專利名稱：高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于玻璃生產(chǎn)制造領(lǐng)域，主要涉及一種高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材。所述的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材易于與熔化狀態(tài)的KNO3發(fā)生離子交換，使表面具有550 SOOMPa 壓應(yīng)力，具有較高的抗沖擊能力，主要用于制造高速列車門窗玻璃。所述的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材通過玻璃浮法成型技術(shù)生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
普通平板玻璃或浮法玻璃，因成份和玻璃結(jié)構(gòu)的原因，在與高溫熔化狀態(tài)的KNO3 發(fā)生離子交換時(shí)，玻璃中的Na+進(jìn)入熔鹽，熔鹽中的K+離子進(jìn)入玻璃的過程進(jìn)行緩慢，且K+ 離子進(jìn)入玻璃的單位體積數(shù)量較少和深度偏淺，使表面具有的壓應(yīng)力一般不大于500MPa。 而一種含Al2O3 > 1 的鋁硅酸鹽平板玻璃，盡管也易于與熔化狀態(tài)的KNO3S生離子交換， 但由于較高的熔制溫度(大于1600°C)，而失去經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，使其有廉價(jià)的制造成本，能通過離子交換使高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材表面獲得高的壓應(yīng)力，從而使該無(wú)機(jī)玻璃板材具有極好的機(jī)械強(qiáng)度，也就是說該高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材易于用化學(xué)法增強(qiáng)；該無(wú)機(jī)玻璃板材能與其它有機(jī)材料復(fù)合構(gòu)成高速列車玻璃，對(duì)有機(jī)材料構(gòu)成防紫外線輻射作用(具有防紫外線照射作用)，避免有機(jī)材料因紫外線照射而老化、變色，同時(shí)更具有安全的抗沖擊性能。本發(fā)明所提出的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，以質(zhì)量百分比計(jì)，它包括下列組分 Si0264-70%, Al2O3 2-7%, Na2O 10-15%，K2O 2-6%, MgO 6-10%, CaO 0-0. 5%, Fe2O3 0-0. 02%, CeO2 0. 1-0. 3%, SO3 0-0. 3% ；且 CaO+ Fe2O +SO3 < 0. 6%。本發(fā)明采用中鋁硅酸系玻璃，Al2O3含量低于7%，且SW2 +Al2O3合量不大于75%， 所以本發(fā)明高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材在熔化、制造過程中，具有較低的熔化溫度(不大于 1560°C );而具有遠(yuǎn)大于化學(xué)鋼化處理溫度(500°C )的膨脹軟化溫度(大于580°C )，使無(wú)機(jī)玻璃板材在與熔化狀態(tài)的KNO3發(fā)生離子交換時(shí)，不發(fā)生變形。堿土金屬離子氧化物中本發(fā)明采用較高含量的MgO、較低的CaO (控制在0. 5%以下)，使玻璃容易在380 500°C溫度范圍內(nèi)，與熔化狀態(tài)的KNO3發(fā)生離子交換，使無(wú)機(jī)玻璃板材表面獲得550 SOOMPa壓應(yīng)力，增加玻璃的機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊能力。本發(fā)明高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材中加入2-6%的K20，用以提高玻璃的熔化能力、玻璃的光澤度和透光性。本發(fā)明高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材中加入 10-15%的Na2O, —方面幫助熔化，另一方面，提供離子交換的Na+，達(dá)到增強(qiáng)目的。本發(fā)明高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材中加入少量CeO2,使得玻璃與其它有機(jī)材料復(fù)合成高速列車玻璃時(shí)對(duì)有機(jī)材料構(gòu)成防紫外線照射作用，避免有機(jī)材料因紫外線照射而老化、變色。高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材表面獲得550 SOOMI^壓應(yīng)力后，與其它有機(jī)材料復(fù)合成的高速列車門窗玻璃，具備較強(qiáng)的抗壓、抗折、抗沖擊能力。
