一種多彩閃爍的鉻金星玻璃餐具研發(fā)及試產(chǎn)過程

江湘輝

摘 要：探索一種鉻金星玻璃餐具的研發(fā)生產(chǎn)過程，在雙料道中，把制備好的鉻金星著色劑加入在其中一料道中，通過加熱攪拌并形成均勻的鉻金星玻璃料液;與另外的一條料道中的透明玻璃料液，兩種料液先后滴入模具中并形成復(fù)合料滴，模具中的復(fù)合料滴在離心機(jī)中高速旋轉(zhuǎn)并成型，完成套料鉻金星玻璃餐具的制作過程。

關(guān)鍵詞：鉻金星玻璃餐具;著色劑;復(fù)合料滴

1 前 言

鉻金星玻璃因其在光照條件下呈現(xiàn)的閃爍、多彩的亮麗外觀，在建筑及藝術(shù)品玻璃中已有較廣泛的應(yīng)用，由于其在使用的過程中，不可避免的會(huì)析出+3價(jià)鉻離子，有時(shí)在氧化狀態(tài)下，甚至?xí)?6價(jià)鉻離子析出，危及身體健康;也限制了鉻金星在玻璃餐具上的應(yīng)用。嘗試通過套料工藝處理，使產(chǎn)品在外層是閃爍的鉻金星玻璃，內(nèi)層是透明的安全玻璃;達(dá)到產(chǎn)品符合玻璃餐具的安全使用要求，同時(shí)保持了其亮麗外觀的目的，也為玻璃餐具提供了新的選擇。

2配方

（1）配方總體概述：本次生產(chǎn)的是一種有閃爍外觀的鉻金星套料玻璃餐具，首先主體透明配方是確定了Si—Na-Ca-B體系的方向，保證了符合玻璃餐具要求并使整體容易析出鉻晶體;其次，在這個(gè)的基礎(chǔ)上，再制定跟主體透明配方相匹配的外層套料著色劑配方。

（2）主體透明配方，總體必須符合玻璃餐具的安全使用要求;適合套料工藝要求;適合耐熱性能的要求;由于采用電熔爐熔化，也必須適應(yīng)電熔爐工藝要求。

（3）著色劑配方， 必須跟主體透明配方有相兼容性;必須有足夠的氧化鉻含量和核化劑，保證晶體的析出數(shù)量和析晶的長度;必須有較低的熱膨脹系數(shù)，以保證在形成套料玻璃時(shí)，鉻金星玻璃在外層對(duì)內(nèi)層的透明玻璃有一定合適的壓應(yīng)力。

（4）鉻金星玻璃配方，其實(shí)就是在主透明料的雙料道中的其中一條料道的前部，加入先制備好的著色劑并在料道中通過攪拌熔化，形成均勻的鉻金星玻璃料;其組成主要是由著色劑與主體透明料的重量配比組成的，本次采用的重量配比是：著色劑與主體透明料=2：8。

（5）各配方明細(xì)如表1。

3鉻金星著色劑的制備

3.1原料組成

著色劑的作用是進(jìn)行料道著色，在料道的前面進(jìn)行投料，跟透明主體料混合均勻后，形成鉻金星玻璃料液;其配方組成必須具有以下特點(diǎn)：易熔化、熔點(diǎn)低;跟主體透明配方容性好并具有略低之的熱膨脹系數(shù);適當(dāng)過量氧化鉻，以保證氧化鉻晶片的析出。如表一中著色劑氧化物配方可知，配方原料的重量百分比組成：石英砂：47.0%，重堿：3.7%，方解石：13.8%，五水硼砂：14.8%，鉻酸鉀：13.6%，氫氧化鋁：2.9%，碳酸鎂：2.5%，碳酸鋇：0.2%，二氧化鈦：1.4%，碳酸鉀：0.12%;碳：0.1%;原料的引入是經(jīng)過優(yōu)化精選的，在原料組成可以看到，氧化硼是以五水硼砂引入而不用硼酸，目的是為適用電熔爐的工藝和降低熔化溫度;氧化鋁是以氫氧化鋁干粉引入而不用氧化鋁粉，也是為了降低熔化溫度;氧化鉻是以鉻酸鉀引入，而不是以鉻綠引入，同樣能較大幅度降低熔化溫度;二氧化鈦的加入主要是核化劑的作用，能加速氧化鉻晶體的析出和晶體的成長;碳粉的引入起到還原氣氛的作用，保證+6價(jià)鉻完全轉(zhuǎn)化為+3價(jià)。

