專利名稱：SiO₂-Sb₂O₃-Bi₂O₃系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬仿藍(lán)寶玉石玻璃領(lǐng)域，特別是涉及一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石 玻璃。
背景技術(shù)：
寶石材料的基本要素是美麗、耐久和稀少，作為一種人工材料，仿寶玉石玻璃不具 有稀少的特性，但是作為一種寶玉石的替代品，仿寶玉石玻璃必須具備美麗特性。所以，要 制備出高質(zhì)量的仿寶玉石玻璃，必須使其折射率達(dá)到一定的水平，同時(shí)要有艷麗的顏色。普通玻璃主要有三種，分別為冕牌玻璃、硼硅酸鹽冕牌玻璃、熔煉二氧化硅，以上 三種玻璃的折射率較低(折射率RI < 1. 5)。為了提高折射率，玻璃制造商在玻璃種加入氧 化鉛，普通鉛玻璃的RI可以達(dá)到1. 60，其中的氧化鉛含量一般小于40%，它們色彩和光澤 耀眼，是很好的寶石仿制品。研究表明，仿寶石玻璃以高鉛或中鉛玻璃為基礎(chǔ)成分，加入各 種稀土著色劑，以達(dá)到各種寶石的效果。玻璃中的鉛含量越高，RI和DISP值越大，硬度越 小。但是酸性物質(zhì)可以緩慢將鉛玻璃中的鉛溶解出來(lái)。鉛對(duì)人體健康的危害，是通過(guò)鉛進(jìn) 入人體產(chǎn)生作用的。鉛可以通過(guò)皮膚接觸和口腔、呼吸道進(jìn)入人體，鉛能與多種器官親和， 對(duì)神經(jīng)、血液、消化道、心腦血管、泌尿道等多個(gè)系統(tǒng)造成損害，嚴(yán)重影響人體健康。從發(fā)展 趨勢(shì)看，以無(wú)鉛玻璃代替有鉛玻璃勢(shì)在必行。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)采用某種光學(xué)玻璃制備水晶球 和水晶飾品，折射率Nd為1. 51630 1. 51671，光學(xué)性質(zhì)不如鉛玻璃，但成本比鉛玻璃低。在目前的普通玻璃或仿寶石玻璃中，往往通過(guò)加入高鈦等以提高玻璃的諸如折射 率等光學(xué)性能，但是鈦的含量過(guò)多會(huì)影響基質(zhì)玻璃本身的透明度，從而影響仿寶石的效果。 另外，在目前的普通玻璃或仿寶石玻璃中，往往加入含量不超過(guò)1 %的Sb2O3 (以氧化物基準(zhǔn) 的質(zhì)量％計(jì))對(duì)玻璃熔融進(jìn)行脫泡。在本發(fā)明中通過(guò)調(diào)整配方組成，加入含量超過(guò)20%的 Sb2O3(以氧化物基準(zhǔn)的重量％計(jì))不僅可以在一定程度上提高玻璃的折射率，同時(shí)，由于 減少了鈦、鈮等物質(zhì)的使用量后，增加了基質(zhì)玻璃的透明度，大大提高了玻璃仿寶玉石的效 果。至今還未見有關(guān)意以SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)在高銻含量的情況下制備無(wú)鉛、高折射率仿 藍(lán)寶石方面的報(bào)道。參考文獻(xiàn)[1]張蓓莉主編，系統(tǒng)寶石學(xué)，北京地質(zhì)出版社，2006[2]陳運(yùn)勝，玻璃在珠寶領(lǐng)域中的應(yīng)用，珠寶科技，Vol. 4 No. 2，1992[3]阮進(jìn)，仿紅寶石玻璃制備與天然紅寶石充填，寶石和寶石學(xué)雜志，Vol. IONo. 2， 2008[4]王承運(yùn)等，仿珠寶玻璃的制造，玻璃與搪瓷，Vol. 34 No. 3，2006[5]劉慶祥，人工材料和化工產(chǎn)品在寶石業(yè)中的應(yīng)用，Vol. 19 No. 1,2005[6]王承運(yùn)等，水晶玻璃的過(guò)去，現(xiàn)在與未來(lái)，玻璃，No. 6，2007[7]陳汴琨主編，中國(guó)人工寶石，地質(zhì)出版社，2008。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，該 仿藍(lán)寶玉石玻璃不含鉛、砷等對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，折射率高(大于1.65)，具有良好的光學(xué) 性能。本發(fā)明的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，該玻璃的組成包括以氧 化物基準(zhǔn)的質(zhì)量％計(jì)，Sb2O3含量< 65%，0%< SiO2含量< 45%，2%< Bi2O3含量 < 20%和 0%彡 Li20+Na20+K20 總含量彡 20%。所述玻璃的組成包括，以氧化物基準(zhǔn)的質(zhì)量％計(jì)，含有Sb20320_65%、Si020_40%、 Li2O 0-10%, Na2O 0-15%, K2O 0-10%, CaO 0-10%, BaO 0-10%, SrOO-5%, Ti020-15%, ZnO 0-5 %、ZrO2O-IO %、Bi2032_20 %、Nb2050_50 %、La2030_40 %、Gd2030_5 %、Ta2050_5 %禾口 Y2O3OH所述SiO2 含量為 5%、10%或 20%。所述的玻璃還包括0. 001-0. 的CoO，以氧化物基準(zhǔn)的質(zhì)量％計(jì)。