CN106630647A - 一种耐热微晶玻璃器皿配方及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐热微晶玻璃器皿配方，各粉末状原料的重量百分比组成为：石英砂60~72%、萤石0.5~3.0%、氢氧化铝3~9%、五水硼砂2~5%、纯碱4~13%、碳酸钡0.5~2%、碳酸钙0.5~3.0%、氯化钾0‑2.5%、氧化锌0.3~2.5%、碳酸镁1~2.5%及氟硅酸钠2~6%。通过全电熔法生产工艺制得的产品各项性能指标均达到欧盟最新制定的绿色环保标准，性能可与康宁和弓箭的乳白玻璃器皿媲美，产品的耐热急变性＞150℃，莫氏硬度可达6.8，白度方位为91~94，耐水性达到Ⅰ级标准，有害元素析出量As≤0.1mg/L，Sb≤0.2mg/L，Pb≤0.05mg/L，有望替代传统瓷器。

Description

一种耐热微晶玻璃器皿配方及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种玻璃器皿配方，具体涉及一种耐热微晶玻璃器皿配方及其制造工艺；属于玻璃技术领域。

背景技术

微晶玻璃(glass-ceramics)又称微晶玉石或陶瓷玻璃，是国外开发出的一种新型建筑材料，学名叫做玻璃水晶。微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同，它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的，所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强，具有机械强度高、绝缘性能优良、介电损耗少、介电常数稳定、热膨胀系数可在很大范围调节、耐化学腐蚀、耐磨、热稳定性好、使用温度高等优点，受到了市场的热情追捧。

随着现代社会人们对自身健康的日益重视，重金属含量较高的的瓷器产品正在逐步被替代，仿瓷器或仿玉质感的环保型微晶玻璃器皿兴起，以期替代传统瓷器器皿等。但是，目前国内生产的微晶玻璃器皿普遍存在性能不佳，无法达到欧盟指定的绿色环保标准，还存在高投入、高成本、高价格等几大问题，在国际市场上缺乏竞争力。

鉴于上述原因，有必要对微晶玻璃器皿的配方和制造工艺进行改进。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硬度高、耐热性能好的环保型微晶玻璃器皿的配方及其制造工艺。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种耐热微晶玻璃器皿配方，各粉末状原料的重量百分比组成为：石英砂60～72％、萤石0.5～3.0％、氢氧化铝3～9％、五水硼砂2～5％、纯碱4～13％、碳酸钡0.5～2％、碳酸钙0.5～3.0％、氯化钾0-2.5％、氧化锌0.3～2.5％、碳酸镁1～2.5％及氟硅酸钠2～6％。

优选地，前述配方还包括重量百分比为0～25％的碎玻璃，能够更好地实现废物利用并降低能耗。

再优选地，前述碎玻璃由玻璃粉碎后过40-120目筛制得。

本发明还公开了一种采用全电熔化制造耐热微晶玻璃器皿的工艺，包括如下步骤：

S1、原料粉碎并混合：将权利要求1或权利要求2的配方粉碎后过40-120目筛，按配方用量称取各原料并投入混料机中均匀混合，均匀度应达到96％以上；

S2、将步骤S1得到的混合料平铺在熔炉内的玻璃液面上，控制炉温使混合料熔化、均化、澄清；混合料以自动胶料方式平铺在熔炉内的玻璃液面上，由此而形成的配合料冷料毯在组成上相当均匀，而且不易分层。根据冷料层的状况调整其厚度，以控制其熔化的速度和降低易挥发组分的挥发量，这样易挥发组分(如氟化物等)的挥发量由传统燃气熔化工艺的40％以上降低到新工艺的2％以下，不仅大量节约了原料成本，而且有效减少了污染物的排放，实现了绿色环保生产，同时，由于挥发损失的降低，减少了表层玻璃在成分上与其下面的深层玻璃的差异，玻璃的化学成分更均匀，性能更稳定。