3.2制作過程

（1）熔化過程：采用的熔化方式是硅碳棒加熱的玻璃電坩堝熔化爐;熔化量是100公斤/缸，按原料配比，稱量后，混勻，當(dāng)坩堝溫度達(dá)到1200度時(shí)，按坩堝熔化爐操作方式進(jìn)行小批量分批次投，投料完畢后，升溫到1400度并保溫4h，熔化澄清完成后，再自然降溫到1250度，并在這個(gè)溫度保溫2h，通過保溫使氧化鉻晶體長大，以保證整體析晶粒度大于400μm;玻璃液溫度下降到1100度時(shí)，用勺子取出，進(jìn)行水碎。

（2）加工過程：后期的加工制作過程包括：球磨，過篩，壓濾，烘干，粉碎五個(gè)步驟;把（1）水碎后的玻璃料，按玻璃料：球：水=1：1：2的比例，進(jìn)行球磨作業(yè)2h，料漿倒出，用水洗過篩100目，篩余物回收重新進(jìn)行球磨，對(duì)過篩后的濾液進(jìn)行壓濾并制成壓片，壓片烘干后并干磨，過篩后得到過100目的鉻金星著色劑玻璃干粉。

4大爐主體透明料的熔化

4.1原料的組成

從表 1中的氧化物配比可以得到配方原料，各成分按重量百分比組成：石英砂：55.71%，重堿：11.04%，方解石：12.9%，五水硼砂：2.64%，氫氧化鋁：2.77%，碳酸鎂：2.39%，碳酸鋇：4.5%，二氧化鈦：1.01%，碳酸鉀：6.98%;主體配方中鈉鉀的比例接近6：4，以鈉為主，適應(yīng)電熔爐的玻璃液電導(dǎo)性工藝，并達(dá)到共堿的助熔效果，降低熔化溫度;在高鉀與鋇的作用下，玻璃具有較高的折射率，突出透明主體玻璃具有晶質(zhì)效果;硼的加入也提高了產(chǎn)品的耐熱性能;其熱膨脹系數(shù)：86×10^-7/℃。

4.2熔化過程

采用的是玻璃電熔爐熔化方式。通過插入的鉬電極在高溫的玻璃液中放電，利用高溫玻璃液中鈉、鉀離子的導(dǎo)電性，產(chǎn)生了焦耳熱效應(yīng)，從而把電能轉(zhuǎn)化為熱能，對(duì)玻璃進(jìn)行熔化澄清;如表1的透明性配方中，鈉鉀的比例基本上可以達(dá)到電熔爐的要求。按3.1的原料配方比例，進(jìn)行稱量并混勻形成后配合料;配合料按電熔爐的操作方式進(jìn)行投料，配合料在電熔爐是按垂直熔化方式進(jìn)行，分別經(jīng)過硅酸鹽形成階段，玻璃形成階段，玻璃澄清/均化等階段，進(jìn)入流液洞，上升道，到達(dá)主料道，從主料道再分別進(jìn)入透明玻璃液料道和鉻金星玻璃液料道的雙料道;而透明玻璃料道的料液就是用來制備產(chǎn)品的內(nèi)層透明玻璃。

5鉻金星玻璃的形成和熔化

5.1著色劑在大爐的加入方式

在鉻金星玻璃料道的前部裝有投料裝置，把制備好的鉻金星著色劑投放在裝置中，利用裝置的投料口的開關(guān)來控制著色的投料量，著色劑在振動(dòng)篩的作用下，按一定的比例均勻投入在透明主體料液中。70B58921-92D2-463C-AD76-3065F5E4CF3D

5.2著色劑在料道中熔解和均化

鉻金星料道分為4個(gè)控制區(qū)，分別裝有攪拌裝置和鉬電極加熱裝置，著色劑在第一個(gè)控制區(qū)加入后，經(jīng)過各區(qū)的加熱和攪拌作用，到第三個(gè)區(qū)基本完成了熔解并均化的過程，形成均一的鉻金星玻璃液，通過第四區(qū)來控制料液的工作溫度。