本發(fā)明的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材所限定的特定范圍直接決定了玻璃板材所具備的性能。因此各組成成份的含率優(yōu)選是按以下方式進(jìn)行調(diào)整下述成分所涉及的含量均為質(zhì)量百分比
SiO2是玻璃骨架的主體。本發(fā)明中當(dāng)SiA含量低于64%時(shí)，玻璃的軟化溫度過低，因此優(yōu)選在65%以上。但當(dāng)含量高于70%時(shí)，玻璃制造用配合料的熔制溫度過高，不利于經(jīng)濟(jì)的工業(yè)化生產(chǎn)。因此，優(yōu)選在69%以下。[Al2O3]
Al2O3是提高玻璃軟化溫度的有效成份，同時(shí)和SiO2共同構(gòu)成玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以 [AlO4]的形式存在。[AlO4]使玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空隙更適合于K+、Na+離子的交換。本發(fā)明中Al2O3含量低于21時(shí)，[AlO4]存在的作用不明顯，因此Al2O3含量在21以上，優(yōu)選在2. 5% 以上；含量高于7%時(shí)，玻璃熔制過程中導(dǎo)致玻璃粘度過大，玻璃制造用配合料的熔制溫度過高，同樣不利于經(jīng)濟(jì)的工業(yè)化生產(chǎn)。因此，優(yōu)選在6. 5%以下。[MgO]
MgO能有效的提高玻璃的熔化特性，同時(shí)使玻璃的“粘度-溫度曲線”更適合于浮法工藝快速成型的要求；適量的氧化鎂可以降低玻璃的析晶性能；本發(fā)明中還要用氧化鎂替代一部分氧化鈣，來調(diào)節(jié)玻璃的成型性能。MgO含量?jī)?yōu)選在7%-10%。[CaO]
CaO的存在，嚴(yán)重影響無(wú)機(jī)玻璃板材在K+、Na+離子交換時(shí)的效果，因此本發(fā)明高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材中CaO的含量控制在0. 5%以下。[Na2O]
Na2O能有效的提高玻璃礦物配合料的熔化特性。是實(shí)現(xiàn)高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材在 K+、Na+離子交換過程中的Na+源。Na2O含量的變化，較快的改變玻璃的線膨脹系數(shù)，玻璃的線膨脹系數(shù)隨含量的增加而增加。要滿足無(wú)機(jī)玻璃板材Ci25^4c^為80 IOlX 10_7°C 的范圍，Na2O含量?jī)?yōu)選在10. 5-15%。[K2O]
K2O能有效的提高玻璃礦物配合料的熔化特性，增加高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材的光澤度，在不影響離子交換Na+源的前提下，K2O含量在2-6%。[CeO2]
CeO2能有效的阻止紫外線在無(wú)機(jī)玻璃板材中的透過，本發(fā)明含量在0. 1%-0. 3%的( 來滿足阻止紫外線照射的需求。[Fe2O3]
Fe2O3的存在，使無(wú)機(jī)玻璃板材著色，降低玻璃的透光特性。因此無(wú)機(jī)玻璃板材中!^e2O3 的含量控制在0. 02%以下。[SO3]
SO3為澄清劑的殘留物及燃料雜志的引入，SO3的存在，加強(qiáng)了 !^e2O3著色程度，降低玻璃的透光特性。因此無(wú)機(jī)玻璃板材中SO3的含量控制在0. 3%以下。針對(duì)無(wú)機(jī)玻璃板材特性不利的組成成份在單項(xiàng)控制的同時(shí)，CaO+ Fe2O +SO3總量宜在0. 6%以內(nèi)。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)玻璃板材成份的優(yōu)選范圍，以質(zhì)量百分比計(jì)如下SiO2優(yōu)選范圍為65-69% ；