S3、熔化得到的澄清玻璃液，通过压制和离心成型工艺，配合模具制成一定形状的产品；

S4、对产品进行退火，消除产品的内应力；

S5、检验，合格品包装后存放至仓库。

优选地，前述步骤S4和步骤S5之间还包括步骤S4’：对产品进行抛光处理，增强产品的表面感官效果。优选的抛光处理方式为机械研磨抛光或火焰抛光。

再优选地，前述步骤S2中，熔炉的炉温为1360～1480℃；使整个配合料充分进行熔化、均化、澄清，以确保玻璃熔化均匀一致，所得的玻璃液中无气泡。

更优选地，前述步骤S3中模具预热处理至450～550℃。

进一步优选地，前述步骤S4中，退火温度为460～650℃，退火时间为40～120min。

本发明的配方以回收的碎玻璃和石英砂为主要原料，经过特殊的环保节能生产工艺制得环保型玻璃器皿，称之为耐热乳白微晶玻璃。产品完全符合清洁生产的3R原则：即减量化原则(Reduce)、再使用原则(Reuse)和再循环原则(Recycle)。这是因为：第一，生产中使用的回收玻璃替代了大量石英砂等地球上不断枯竭的资源，乳白微晶玻璃对传统资源型矿物原料的用量比普通瓷器产品少得多；由于采用新型工艺制度，生产周期短，可大大节约能耗，生产中二氧化碳等废气排放量可减少70％以上，生产成本低于其他同类产品50％，因此符合减量化原则。第二，材料性能优于普通瓷器器皿和结晶高硼硅玻璃制品，它的莫氏硬度可达6.8以上，重金属元素析出量远低于传统瓷器器皿，因而更清洁环保，较好地解决了困扰普通瓷器产品重金属元素高析出量的难题；因为循环利用，生产成本降低。同时采用了新型工艺制度，能耗低，因此，这种新型材料使用前景很广。第三，随着国家“十三五”规划的稳步推进，对生产性企业节能减排的指标要求越来越高，通过配方与工艺的改进降低能源消耗和废弃物排放迫在眉睫，而该工艺能够使产品的单位能耗大幅降低50％，有效缓解了节能降耗减排的压力；其次，废旧的乳白微晶玻璃本身也可以回收再循环利用，而瓷器等其他材料则没有这种可回收性。

本发明的有益之处在于：本发明的微晶玻璃配方原料成本低，通过全电熔法生产工艺制得的产品各项性能指标均达到欧盟最新制定的绿色环保标准，性能可与康宁和弓箭的乳白玻璃器皿媲美，产品的耐热急变性＞150℃，莫氏硬度可达6.8，白度方位为91～94，耐水性达到Ⅰ级标准，有害元素析出量As≤0.1mg/L，Sb≤0.2mg/L，Pb≤0.05mg/L，有望替代传统瓷器。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明中无特殊说明，所有原料均为市购。

实施例1

本实施例的微晶玻璃器皿配方见表1，制造过程如下：

将所有原料粉碎到40目，均匀混合，然后投入电热熔炉加热熔化，最高熔化温度为1360℃，使配合料中的各组分充分反应、熔化、均化、澄清得到合格的玻璃液。玻璃液在预热到450℃的模具中经离心或压制成型，机械手取出后送入连续式退火炉中退火40min，各温区温度为580℃、550℃、530℃、490℃及460℃，获得所需的耐热乳白微晶玻璃。

实施例2

本实施例的微晶玻璃器皿配方见表1，制造过程如下：

将所有原料粉碎到80目，均匀混合，然后投入电热熔炉加热熔化，熔化温度为1420℃，使配合料中的各组分充分反应、熔化、均化、澄清得到合格的玻璃液。玻璃液在预热到500℃的模具中经离心或压制成型，机械手取出后送入连续式退火炉中退火80min，各温区温度为630℃、590℃、560℃、520℃、490℃及460℃，获得所需的耐热乳白微晶玻璃。

实施例3

本实施例的微晶玻璃器皿配方见表1，制造过程如下：

将所有原料粉碎到120目，均匀混合，然后投入电热熔炉加热熔化，熔化温度为1480℃，使配合料中的各组分充分反应、熔化、均化、澄清得到合格的玻璃液。玻璃液在预热到550℃的模具中经离心或压制成型，机械手取出后送入连续式退火炉中退火120min，各温区温度为650℃、620℃、580℃、530℃、490℃及460℃，获得所需的耐热乳白微晶玻璃。

