度低，导致不透明石英玻璃的密度和红外光的遮光性较低，由于密度低导致其存在产品使用寿命短等缺陷。

注凝成型是基于有机单体黏结剂原位聚合形成高分子网络，将SiO2粉末颗粒凝聚在一起的一项技术。在热分解时产生的气体成分有害，易对环境造成污染。此外，在将非晶态二氧化硅粉末与有机单体混合时也有可能发生二次污染，且很难混合均匀，最终会导致不透明石英玻璃的密度和遮光率不均匀。

利用硅化合物（SiCl4等）火焰水解制得多孔的二氧化硅灰体，利用其比表面积大的特点，在氮气气氛中使氮在二氧化硅表面富集，再在玻璃熔融温度条件下被释放出来，在石英玻璃中形成封闭气孔，得到不透明石英玻璃产品。一方面其同样存在形成气孔的平均直径较大、气孔的含有丰度较低；另一方面由于氮气富集的过程并不可控，会导致不透明石英玻璃的密度和遮光率不均匀。

因此有必要研发一种高纯不透明石英玻璃的制造方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术不足，提供一种能有效调整气孔直径，提高气孔丰度，有效提高密度和遮光率均匀性的高纯不透明石英玻璃的制造方法。

本发明的技术方案是：

一种高纯不透明石英玻璃的制造方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）对石英玻璃破碎筛分获得石英砂细粒；

2）向球磨机中加入石英砂细粒和去离子水进行湿磨获得浆料；

3）去除浆料中的磨球，向浆料中加入乳酸，旋转均化至无明显沉降；

4）将浆料注入模具中，脱水后脱模获得多孔的生坯；

5）对生坯静置后，恒温干燥；

6）对干燥的生坯烧结获得成品。

所述的石英砂细粒的要求为粒径为150-3000μm，杂质含量小于30ppm。

优选的，所述的石英砂细粒的要求为粒径为150-3000μm，杂质含量小于20ppm。

所述的浆料含水率控制在17-22 %（重量百分比），浆料的粒度分布要求为D90值小于50μm，D50值小于15μm，D10值小于2μm。

所述的乳酸加入量（重量百分比）为0.1-1%，旋转均化的时间为24-100h。

所述的静置为在恒温恒湿环境中静置1-3天；烘干为逐渐升温至120℃的干燥箱中烘干48h。

所述的烧结时以20℃/h的升温速率升温至1000℃后，恒温1h；恒温完成后，以10℃/h升温速率升温至1370-1500℃，恒温1-5h；恒温完成后，以100℃/h的降温速率降温至室温。

本发明的有益效果在于：

该高纯不透明石英玻璃的制造方法通过调控石英砂的粒度能调节石英砂之间的孔隙的方式能有效调控成品中气孔的平均直径和丰度，从而有效控制成品的密度和遮光率，使得成品具有较长的使用寿命和良好的热阻断性。解决了现有生产方式不能控制气孔直径和丰度，导致成品的密度和遮光性低的问题。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明实施例1成品的光谱透过率统计图；

图3是本发明实施例2成品的光谱透过率统计图；

图4是本发明实施例3成品的光谱透过率统计图。

具体实施方式

实施例1

该高纯不透明石英玻璃的制造方法，它包括以下步骤：

对石英砂破碎筛分获得石英砂细粒，石英砂细粒的粒径要求为150-3000μm，石英砂细粒中的杂质包括Al、K、Na、Li、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Cr、Ti、Ni、B元素的杂质，本实施例中杂质含量为：

向卧式滚筒球磨机中加入石英砂细粒和去离子水进行湿磨获得固含量为79 %（重量百分比）的浆料。所使用的卧式滚筒球磨机滚筒内衬为聚氨酯或尼龙，研磨介质为玛瑙球或石英玻璃球，研磨介质直径为10-60mm。在通过卧式滚筒球磨机进行湿磨时，通过检验控制浆料的粒度，浆料粒度分布为D90值为35.632μm，D50值为7.6μm，D10值1.098μm。