Al2O3優(yōu)選范圍為2. 5-6. 5% ； Nei2O優(yōu)選范圍為:10. 5-15% ； K2O范圍為2-6 % ； MgO優(yōu)選范圍為7-10 %； CaO 范圍為0-0. 5% ； Fe2O3 范圍為:0-0. 02% CeO2 范圍為0. 1-0. 3% ； 且 CaO+ Fe2O +SO3 < 0. 6%。根據(jù)以上所述氧化物性能特點(diǎn)，本發(fā)明優(yōu)選SiO2含量為65-69%、Al2O3含量為 2. 5-6. 5%，使得高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材的結(jié)構(gòu)更利于離子交換。本發(fā)明優(yōu)選K2O含量為 2-6 %，使得高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材具有好的光澤度。本發(fā)明優(yōu)選MgO含量為7-10%、Ca0 含量為0-0. 5%，Na2O含量為10. 5-15%使得高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材在與熔化狀態(tài)的KNO3 發(fā)生離子交換時(shí)，可以在相對(duì)短的時(shí)間，使玻璃板材表面獲得550 SOOMI^壓應(yīng)力。本發(fā)明( 含量為0. 1-0. 3%，保證了高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材具有的阻止紫外線照射的作用。 本發(fā)明控制狗203范圍為0-0. 02%, SO3的含量小于0. 3%，使2mm玻璃的透過率大于91. 5%。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明結(jié)合以下實(shí)例作進(jìn)一步說明，但給出的實(shí)施例，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制(實(shí)施例中的成份含量均以質(zhì)量百分比計(jì)；實(shí)施例中所涉及的玻璃的制備工藝和鋼化處理工藝為現(xiàn)有的玻璃制備工藝和玻璃鋼化工藝)
實(shí)施例 1 SiO2 64%, Al2O3 7%, Na2O 15%, K2O 3. 1%，MgO 10%, CaO 0. 4%, Fe2O3 0. 01%, CeO2 0. 3%, SO3 0. 19%ο按照該玻璃組成成份，采用低鐵石英砂、化工氫氧化鋁、重質(zhì)堿、碳酸鉀、鈰的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1550°C溫度下熔化，經(jīng)浮法工藝成型，可得到膨脹系數(shù)α 25
為98 X 10_7°C，膨脹軟化溫度超過586°C的無(wú)機(jī)玻璃板材，2mm玻璃透光率達(dá)到91. 70%。 熔制所得玻璃板材在400°C溫度下，與熔化狀態(tài)的KNO3發(fā)生離子交換，8小時(shí)后，無(wú)機(jī)玻璃板材獲得550 700MPa壓應(yīng)力。實(shí)施例2
SiO2 70%, Al2O3 2%, Na2O 12. 28%, K2O 6%, MgO 9 %，CaO 0. 3%, Fe2O3 0. 02%, CeO2 0.2%， SO3 0. 2%ο按照該玻璃組成成份，采用低鐵石英砂、化工氫氧化鋁、重質(zhì)堿、碳酸鉀、鈰的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1560°C溫度下熔化，經(jīng)浮法工藝成型，可得到膨脹系數(shù) α25^4(^為97. 9X 10_7°C，膨脹軟化溫度超過590°C的無(wú)機(jī)玻璃板材，2mm玻璃透光率達(dá)到 91. 70%。板材在460°C溫度下，與熔化狀態(tài)的KNO3發(fā)生離子交換，8小時(shí)后，無(wú)機(jī)玻璃板材表面獲得550 700MPa壓應(yīng)力。實(shí)施例3
SiO2 69%, Al2O3 6%, Na2O 10%, K2O 6%, MgO 8. 38%, CaO 0. 2%, Fe2O3 0. 02%, CeO2 0. 1%，SO3 0. 3%ο按照該玻璃組成成份，采用低鐵石英砂、化工氫氧化鋁、重質(zhì)堿、碳酸鉀、鈰的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1560°C溫度下熔化，經(jīng)浮法工藝成型，可得到膨脹系數(shù) α 4QQO為101 X 10_7°C，膨脹軟化溫度超過580°C的無(wú)機(jī)玻璃板材，2mm玻璃透光率達(dá)到 91. 65%。板材在420°C溫度下，與熔化狀態(tài)的KNO3發(fā)生離子交換，8小時(shí)后，無(wú)機(jī)玻璃板材表面獲得580 750MPa壓應(yīng)力。實(shí)施例4