实施例4

本实施例的微晶玻璃器皿配方见表1，制造过程如下：

将所有原料粉碎到80目，均匀混合，然后投入电热熔炉加热熔化，熔化温度为1420℃，使配合料中的各组分充分反应、熔化、均化、澄清得到合格的玻璃液。玻璃液在预热到500℃的模具中经离心或压制成型，机械手取出后送入连续式退火炉中退火80min，各温区温度为630℃、590℃、560℃、520℃、490℃及460℃，再对产品进行抛光处理，获得所需的耐热乳白微晶玻璃。

对比例1

本对比例的微晶玻璃器皿配方见表1，相较于实施例2，对比例1中未添加氟硅酸钠，制造过程同实施例2。

对比例2

本对比例的微晶玻璃器皿配方见表1，相较于实施例2，对比例1中未添加氟硅酸钠和氯化钾，制造过程同实施例2。

性能检测结果见下表1：

表1实施例1-4及对比例1-2的配方及性能检测

根据对制品的X-射线衍射分析的研究，本发明的乳白微晶玻璃体中的结晶相组成十分复杂，主要有氟化物、钙铝黄长石、α-硅灰石、方石英，是一种较好的微晶玻璃。在本发明中，通过调整氟硅酸钠的用量，能够控制微晶粒的尺寸和数量：用量越多，结晶相所占比例增多，玻璃相比例减少，则呈现石材的质感；相反，如果玻璃相比例适中，则呈现玉石的质感。更重要的是，研究表明，氟硅酸钠的加入能够对产品的耐热急变性和莫氏硬度产生显著提高，氯化钾则对产品的性能提高则起到协同作用。综上，实施例1-4的配方中同时加入氯化钾和氟硅酸钠，采用全电熔法制得的微晶玻璃器皿的莫氏硬度可达6.8，白度方位为91～94，耐热急变性>150℃，耐水性达到Ⅰ级标准，有害元素析出量As≤0.1mg/L，Sb≤0.2mg/L，Pb≤0.05mg/L，各项性能指标均优于传统瓷器器具。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种耐热微晶玻璃器皿配方，其特征在于，各粉末状原料的重量百分比组成为：石英砂60~72%、萤石0.5~3.0%、氢氧化铝3~9%、五水硼砂2~5%、纯碱4~13%、碳酸钡0.5~2%、碳酸钙0.5~3.0%、氯化钾0-2.5%、氧化锌0.3~2.5%、碳酸镁1~2.5%及氟硅酸钠2~6%。

2.根据权利要求1所述的一种耐热微晶玻璃器皿配方，其特征在于，还包括重量百分比为0~25%的碎玻璃。

3.根据权利要求2所述的一种耐热微晶玻璃器皿配方，其特征在于，所述碎玻璃由玻璃粉碎后过40-120目筛制得。

4.一种耐热微晶玻璃器皿的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、原料粉碎并混合：将权利要求1或权利要求2的配方粉碎后过40-120目筛，按配方用量称取各原料并投入混料机中均匀混合；

S2、将步骤S1得到的混合料平铺在熔炉内的玻璃液面上，控制炉温使混合料熔化、均化、澄清；

S3、熔化得到的澄清玻璃液，通过压制和离心成型工艺，配合模具制成一定形状的产品；

S4、在连续式退火炉中对产品进行退火，消除产品的内应力；

S5、检验，合格品包装后存放至仓库。

5.根据权利要求4所述的一种耐热微晶玻璃器皿的制造工艺，其特征在于，所述步骤S4和步骤S5之间还包括步骤S4’：对产品进行抛光处理。

6.根据权利要求5所述的一种耐热微晶玻璃器皿的制造工艺，其特征在于，所述抛光处理为机械研磨抛光或火焰抛光。

7.根据权利要求4所述的一种耐热微晶玻璃器皿的制造工艺，其特征在于，所述步骤S2中，熔炉的炉温为1360~1480℃。

8.根据权利要求4所述的一种耐热微晶玻璃器皿的制造工艺，其特征在于，所述步骤S3中模具预热处理至450~550℃。

9.根据权利要求4所述的一种耐热微晶玻璃器皿的制造工艺，其特征在于，所述步骤S4中，各温区退火温度为460~650℃，退火时间为40~120min。

10.根据权利要求4-9任一项所述的一种耐热微晶玻璃器皿的制造工艺，其特征在于，得到的玻璃器皿耐热急变性＞150℃。