湿磨达到浆料的粒度分布要求后，由卧式滚筒球磨机中取出磨球，向浆料中加入0.1-1%（重量百分比）的乳酸作为稳定剂，通过卧式滚筒球磨机旋转均化72h，使浆料无明显沉降（即，使浆料中各粒径的石英砂细粒混合均匀）。浆料混合均匀后，通过真空对浆料进行脱泡。

将均化后的浆料注入φ500*700mm圆柱形石膏模具中。注浆后，对模具中的浆料进行脱水。脱水时由单一方向进行脱水，以便于控制吸水时水的流动方向和流动速度，从而保证在脱水过程中不会破坏石英砂细粒的结构，保证石英砂细粒各粒度分布均匀。

脱水后脱模获得多孔的生坯，石英砂细粒堆积使得石英砂细粒之间形成孔隙，由于控制了石英砂细粒的粒度，能有效控制石英砂细粒堆积时的孔隙直径大小和孔隙丰度，石英砂细粒粒度越大时，石英砂细粒之间的孔隙越大，孔隙丰度越低；石英砂细粒粒度越小时，石英砂细粒之间的孔隙越小，孔隙丰度越高。同时由于石英砂细粒粒度通过浆料的均匀混合，使得石英砂细粒之间的孔隙分布均匀。

将生坯在恒温恒湿环境中静置养护2天。对生坯静置后，将生坯置于干燥箱中，对干燥箱逐渐升温至120℃干燥48h，将生坯恒温干燥至重量恒定，使生坯彻底干燥。

对干燥的生坯烧结，烧结时以20℃/h的升温速率升温至1000℃后，恒温1h；1000℃恒温1h后，以10℃/h升温速率升温至1410℃，恒温4h。1410℃恒温完成后，以100℃/h的降温速率降温至室温获得成品。烧结时，石英砂细粒相互结合，使石英砂细粒之间的孔隙包裹形成气孔，由于对石英砂细粒之间的孔隙的直径和丰度进行控制，从而能控制气孔的直径和丰度，由此控制成品的密度和遮光率。其获得成品的密度为2.168g/cm³。

实施例2

该高纯不透明石英玻璃的制造方法，它包括以下步骤：

对石英砂破碎筛分获得石英砂细粒，石英砂细粒的粒径要求为150-3000μm，石英砂细粒中的杂质包括Al、K、Na、Li、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Cr、Ti、Ni、B元素的杂质，本实施例中杂质含量为：

向卧式滚筒球磨机中加入石英砂细粒和去离子水进行湿磨获得固含量为82 %（重量百分比）的浆料。所使用的卧式滚筒球磨机滚筒内衬为聚氨酯或尼龙，研磨介质为玛瑙球或石英玻璃球，研磨介质直径为10-60mm。在通过卧式滚筒球磨机进行湿磨时，通过检验控制浆料的粒度，浆料粒度分布D90值为34.441μm，D50值为7.1μm，D10值为1.008μm。

湿磨达到浆料的粒度分布要求后，由卧式滚筒球磨机中取出料浆，向浆料中加入0.1-1%（重量百分比）的乳酸作为稳定剂，通过卧式滚筒球磨机旋转均化72h，使浆料无明显沉降（即，使浆料中各粒径的石英砂细粒混合均匀）。浆料混合均匀后，通过真空对浆料进行脱泡。

将均化后的浆料注入外径OD=280mm,内径ID=230mm,高H=100mm的环形石膏模具中。注浆后，对模具中的浆料进行脱水。脱水时由单一方向进行脱水，以便于控制吸水时水的流动方向和流动速度，从而保证在脱水过程中不会破坏石英砂细粒的结构，保证石英砂细粒各粒度分布均匀。

脱水后脱模获得多孔的生坯，石英砂细粒堆积使得石英砂细粒之间形成孔隙，由于控制了石英砂细粒的粒度，能有效控制石英砂细粒堆积时的孔隙直径大小和孔隙丰度，石英砂细粒粒度越大时，石英砂细粒之间的孔隙越大，孔隙丰度越低；石英砂细粒粒度越小时，石英砂细粒之间的孔隙越小，孔隙丰度越高。同时由于石英砂细粒粒度通过浆料的均匀混合，使得石英砂细粒之间的孔隙分布均匀。

