[發(fā)明專利]一種高硅氧玻璃的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410082687.8
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103864295A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張超武;徐彬;繆金良;宋大龍;王芬
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: C03C3/097
• 分類號: C03C3/097
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于玻璃材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高硅氧玻璃的制備方法。

【背景技術(shù)】

高硅氧玻璃是指含SiO₂高達(dá)96%以上的玻璃。高硅氧玻璃具有與石英玻璃相近的許多優(yōu)異性能，如熱膨脹系數(shù)只稍大于石英玻璃（8X10^-7/℃），抗熱沖擊性能可達(dá)800℃，經(jīng)常使用溫度為900℃，短時(shí)間最高使用溫度可達(dá)1200℃，抗化學(xué)腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度也相似于石英玻璃。因而，高硅氧玻璃常可用作石英玻璃代用品，用來制作耐熱器皿、形狀復(fù)雜的儀器、冶煉鈾的器皿、高壓水銀燈管和溴鎢燈管等特殊用途的玻璃。

高硅氧玻璃通常是利用鈉硼硅（SiO₂-B₂O₃-Na₂O）系統(tǒng)（如圖1和2所示）的B區(qū)分相特點(diǎn)來制造的。制造工藝簡述為：在B區(qū)選適當(dāng)組成配料→按一般玻璃熔制方法制成半成品→分相熱處理使其分成富硅（SiO₂）相和富鈉硼（B₂O₃-Na₂O）相→熱稀酸瀝濾浸出可溶富鈉硼（B₂O₃-Na₂O）相→多孔高硅氧玻璃→燒結(jié)制成高硅氧玻璃。

在高硅氧玻璃制造工藝中有三個(gè)環(huán)節(jié)極為重要，是制備高質(zhì)量高硅氧玻璃必須嚴(yán)格掌控的。首先是基礎(chǔ)鈉硼硅玻璃成分的選擇。基礎(chǔ)鈉硼硅玻璃分相后所形成的富硅相是高硅氧玻璃的主體，因此富硅相含量最少應(yīng)占總量的50%以上；同時(shí)在分相后必須形成貫通的連續(xù)骨架結(jié)構(gòu)。但富鈉硼相含量也不能過少，因?yàn)檫^少含量將導(dǎo)致分相后的富鈉硼相形成孤島狀不連續(xù)結(jié)構(gòu)，在后續(xù)的瀝濾過程中不易被浸出掉，也嚴(yán)重影響高硅氧玻璃的質(zhì)量。

其次是基礎(chǔ)鈉硼硅玻璃的分相熱處理。這一工藝過程主要是把握分相熱處理的溫度和時(shí)間。熱處理溫度在鈉硼硅玻璃的轉(zhuǎn)變點(diǎn)和軟化點(diǎn)之間，一般為500～700℃。溫度低則分相減慢，從而需要更長的分相熱處理時(shí)間。據(jù)報(bào)道，一組成為SiO₂：B₂O₃：Na₂O=70:23:7（wt%）的玻璃，在550℃下就需要長達(dá)400小時(shí)左右的熱處理，才能達(dá)到平衡分相。固然提高熱處理溫度能加速分相，大為縮短分相熱處理時(shí)間，并使分相尺寸變大，但熱處理溫度提高，兩相互溶度增大，即富硅相中溶入鈉硼成分增多，而富鈉硼相中則溶入更多的硅質(zhì)成分，嚴(yán)重時(shí)富硅相甚至不能形成連續(xù)的骨架結(jié)構(gòu)，在后續(xù)的瀝濾過程中易于破損。

最后是分相玻璃的瀝濾。瀝濾就是用熱的稀酸溶液將分相玻璃的富鈉硼相溶解浸出掉，留下不溶的多孔硅氧骨架結(jié)構(gòu)，這一過程也叫酸處理。瀝濾的時(shí)間與制品厚度、酸液濃度和酸液溫度有關(guān)。瀝濾質(zhì)量（破損狀況）則與基礎(chǔ)鈉硼硅玻璃組成、分相熱處理狀況、制品的形狀和大小等因素有關(guān)。

綜合以上三個(gè)環(huán)節(jié)的分析可知，制備強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好的高質(zhì)量高硅氧玻璃，除掌握好基礎(chǔ)鈉硼硅玻璃組成外，最重要的是分相熱處理。高硅氧玻璃中SiO₂含量越高，性能越接近石英玻璃，質(zhì)量越好。從分相角度分析，兩相互溶度越小，即富硅相中含鈉硼成分越少，則瀝濾后所得多孔高硅氧玻璃中SiO₂含量就越高，因此，高SiO₂含量的高硅氧玻璃需要基礎(chǔ)鈉硼硅玻璃分相后兩相互溶度小。然而，由圖2所示的鈉硼硅系統(tǒng)相圖分相區(qū)不混溶等溫線可知，互溶度小就需要分相熱處理溫度低，而熱處理溫度低則不但使熱處理時(shí)間過長，而且使分相尺寸減小，導(dǎo)致后續(xù)的瀝濾速率降低，瀝濾時(shí)間也大為延長。這些都嚴(yán)重制約了高硅氧玻璃的生產(chǎn)和應(yīng)用。

如何在較低的熱處理溫度下加快鈉硼硅玻璃的分相速度，并使兩相互溶度盡可能小，同時(shí)又使分相尺寸變大，以加快瀝濾速率，從而提高高硅氧玻璃的生產(chǎn)效率，這些就是長期以來高硅氧玻璃生產(chǎn)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高硅氧玻璃的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

1、一種高硅氧玻璃的制備方法，包括以下步驟：