CN101215084B - 无铅晶质玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为无铅晶质玻璃。属于晶质玻璃技术领域。主要是解决现有晶质玻璃含有铅和砷而在生产、加工和使用过程中都造成环境的污染和人身的侵害的问题。它的主要特征是其组分范围按氧化物重量百分比计含有：SiO₂：40～60％，B₂O₃：0～5％，Li₂O：0～5％，Na₂O：0～10％，K₂O：5～15％，TiO₂：10～20％，ZnO：0～5％，ZrO₂：0～5％，KHF₂：3～10％，Al₂O₃：1.5～5％，CaO：0.5～5％，Sb₂O₃：0～1％。该玻璃具有折射率(n_d)在1.54～1.61范围内和色散系数(ν_d)在33～46范围内的光学常数，良好的化学稳定性和较高的白光透过，并适用于在池炉中进行规模化生产，主要用于装饰、灯饰及工艺品等众多领域。

Description

无铅晶质玻璃

技术领域

本发明属于晶质玻璃技术领域，具体涉及一种不含铅和砷的环保晶质玻璃，该玻璃具有较大色散值，其折射率(n_d)在1.54～1.61范围内和色散系数(v_d)在33～46范围内，且具有良好的化学稳定性和较高的白光透过，并适用于在池炉中进行规模化生产。

背景技术

截至到目前，含有铅和砷的晶质玻璃仍在用于装饰、灯饰及工艺品等众多领域。但这类玻璃在生产、加工和使用过程中都造成环境的污染和人身的侵害。早在多年前日本、欧盟就已发布禁止铅玻璃这类产品的制造、加工的法令，欧盟已从2006年7月起，禁止所有常规铅玻璃产品的进口，因此采用不含铅和砷的晶质玻璃取代含铅和砷的晶质玻璃已成当务之急。

对于不含铅和砷的晶质玻璃来讲，中国专利02140926.9公开了一种低折射率且不含铅的环保玻璃，作为玻璃的原料有SiO₂、K₂O、Na₂O、TiO₂、Ta₂O₅及氟化物。但是这种玻璃要达到所要求的光学常数，引入了价格昂贵的Ta₂O₅，因而是不经济的。而现沿用的铅晶质玻璃产品都是在传统的光学玻璃产品基础上进行改进的，不同程度地会有较多的PbO和As₂O₃。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处而提供一种与铅晶质玻璃光学性质相同和更大的色散值，同时具有高透过的光谱特性，更小的密度，其光学常数折射率(n_d)在1.54～1.61范围内和色散系数(v_d)在33～46范围内，并具有良好的化学稳定性和工艺性能，不含铅、砷和价格昂贵的Ta₂O₅的晶质玻璃。

本发明的技术解决方案是：一种无铅晶质玻璃，其特征是：其组分范围按氧化物重量百分比计含有：

SiO₂        40～60％，

B₂O₃        0～5％，

Li₂O        0～5％，

Na₂O        0～10％，

K₂O      5～15％，

TiO₂     10～20％，

ZnO      0～5％，

ZrO₂     0～5％，

KHF₂     3～10％，

Al₂O₃    1.5～5％，

CaO      0.5～5％，

Sb₂O₃    0～1％。

该玻璃具有折射率(n_d)在1.54～1.61范围内和色散系数(ν_d)在33～46范围内的光学常数。

本发明技术解决方案中所述的Li₂O、Na₂O、K₂O按氧化物重量百分比之和计是：

Li₂O+Na₂O+K₂O    12～20％。

该玻璃具有高透过的光谱特性和良好的化学稳定性。

本发明技术解决方案中所述的组分范围按氧化物重量百分比计还含有：

Er₂O₃            0～1％，

Nd₂O₃            0～1％。

该玻璃具有晶莹透彻的光泽效果，并具有双色效应。

本发明技术解决方案中所述的氟化物是KHF₂。

本发明提供的不含铅和砷的晶质玻璃，具有良好的稳定性，适于进行规模化生产。

本发明制得的玻璃中，由下面所述的原因选择上述含量的每个成分。如下所述中，每个成分含量范围是以重量百分比来表示。

SiO₂是作为玻璃生成体的必需成分。如该成分低于40％，则难以获得透明度高的玻璃，且玻璃颜色深和化学稳定性不够。如果含量超过60％，则难以获得所要求的光学性质，除此之外，该玻璃的熔化性能变坏。为了获得具有高透过和良好均匀性的玻璃，SiO₂的含量范围应选择在40～60％为宜。

