低透光率帶顏色日用玻璃陶瓷的研制

詹奕純

(廣東健誠(chéng)高科玻璃制品股份有限公司 廣東 潮州 515658)

前言

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T30771-2014《日用玻璃陶瓷》[1]，玻璃陶瓷是由結(jié)晶相和玻璃相構(gòu)成的一類(lèi)復(fù)合材料，一般通過(guò)對(duì)玻璃進(jìn)行適當(dāng)加熱處理以使玻璃體內(nèi)產(chǎn)生足量結(jié)晶相而獲得。日用玻璃陶瓷是供日常使用的玻璃陶瓷制品。

由于日用玻璃陶瓷制品外觀(guān)和用途近似于日用陶瓷，其外觀(guān)顏色通常為半透明或乳白色。為提高日用玻璃陶瓷的外觀(guān)質(zhì)感，增加花色品種，提高其附加值和物理性能，可采用著色材料，使制品具有黑、紫、紅等多種顏色，其中以墨色(黑色)最具質(zhì)感，深受消費(fèi)者歡迎。在日用玻璃陶瓷的基質(zhì)原料中加入著色劑，加入量較大，成本較高，而且發(fā)色效果有時(shí)不夠理想。在優(yōu)化著色劑成分的同時(shí)，引入遮光劑，能提高制品顯色效果，減少著色劑的用量，降低了生產(chǎn)成本。通過(guò)合適的生產(chǎn)工藝，制品的物理性能(如抗熱震性)也能得到穩(wěn)定提高。

1 研發(fā)及試驗(yàn)

1.1 低透光率墨色日用玻璃陶瓷(A制品)

1.1.1 著色劑制備

按照配方將55.5%二氧化錳、28.2%三氧化二鉻、16.3%三氧化二鐵放入混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為20 min，獲得著色劑。

1.1.2 備料

按照配方準(zhǔn)備93.5%的基質(zhì)原料、4.5%的通過(guò)著色劑制備步驟中制備的著色劑與2.0%的遮光劑。其中，基質(zhì)原料為68.2%二氧化硅，15.4%氧化鈉，11.0%氧化鈣，2.17%三氧化二鋁，1.25%氧化鎂，0.30%氧化鉀，1.3%氧化硼與0.38%氧化鋇組成；遮光劑為冰晶石。

1.1.3 混料

將基質(zhì)原料、著色劑與遮光劑放入混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為30～60 min，獲得混合料，按玻璃混合料建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 648-1996的要求，所制備混合料的均勻度要求達(dá)到95%以上；

1.1.4 熔融

將混合料放置到電熔爐上，通過(guò)電熔爐的主熔爐進(jìn)行熔融，獲得熔融液；該步驟中，電熔爐采用冷頂式垂直融化原理，熔融溫度控制在1500 ℃±10 ℃之間，主熔爐的頂插電極電流控制在2 800～2 900 A之間，通過(guò)主熔爐對(duì)混合料進(jìn)行熔融，將混合料均熔融成熔融液。

1.1.5 澄清

熔融液從主熔爐流入電熔爐的澄清料道中進(jìn)行澄清處理，獲得玻璃原液；在該步驟中，所述澄清料道的電極電流控制在150～160 A之間，熔融液經(jīng)過(guò)澄清料道時(shí)，將被澄清均化并轉(zhuǎn)化成顏色均勻的玻璃原液，避免成形后的產(chǎn)品存在色差。

1.1.6 成形

將玻璃原液通過(guò)供料機(jī)從電熔爐輸送到成形機(jī)中進(jìn)行成形，獲得玻璃產(chǎn)品，玻璃原液通過(guò)電熔爐底部的流液洞流出，通過(guò)供料機(jī)的上升通道、輸送通道輸入到離心成形機(jī)中的特定模具中，通過(guò)離心工藝獲得對(duì)應(yīng)器型的玻璃產(chǎn)品。

1.1.7 退火

對(duì)產(chǎn)品玻璃進(jìn)行退火處理，退火溫度為600 ℃，退火時(shí)間為80 min；進(jìn)而消除玻璃產(chǎn)品在成形過(guò)程中產(chǎn)生的不同程度的熱應(yīng)力，提高玻璃產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性，消除玻璃產(chǎn)品中可能存在的光學(xué)不均勻性，最終使玻璃產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定。

1.1.8 鋼化

對(duì)退火后的產(chǎn)品玻璃放入鋼化爐中進(jìn)行鋼化處理，鋼化溫度為620 ℃，鋼化爐的網(wǎng)帶運(yùn)行速率為0.04 m/s，鋼化主要是為了提高產(chǎn)品玻璃的強(qiáng)度，通過(guò)進(jìn)行風(fēng)冷物理鋼化處理，在玻璃產(chǎn)品中形成表面壓應(yīng)力、內(nèi)部張應(yīng)力的重新分布，達(dá)到提高產(chǎn)品玻璃的目的。由于著色玻璃的透熱性大，為降低熱處理過(guò)程中因局部溫差過(guò)大引起的產(chǎn)品炸裂，鋼化爐裝載產(chǎn)品玻璃時(shí)運(yùn)行速度不宜過(guò)快，應(yīng)當(dāng)將網(wǎng)帶的運(yùn)行速率控制在0.02～0.04 m/s比較適合。

本實(shí)驗(yàn)最終形成的產(chǎn)品為墨色玻璃陶瓷制品，制品經(jīng)過(guò)測(cè)試，其膨脹系數(shù)(0～200 ℃)為86.3×10-7/℃；L*a*b值為：L=23.89±0.07，a=0.02±0.01，b=0.28±0.01；3 mm厚度玻璃片可見(jiàn)光透光率為0.48%；以GB/T 13891-2007/ISO 718:1990實(shí)驗(yàn)室玻璃儀器——熱沖擊和熱沖擊強(qiáng)度測(cè)試方法，其耐熱性能指標(biāo)為145 ℃。