所述B2O3的含量含有下限優(yōu)選為2%，上限優(yōu)選為10%、最優(yōu)選為5%。所述0. 1 < Li2O ^ 5%,0. 1 < Na2O 彡 10%,0. 1 < K2O 彡 10%。所述Nb2O5含量?jī)?yōu)選為15 % -20 %。所述Ti02+Nb205的含量不超過(guò)15%。本發(fā)明的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃的制備方法，包括(1)粉料制備稱取原料，控制成分為(以該玻璃氧化基準(zhǔn)的重量％計(jì))Sb20320-65%、Si020_40%、Li2O 0-10%、Na2O 0-15%, K2O 0-10%、CaO 0-10%、 BaO 0-10%, SrO 0-5%, Ti020-15%, ZnO 0-5%, ZrO2O-IOBi2035-20%, Nb2050-50%, La2030-40 %, Gd2030-5 %, Ta2050-5 %, Y2030-30 %, 0. 001-0. 的 CoO ；(2)將上述原料混合并球磨3-5小時(shí)，以使粉料充分混合；(3)將混合好的粉料，放入石英坩堝，并在1450°C下熔化，澄清，均化后；待爐溫降 溫至適當(dāng)溫度后進(jìn)行澆注，然后放入退火爐內(nèi)進(jìn)行退火后得到本發(fā)明產(chǎn)品。本發(fā)明的發(fā)明原理組成本發(fā)明的光學(xué)玻璃的各成分的組成范圍如下所述。本說(shuō)明書中各成分的含 量均以重量％表示。另外，本申請(qǐng)說(shuō)明書中以％表示的玻璃組成全部是以氧化物基準(zhǔn)的重 量％表示的組成。其中，“氧化物基準(zhǔn)”是指，假設(shè)作為本發(fā)明的玻璃組成成分的原料而使用 的氧化物、硝酸鹽等在熔融時(shí)全部被分解并轉(zhuǎn)化成氧化物時(shí)，以該生成氧化物的質(zhì)量總和 為100質(zhì)量％，來(lái)表示玻璃中所含各成分的組成。上述本發(fā)明的玻璃中，B2O3成分是作為玻璃形成氧化物不可缺少的成分，具有改善 玻璃失透性和提高液相溫度中粘性的效果。但是，如果B2O3的量過(guò)少則耐失透性不充分，如 果過(guò)多則難以得到目標(biāo)折射率。因此，可以含有下限優(yōu)選為2%，上限優(yōu)選為10%、最優(yōu)選 為 5%的 B2O3-SiO2也是玻璃生成體，少量的添加可以維持玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性及提高時(shí)的適當(dāng)粘 度，但是SiO2對(duì)于提高玻璃的折射率無(wú)益。故在本發(fā)明中，盡量少的使用Si02。Rn2O(Rn表示選自Li、Na、K中的一種以上)成分，是對(duì)大幅降低玻璃化點(diǎn)(Tg)、且促進(jìn)混合玻璃原料熔融的有效成分。但是，Rn2O的引入無(wú)益于玻璃折射率的提高，且過(guò)多使 用時(shí)會(huì)造成玻璃耐透性的下降。本試驗(yàn)中選定Rn2O的上限為20%。其中Li2O不超過(guò)5%， Na2O和K2O各不超過(guò)10 %。RO (R表示選自Ca、Ba、Sr中的一種以上)成分可以提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，并有 助熔作用，但其含量高于10%時(shí)，玻璃的析傾向增大，折射率難以達(dá)到發(fā)明的要求。因此，為 了易于維持玻璃的穩(wěn)定性，RO作為任選組分添加。含量的上限選為10%。TiO2成分和/或Nb2O5成分是對(duì)提高玻璃折射率、有助于高分散性、提高玻璃的失 透性和化學(xué)耐久性有效的成分，但如果TiO2和/或Nb2O5的量過(guò)多則玻璃的熔融性和穩(wěn)定性 反而有容易惡化的傾向。因此，以合計(jì)量計(jì)，可以含有0-35%的TiO2和/或0-50%的Nb205。 TiO2成分是對(duì)提高玻璃折射率、有助于高分散性、降低液相溫度有效的成分，但如果TiO2量 過(guò)多反而有增加玻璃失透性的傾向。因此，向玻璃中加入時(shí)上限不應(yīng)超過(guò)15% Nb2O5成分 是對(duì)提高玻璃折射率、有助于高分散性、改善玻璃的失透性有效的成分，但如果Nb2O5量過(guò) 多則玻璃的熔融性有惡化的傾向。因此，添加到玻璃中時(shí)，上限不應(yīng)超過(guò)20%。雖然上述兩 種成分單獨(dú)加入玻璃中也可以達(dá)到本發(fā)明的目的，但是由于兩者過(guò)量都有增加玻璃失透性 的傾向，特別是TiO2，所以，本發(fā)明同時(shí)選用兩者，且保持Ti02+Nb205的含量不超過(guò)15%，以 達(dá)到耐失透性和提高折射率的雙重效果。Bi2O3是提高玻璃折射率和色散的成分，并能夠降低玻璃的軟化溫度，但其使用量 過(guò)多時(shí)，會(huì)引起玻璃的析晶惡化，著色大幅增加，比重上升，因此其含量為0-20%。Sb2O3可以在很大程度上維持玻璃的折射率，高含量使用Sb2O3，是本發(fā)明的重大創(chuàng) 新之處，其含量上限可定為65%。有益效果(1)本發(fā)明的仿藍(lán)寶玉石玻璃不含鉛、砷等對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，環(huán)境友好，折射率 高(大于1. 65)，具有良好的光學(xué)性能；(2)用本發(fā)明方法生產(chǎn)的玻璃具有仿藍(lán)寶石效果好的特點(diǎn)。