B₂O₃与SiO₂相同，也是玻璃生成体的必需成分。如该成分的含量低于2％，将使熔化性能变差，难以获得均匀玻璃。如果该成分含量超过10％，将使玻璃颜色加深和化学稳定性变坏，尤其是难以获得所要求的光学性质。本发明中限制SiO₂/B₂O₃的重量比为6或更低是最重要的。

为增加玻璃的熔化性能，扩大玻璃形成范围，分别加入Li₂O、Na₂O和K₂O成分。如其含量分别超过5％、15％、15％，而易增大玻璃失透倾向，并难以获得所要求的光学性质。同时为使玻璃具有良好的化学稳定性，Li₂O、Na₂O和K₂O的总含量应控制在25％以内。

TiO₂成分是提高光学常数的主要氧化物，如其含量低于5％，难以达到所要求的光学常数，如果含量超过25％，将使玻璃颜色加深难以达到玻璃的“白度”要求。该含量应控制在10～20％为佳。

为调整光学常数，提高玻璃机械强度和化学稳定性，应加入CaO、Al₂O₃、ZrO₂成分，如其含量分别超过5％，将使玻璃熔化性能变坏，而光学常数(折射率和阿贝数)难以达到要求，其含量应控制在小于5％以内为宜。

为减小色散系数和提高白光透过，可加入KHF₂成分，其含量如超过10％，则难以提高所要求的光学常数，同时将使熔化特性变坏，而玻璃也极易乳浊化，因此其最佳含量应控制在低于10％。

为使玻璃具有良好的澄清效果，可加入Sb₂O₃成分作为脱泡剂，对该成分引入量在1％以内是足够的。

为增加玻璃“韧性”和提高玻璃化学稳定性，可适量加入ZnO成分，其含量不能超过5％，否则难以达到所要求的光学常数。

为消除玻璃中“残余杂色”，可选择加入微量脱色剂Er₂O₃、Nd₂O₃，但引入量不能超过1.0％，否则玻璃将呈现浅红色调。

附图说明

图1是本发明实施例的光普扫描曲线图。

具体实施方式

本发明提供了5个实施例和3个比较例。实施例1至实施例5、比较例a至比较例c的玻璃成分(重量百分比)、光学常数折射率(n_d)、色散系数(v_d)、白光透过(τ)、玻璃比重(ρ)和耐酸(DA)性能列入表1中。

表1

为熔制实施例1～5的玻璃和比较例a～c的玻璃，将用于这类玻璃的各种氧化物、硝酸盐、碳酸盐等配制成配合料，并根据玻璃的熔炼特性，分别加入铂埚内于1200℃～1300℃的温度下化料，于1350℃～1400℃的温度下搅拌，澄 清3～4小时，然后降至适于成型的温度，浇于预热的模具中继而退火将玻璃形成产品。产品按GB/T17192进行物化性能测试，测得的玻璃的光谱透过、化学稳定性等性能均优于铅晶质玻璃产品的性能，且具有比重小的特点，其余各项指标也不同程度优于铅晶质玻璃。图1为实施例2和比较例b的光普扫描曲线图，其中，靠上面的曲线是实施例2，靠下面的曲线是比较例b的。从光谱曲线可看出，实施例2的短波透过更高，而比较例b透过则向长波方向位移，玻璃显示“杂色”，而实施例2则无任何“杂色”。氟化物除KHF₂外，还可以是其它的氟化物。

由于使用不含有害杂质的原料，无铅砷的晶质玻璃产品在使用ICP等离子发射光谱仪对发明的产品实施例1～5的玻璃进行成分分析，测得玻璃中铅含量小于15ppm，砷小于5ppm，同时不含其他有害成分。

Claims (3)

1.一种无铅晶质玻璃，其特征是：其组分范围按氧化物重量百分比计含有：

SiO₂            40～60％，

B₂O₃            0～5％，

Li₂O            0～5％，

Na₂O            0～10％，

K₂O             5～15％，

TiO₂            10～20％，

ZnO             0～5％，

ZrO₂            0～5％，

KHF₂            3～10％，

Al₂O₃           1.5～5％，

CaO             0.5～5％，

Sb₂O₃           0～1％。

2.按照权利要求1所述的一种无铅晶质玻璃，其特征是：所述的Li₂O、Na₂O、K₂O按氧化物重量百分比之和计是：

Li₂O+Na₂O+K₂O    12～20％。

3.按照权利要求1或2所述的一种无铅晶质玻璃，其特征是：所述的组分范围按氧化物重量百分比计还含有：

Er₂O₃            0～1％，

Nd₂O₃            0～1％。

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