低透光率带颜色日用玻璃陶瓷的研制

2019-01-16詹奕纯

陶瓷 2019年3期

詹奕纯

(广东健诚高科玻璃制品股份有限公司广东潮州 515658)

前言

国家标准GB/T30771-2014《日用玻璃陶瓷》[1]，玻璃陶瓷是由结晶相和玻璃相构成的一类复合材料，一般通过对玻璃进行适当加热处理以使玻璃体内产生足量结晶相而获得。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观和用途近似于日用陶瓷，其外观颜色通常为半透明或乳白色。为提高日用玻璃陶瓷的外观质感，增加花色品种，提高其附加值和物理性能，可采用着色材料，使制品具有黑、紫、红等多种颜色，其中以墨色(黑色)最具质感，深受消费者欢迎。在日用玻璃陶瓷的基质原料中加入着色剂，加入量较大，成本较高，而且发色效果有时不够理想。在优化着色剂成分的同时，引入遮光剂，能提高制品显色效果，减少着色剂的用量，降低了生产成本。通过合适的生产工艺，制品的物理性能(如抗热震性)也能得到稳定提高。

1 研发及试验

1.1 低透光率墨色日用玻璃陶瓷(A制品)

1.1.1 着色剂制备

按照配方将55.5%二氧化锰、28.2%三氧化二铬、16.3%三氧化二铁放入混合机中进行混合，混合时间为20 min，获得着色剂。

1.1.2 备料

按照配方准备93.5%的基质原料、4.5%的通过着色剂制备步骤中制备的着色剂与2.0%的遮光剂。其中，基质原料为68.2%二氧化硅，15.4%氧化钠，11.0%氧化钙，2.17%三氧化二铝，1.25%氧化镁，0.30%氧化钾，1.3%氧化硼与0.38%氧化钡组成；遮光剂为冰晶石。

1.1.3 混料

将基质原料、着色剂与遮光剂放入混合机中进行混合，混合时间为30～60 min，获得混合料，按玻璃混合料建材行业标准JC/T 648-1996的要求，所制备混合料的均匀度要求达到95%以上；

1.1.4 熔融

将混合料放置到电熔炉上，通过电熔炉的主熔炉进行熔融，获得熔融液；该步骤中，电熔炉采用冷顶式垂直融化原理，熔融温度控制在1500 ℃±10 ℃之间，主熔炉的顶插电极电流控制在2 800～2 900 A之间，通过主熔炉对混合料进行熔融，将混合料均熔融成熔融液。

1.1.5 澄清

熔融液从主熔炉流入电熔炉的澄清料道中进行澄清处理，获得玻璃原液；在该步骤中，所述澄清料道的电极电流控制在150～160 A之间，熔融液经过澄清料道时，将被澄清均化并转化成颜色均匀的玻璃原液，避免成形后的产品存在色差。

1.1.6 成形

将玻璃原液通过供料机从电熔炉输送到成形机中进行成形，获得玻璃产品，玻璃原液通过电熔炉底部的流液洞流出，通过供料机的上升通道、输送通道输入到离心成形机中的特定模具中，通过离心工艺获得对应器型的玻璃产品。

1.1.7 退火

对产品玻璃进行退火处理，退火温度为600 ℃，退火时间为80 min；进而消除玻璃产品在成形过程中产生的不同程度的热应力，提高玻璃产品的机械强度与热稳定性，消除玻璃产品中可能存在的光学不均匀性，最终使玻璃产品的内部结构维持稳定。

1.1.8 钢化

对退火后的产品玻璃放入钢化炉中进行钢化处理，钢化温度为620 ℃，钢化炉的网带运行速率为0.04 m/s，钢化主要是为了提高产品玻璃的强度，通过进行风冷物理钢化处理，在玻璃产品中形成表面压应力、内部张应力的重新分布，达到提高产品玻璃的目的。由于着色玻璃的透热性大，为降低热处理过程中因局部温差过大引起的产品炸裂，钢化炉装载产品玻璃时运行速度不宜过快，应当将网带的运行速率控制在0.02～0.04 m/s比较适合。