1.2 低透光率墨色日用玻璃陶瓷(B制品)

本次試驗(yàn)采用另一種原料配方，對(duì)上述A產(chǎn)品所采用的基質(zhì)原料、著色劑和遮光劑的成分進(jìn)行調(diào)整。后續(xù)采用的制備方法基本相同，不作論述。

1.2.1 著色劑制備

按照配方將73.5%二氧化錳，15.7%三氧化二鉻，10.8%三氧化二鈷放入混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為20 min，獲得著色劑。

1.2.2 備料

按照配方準(zhǔn)備93.5%的基質(zhì)原料、4.0%的通過(guò)著色劑制備步驟中制備的著色劑與2.5%的遮光劑。其中，基質(zhì)原料為66.11%二氧化硅，13.4%氧化鈉，10.5%氧化鈣，3.28%三氧化二鋁，1.75%氧化鎂，1.36%氧化鉀，2.3%氧化硼與1.3%氧化鋇組成；遮光劑為73%冰晶石和27%螢石組成。

1.2.3 混料

將基質(zhì)原料、著色劑與遮光劑放入混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為30～60 min，獲得混合料，按玻璃混合料建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 648-1996的要求，所制備混合料的均勻度要求達(dá)到95%以上；

本實(shí)驗(yàn)最終形成的產(chǎn)品為墨色玻璃陶瓷制品，制品經(jīng)過(guò)測(cè)試，其膨脹系數(shù)(0～200 ℃)為88.1×10-7/℃；L*a*b值為：L=23.47±0.05，a=0.01±0.01，b=0.32±0.01；3 mm厚度玻璃片可見(jiàn)光透光率為0.41%；以GB/T 13891-2007/ISO 718:1990實(shí)驗(yàn)室玻璃儀器——熱沖擊和熱沖擊強(qiáng)度測(cè)試方法，其耐熱性能指標(biāo)為140 ℃。

1.3 一種低透光率墨色日用玻璃陶瓷

本項(xiàng)試驗(yàn)按紫色日用玻璃陶瓷的需求，采用新的原料配方。后續(xù)采用的制備方法與上述墨色產(chǎn)品基本相同，不作論述。

1.3.1 著色劑制備

按照配方將65.2%二氧化錳、22.4%三氧化二鉻、12.4%三氧化二鐵放入混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為20 min，獲得著色劑。

1.3.2 備料

按照配方準(zhǔn)備91.5%的基質(zhì)原料、3.5%的通過(guò)著色劑制備步驟中制備的著色劑與5.0%的遮光劑。其中，基質(zhì)原料為70.2%二氧化硅，13.3%氧化鈉，9.6%氧化鈣，2.17%三氧化二鋁，1.75%氧化鎂，0.30%氧化鉀，2.3%氧化硼與0.38%氧化鋇組成；遮光劑為冰晶石。

1.3.3 混料

將基質(zhì)原料、著色劑與遮光劑放入混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為30～60 min，獲得混合料，按玻璃混合料建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 648-1996的要求，所制備混合料的均勻度要求達(dá)到95%以上；

本實(shí)驗(yàn)最終形成的產(chǎn)品為紫色玻璃陶瓷制品，制品經(jīng)過(guò)測(cè)試，其膨脹系數(shù)(0～200 ℃)為89.4×10-7/℃；L*a*b值為：L=53.79±0.11，a=9.79±0.09，b=3.28±0.04；3 mm厚度玻璃片可見(jiàn)光透光率為0.39%；以GB/T 13891-2007/ISO 718:1990實(shí)驗(yàn)室玻璃儀器-熱沖擊和熱沖擊強(qiáng)度測(cè)試方法，其耐熱性能指標(biāo)為130 ℃。

2 初步分析

前面簡(jiǎn)述了墨色和紫色日用玻璃陶瓷制品的研發(fā)和試驗(yàn)，采用不同原料配方和相近似的制備工藝。其他顏色的制品的研發(fā)還在試驗(yàn)和改進(jìn)中。在基質(zhì)原料中加入著色劑和遮光劑，能使玻璃成形過(guò)程形成微小分相并獲得晶粒，能使制品在光線(xiàn)入射時(shí)達(dá)到增強(qiáng)對(duì)入射光能量的吸收，同時(shí)改變?nèi)肷涔獾膫鞑シ较颍鰪?qiáng)對(duì)光線(xiàn)的散射作用。在不引入遮光劑的情況下，著色劑的用量必須采用加大用量來(lái)提高遮蓋能力，而顯色效果也不及加入遮光劑的產(chǎn)品。加入遮光劑產(chǎn)品的顯色更純真和晶瑩，更具有質(zhì)感和美感。本試驗(yàn)的A制品的物理穩(wěn)定性?xún)?yōu)于常規(guī)的乳白色和半透光制品。沿著本技術(shù)路線(xiàn)更深入地研究，可使制品質(zhì)量進(jìn)一步提升。

3 結(jié)論

試驗(yàn)取得的成果可轉(zhuǎn)化并適用于制品批量生產(chǎn)，并能降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。采用遮光劑強(qiáng)化顯色效果是一種可行的方法。本項(xiàng)研究有助于生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為日用玻璃陶瓷生產(chǎn)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品檔次提高提供借鑒。本實(shí)驗(yàn)部分成果已申報(bào)發(fā)明專(zhuān)利。