圖1光譜反射曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實(shí)施例1一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃的制備方法，包括(1)粉料制備將稱取一定比例的原料，控制成分為(以該玻璃氧化基準(zhǔn)的質(zhì)量％計(jì))=Sb2O3 20-65 Bi2O3 5-20 SiO2 :0_45 B2O3 :0_20 Li2O :0_10 Na2O :0_15 %, K2O 0-10%, CaO 0-10%, BaO :0_10%、SrO :0_5%、La2O3 :0_40%、Gd2O3 0~5% TiO2 :0_30%、
5ZnO 0-5%, Nb2O5 0-50%, ZrO2 :0_10%、Ta2O5 0-5%, Y2O3 :0_30%、Co0 0. 001-0. 1%。(2)將稱好的粉料混合并放入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨3-5小時(shí)，以使粉料充分混合。(3)將混合好的粉料，放入石英坩堝，并置于在1450°C下熔化、澄清、均化后。降溫 至適當(dāng)溫度后進(jìn)行澆注。后放入退火爐內(nèi)進(jìn)行退火后得到本發(fā)明產(chǎn)品。用鏡視法(寶石折射儀，南京寶光檢測(cè)儀器公司GI-RZ6)測(cè)得實(shí)驗(yàn)樣品折射率；用 UV-VIS-NIR SPECTROPHOTOMETER(SHIMADZN UV-3600 型)測(cè)得實(shí)驗(yàn)樣品的光譜曲線。表1.具體案例
實(shí)施案例1234SiO2052010B2O35555Li2O3.9953.993.9753.95Na2O6666K2O7777CaO0000BaO0000SrO0000
權(quán)利要求
一種SiO2 Sb2O3 Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，該玻璃的組成包括以氧化物基準(zhǔn)的質(zhì)量％計(jì)，20％≤Sb2O3含量≤65％，0％≤SiO2含量≤45％，2％≤Bi2O3含量＜20％和0％≤Li2O+Na2O+K2O總含量≤20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，其特征在于 所述玻璃的組成包括，以氧化物基準(zhǔn)的質(zhì)量％計(jì)，含有Sb20320-65 %、Si020-40%, Li2O 0-10%, Na2O 0-15%, K2O 0-10%, CaO 0-10%, BaO 0-10%, SrO 0-5 %、Ti020_15 %、 ZnO 0-5 %、ZrO2O-IO %、Bi2032_20 %、Nb2050_50 %、La2030_40 %、Gd2030_5 %、Ta2050_5 %禾口 Y2O3OH
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，其特征在 于所述SiO2含量為5%、10%或20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，其特征在 于所述的玻璃還包括0. 001-0. 的CoO，以氧化物基準(zhǔn)的質(zhì)量％計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，其特征在于所 述B2O3含量為5%或10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，其特征在于所 述 0. 1 < Li2O ≤ 5%,0. 1 < Na2O ≤ 10%,0. 1 < K2O ≤ 10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，其特征在于所 述 Nb2O5 含量為 15% -20% 。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，其特征在于所 述Ti02+Nb205的含量不超過(guò)15%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統(tǒng)仿藍(lán)寶玉石玻璃，該玻璃的組成包括20％≤Sb2O3含量≤65％，0％≤SiO2含量≤45％，2％≤Bi2O3含量＜20％，0％＜Li2O+Na2O+K2O總含量≤20％。本發(fā)明的仿藍(lán)寶玉石玻璃不含鉛、砷等對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，折射率高(大于1.65)，具有良好的光學(xué)性能。
文檔編號(hào)C03C3/062GK101973702SQ20101050137
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者侯京山, 呂真, 王瑛, 王鋼, 蔣偉忠, 錢蕙春, 陳小英 申請(qǐng)人:東華大學(xué)