将生坯在恒温恒湿环境中静置养护2天。对生坯静置后，将生坯置于干燥箱中，对干燥箱逐渐升温至120℃干燥48h，将生坯恒温干燥至重量恒定，使生坯彻底脱水。

对干燥的生坯烧结，烧结时以20℃/h的升温速率升温至1000℃后，恒温1h；1000℃恒温1h后，以10℃/h升温速率升温至1420℃，恒温4h。1420℃恒温完成后，以100℃/h的降温速率降温至室温获得成品。烧结时，石英砂细粒相互结合，使石英砂细粒之间的孔隙包裹形成气孔，由于对石英砂细粒之间的孔隙的直径和丰度进行控制，从而能控制气孔的直径和丰度，由此控制成品的密度和遮光率。其获得成品的密度为2.174g/cm³。

实施例3

该高纯不透明石英玻璃的制造方法，它包括以下步骤：

对石英砂破碎筛分获得石英砂细粒，石英砂细粒的粒径要求为300-1500μm，石英砂细粒中的杂质包括Al、K、Na、Li、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Cr、Ti、Ni、B元素的杂质，本实施例中杂质含量为：

向卧式滚筒球磨机中加入石英砂细粒和去离子水进行湿磨获得固含量为78%（重量百分比）的浆料。所使用的卧式滚筒球磨机滚筒内衬为聚氨酯或尼龙，研磨介质为玛瑙球或石英玻璃球，研磨介质直径为10-60mm。在通过卧式滚筒球磨机进行湿磨时，通过检验控制浆料的粒度，浆料粒度分布值D90值为26.459μm，D50值为6.5μm，D10值为0.976μm。

湿磨达到浆料的粒度分布要求后，由卧式滚筒球磨机中取出料浆，向浆料中加入0.1-1%（重量百分比）的乳酸作为稳定剂，通过卧式滚筒球磨机旋转均化72h，使浆料无明显沉降（即，使浆料中各粒径的石英砂细粒混合均匀）。浆料混合均匀后，通过真空对浆料进行脱泡。

将均化后的浆料注入长*宽*高为700*300*100的长方体石膏模具中。注浆后，对模具中的浆料进行脱水。脱水时由单一方向进行脱水，以便于控制吸水时水的流动方向和流动速度，从而保证在脱水过程中不会破坏石英砂细粒的结构，保证石英砂细粒各粒度分布均匀。

脱水后脱模获得多孔的生坯，石英砂细粒堆积使得石英砂细粒之间形成孔隙，由于控制了石英砂细粒的粒度，能有效控制石英砂细粒堆积时的孔隙直径大小和孔隙丰度，石英砂细粒粒度越大时，石英砂细粒之间的孔隙越大，孔隙丰度越低；石英砂细粒粒度越小时，石英砂细粒之间的孔隙越小，孔隙丰度越高。同时由于石英砂细粒粒度通过浆料的均匀混合，使得石英砂细粒之间的孔隙分布均匀。

将生坯在恒温恒湿环境中静置养护2天。对生坯静置后，将生坯置于干燥箱中，对干燥箱逐渐升温至120℃干燥48h，将生坯恒温干燥至重量恒定，使生坯彻底脱水。

对干燥的生坯烧结，烧结时以20℃/h的升温速率升温至1000℃后，恒温1h；1000℃恒温1h后，以10℃/h升温速率升温至1450℃，恒温3h。1450℃恒温完成后，以100℃/h的降温速率降温至室温获得成品。烧结时，石英砂细粒相互结合，使石英砂细粒之间的孔隙包裹形成气孔，由于对石英砂细粒之间的孔隙的直径和丰度进行控制，从而能控制气孔的直径和丰度，由此控制成品的密度和遮光率。其获得成品的密度为2.183g/cm³。

该高纯不透明石英玻璃的制造方法通过调控石英砂的粒度能调节石英砂之间的孔隙的方式能有效调控成品中气孔的平均直径和丰度，从而有效控制成品的密度和遮光率，使得成品具有较长的使用寿命和良好的热阻断性。解决了现有生产方式不能控制气孔直径和丰度，导致成品的密度和遮光性低的问题。