本实验最终形成的产品为墨色玻璃陶瓷制品，制品经过测试，其膨胀系数(0～200 ℃)为86.3×10-7/℃；L*a*b值为：L=23.89±0.07，a=0.02±0.01，b=0.28±0.01；3 mm厚度玻璃片可见光透光率为0.48%；以GB/T 13891-2007/ISO 718:1990实验室玻璃仪器——热冲击和热冲击强度测试方法，其耐热性能指标为145 ℃。

1.2 低透光率墨色日用玻璃陶瓷(B制品)

本次试验采用另一种原料配方，对上述A产品所采用的基质原料、着色剂和遮光剂的成分进行调整。后续采用的制备方法基本相同，不作论述。

1.2.1 着色剂制备

按照配方将73.5%二氧化锰，15.7%三氧化二铬，10.8%三氧化二钴放入混合机中进行混合，混合时间为20 min，获得着色剂。

1.2.2 备料

按照配方准备93.5%的基质原料、4.0%的通过着色剂制备步骤中制备的着色剂与2.5%的遮光剂。其中，基质原料为66.11%二氧化硅，13.4%氧化钠，10.5%氧化钙，3.28%三氧化二铝，1.75%氧化镁，1.36%氧化钾，2.3%氧化硼与1.3%氧化钡组成；遮光剂为73%冰晶石和27%萤石组成。

1.2.3 混料

本实验最终形成的产品为墨色玻璃陶瓷制品，制品经过测试，其膨胀系数(0～200 ℃)为88.1×10-7/℃；L*a*b值为：L=23.47±0.05，a=0.01±0.01，b=0.32±0.01；3 mm厚度玻璃片可见光透光率为0.41%；以GB/T 13891-2007/ISO 718:1990实验室玻璃仪器——热冲击和热冲击强度测试方法，其耐热性能指标为140 ℃。

1.3 一种低透光率墨色日用玻璃陶瓷

本项试验按紫色日用玻璃陶瓷的需求，采用新的原料配方。后续采用的制备方法与上述墨色产品基本相同，不作论述。

1.3.1 着色剂制备

按照配方将65.2%二氧化锰、22.4%三氧化二铬、12.4%三氧化二铁放入混合机中进行混合，混合时间为20 min，获得着色剂。

1.3.2 备料

按照配方准备91.5%的基质原料、3.5%的通过着色剂制备步骤中制备的着色剂与5.0%的遮光剂。其中，基质原料为70.2%二氧化硅，13.3%氧化钠，9.6%氧化钙，2.17%三氧化二铝，1.75%氧化镁，0.30%氧化钾，2.3%氧化硼与0.38%氧化钡组成；遮光剂为冰晶石。

1.3.3 混料

本实验最终形成的产品为紫色玻璃陶瓷制品，制品经过测试，其膨胀系数(0～200 ℃)为89.4×10-7/℃；L*a*b值为：L=53.79±0.11，a=9.79±0.09，b=3.28±0.04；3 mm厚度玻璃片可见光透光率为0.39%；以GB/T 13891-2007/ISO 718:1990实验室玻璃仪器-热冲击和热冲击强度测试方法，其耐热性能指标为130 ℃。

2 初步分析

前面简述了墨色和紫色日用玻璃陶瓷制品的研发和试验，采用不同原料配方和相近似的制备工艺。其他颜色的制品的研发还在试验和改进中。在基质原料中加入着色剂和遮光剂，能使玻璃成形过程形成微小分相并获得晶粒，能使制品在光线入射时达到增强对入射光能量的吸收，同时改变入射光的传播方向，增强对光线的散射作用。在不引入遮光剂的情况下，着色剂的用量必须采用加大用量来提高遮盖能力，而显色效果也不及加入遮光剂的产品。加入遮光剂产品的显色更纯真和晶莹，更具有质感和美感。本试验的A制品的物理稳定性优于常规的乳白色和半透光制品。沿着本技术路线更深入地研究，可使制品质量进一步提升。