SiO2 68%, Al2O3 7%, Na2O 14%, K2O 2%, MgO 8. 49%, CaO 0. 1%, Fe2O3 0. 01%, CeO2 0.2%， SO3 0. 2%ο按照該玻璃組成成份，采用低鐵石英砂、化工氫氧化鋁、重質(zhì)堿、碳酸鉀、鈰的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1560°C溫度下熔化，經(jīng)浮法工藝成型，可得到膨脹系數(shù) α25^4(^為81. 5X 10_7/°C，膨脹軟化溫度超過596°C的無(wú)機(jī)玻璃板材，2mm玻璃透光率達(dá)到 91.65%。本發(fā)明采用浮法工藝成型，浮法工藝為目前企業(yè)普遍采用的玻璃生產(chǎn)工藝，對(duì)其不作過多說明。板材在520°C溫度下，與熔化狀態(tài)的KNO3發(fā)生離子交換，8小時(shí)后，無(wú)機(jī)玻璃板材表面獲得560 700MPa壓應(yīng)力。
權(quán)利要求
1.一種高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，其特征在于所述無(wú)機(jī)玻璃板材的組分和質(zhì)量百分比為:Si02 64-70%, Al2O3 2-7%，Na2O 10-15%，K2O 2-6%, MgO 6-10%, CaO 0-0. 5%, Fe2O3 0-0. 02%, CeO2 0. 1-0. 3%, SO3 0-0. 3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，其特征在于所述無(wú)機(jī)玻璃板材組分的質(zhì)量百分比優(yōu)化為SiO2 65-69% ；Al2O3 2. 5-6. 5% ；Na2O 10. 5-15% ；K2O 2-6 % ；MgO 7-10 % ；CaO 0-0. 5% ；Fe2O3 0-0. 02%, CeO2 0. 1-0. 3% ；且 CaO+ Fe2O +SO3 < 0. 6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，其特征在于熔制過程中，熔化溫度不大于1560°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，其特征在于所述無(wú)機(jī)玻璃板材的膨脹軟化溫度大于580°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，其特征在于所述無(wú)機(jī)玻璃板材的膨脹系數(shù)α 25 書c為80 101 X 10-7/oC。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，其特征在于所述高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材可在380 500°C溫度范圍內(nèi)，與熔化狀態(tài)的KNO3發(fā)生離子交換，使無(wú)機(jī)玻璃板材表面具有550 800MPa壓應(yīng)力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，其特征在于所述的無(wú)機(jī)玻璃板材與其它有機(jī)材料復(fù)合成的高速列車門窗玻璃，具有防紫外線輻射作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種較低熔制溫度、易于通過離子交換取得高的表面壓應(yīng)力的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材。其特征在于以質(zhì)量百分比計(jì)，它包括下列成份組成SiO264-70%，Al2O32-7%，Na2O10-15%，K2O2-6%，MgO6-10%，CaO0-0.5%，F(xiàn)e2O30-0.02%，CeO20.1-0.3%，SO20-0.3%。所述的高速列車用無(wú)機(jī)玻璃板材，熔制溫度小于1560℃，膨脹軟化溫度大于580℃，膨脹系數(shù)α25～400℃為80～101×10-7/℃，離子交換后，無(wú)機(jī)玻璃板材表面具有550～800MPa壓應(yīng)力，能阻擋紫外線透過。
文檔編號(hào)C03B27/03GK102491636SQ20111044130
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者馮秀勞, 張宏敏, 張馳, 楊璋, 胡鐵石, 豆慶河, 賴新宇, 韓平元, 魯鵬 申請(qǐng)人:海南中航特玻材料有限公司