5.3著色劑的加入量

著色劑的加入量與主體透明性的重量比例控制在2：8，也就是著色劑加入量按鉻金星玻璃料道的出料量20%來加入;最終形成均勻的鉻金星料液，其氧化物配比如表一中的鉻金星料配方;從配比中可以看到，鉻金星在Si-Na-Ca-B體系中，氧化鈦的含量是1.27%，氧化鉻的含量是2.31%，在核化劑氧化鈦和過量的氧化鉻的作用下，成形時(shí)能順利析出大量的密集氧化鉻金星晶體;其熱膨脹系數(shù)：82×10-7/℃。

6生產(chǎn)過程

產(chǎn)品類型是套料玻璃餐具，外層是多彩的鉻金星玻璃料，內(nèi)層是晶質(zhì)透明玻璃料;兩種玻璃液分別通過透明料玻璃料道和鉻金星料道流出，并在模具中形成復(fù)合料層，最后由離心機(jī)成形為產(chǎn)品。

6.1復(fù)合料滴的形成過

如圖1所示，鉻金星玻璃料滴先經(jīng)過導(dǎo)料筒滴入石墨初模中，緊接著主體透明玻璃料滴也通過異形導(dǎo)料筒滴入初模中，兩料滴在初模的滴入先后時(shí)間間隔在1s，兩料滴的重量配比：鉻金星料滴：透明料滴=4：6;料滴滴入的時(shí)間間隔和重量配比的控制，由供應(yīng)機(jī)通過程序來設(shè)置，并控制所有動(dòng)作完成的;特別注意的是料滴的時(shí)間間隔不要超過2s;并且先滴入初模的鉻金星料滴在模具中要處于保溫狀態(tài)，使玻璃液的高溫黏度在103Pa.S以下，才能保證順利與內(nèi)層的主體透明玻璃液料滴相熔合;否則會(huì)由于先滴入鉻金星料滴表面降溫硬化而產(chǎn)生較大的應(yīng)力，造成產(chǎn)品的炸裂。

6.2成形過程

在復(fù)合料滴順利完成后，接著初模往上抬起，通過離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，復(fù)合料滴在模具中完成了所需的餐具形狀。

7產(chǎn)品結(jié)果

（1）外觀：生成的餐具產(chǎn)品，外層呈密集均勻的氧化鉻晶體，內(nèi)層是高拆射率的晶質(zhì)透明玻璃，經(jīng)檢測(cè)，氧化鉻晶體的顆粒達(dá)到400-600um，外觀呈閃爍亮麗。

（2）套層玻璃內(nèi)外層熱膨脹系數(shù)的匹配：經(jīng)耐馳 DIL402Classic 熱膨脹儀的測(cè)量，外層的鉻金星玻璃平均熱膨脹系數(shù)為82×10^-7/℃（0～300℃），內(nèi)層的晶質(zhì)玻璃的熱膨脹系數(shù)為86×10^-7/℃ （0～300℃），內(nèi)外層膨脹系數(shù)相差在4×10^-7/℃，外層鉻金星玻璃就會(huì)對(duì)內(nèi)層主體透明玻璃產(chǎn)生一個(gè)壓應(yīng)力的作用，類似于對(duì)產(chǎn)品的鋼化作用，較大提高產(chǎn)品的耐熱性能，這是較為理想的狀態(tài)。

（3）耐熱性能：產(chǎn)品經(jīng)退火爐后，不用鋼化，進(jìn)行耐熱測(cè)量，耐熱溫度可以達(dá)到110℃，基本達(dá)到比較安全的玻璃餐具使用要求。

（4）重金屬離子的析出量：按GB/T 30771-2014國標(biāo)法，經(jīng)過浸酸，用原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，溶液中沒有鉻離子出現(xiàn)。

8結(jié) 語

鉻金星玻璃餐具使用性能達(dá)到玻璃餐具的要求，亮麗的外觀又為其增加買點(diǎn)，可以為玻璃餐具的生產(chǎn)企業(yè)提供了新的選擇，但由于其生產(chǎn)制作過程繁多復(fù)雜，成型工藝要求較高，造成了成品率較低，后續(xù)也需要不斷努力改進(jìn)并進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)

[1]王承遇 陶瑛，玻璃成分與設(shè)計(jì)調(diào)整[M]，北京，化學(xué)工業(yè)版社，2006：414-443;

[2]GB/T 30771-2014 日用玻璃陶瓷[S].2014。70B58921-92D2-463C-AD76-3065F5E4CF3D