硼硅浮法玻璃的研究與應(yīng)用

硼硅浮法玻璃的研究與應(yīng)用

經(jīng)過2年的反復研究和實驗研究，采用了一種新型的浮法玻璃浮法玻璃，該關(guān)聯(lián)于中國豪華玻璃集團公司，標志著中國特殊玻璃的完全依賴進口情況結(jié)束，中國浮法玻璃家族為中國浮法家族增添了新軍。硼硅酸鹽玻璃的特性硼硅酸鹽玻璃屬技術(shù)應(yīng)用型玻璃。氧化硼是實用玻璃中的重要組份之一,在玻璃中的作用比較特殊,它不僅具的良好的助熔作用,同時還有助于形成具有高化學耐久性、低膨脹系數(shù)和低的導電性等特性。硼的“反常性”使硼硅酸鹽玻璃低溫粘度明顯提高。硅、鋁是形成玻璃的主體,硅鋁合量決定了形成玻璃的溫度和熔化特性。一般來說,工業(yè)化生產(chǎn)的硼硅酸鹽玻璃的成分設(shè)計大多為含硼在10%~18%之間,硅鋁合量大于82%。典型的成分設(shè)計為美國康寧公司開發(fā)的派萊克斯玻璃,即硼硅3.3玻璃。1998年,國際標準化組織為這種玻璃專門制定了標準——ISO3585。硼硅3.3玻璃是目前工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的玻璃中性能最優(yōu)異的玻璃之一,軟化點高達820℃,而膨脹系數(shù)只是普通鈉鈣玻璃的三分之一,因而具有良好的耐高溫性能和耐熱沖擊能力;密度比普通鈉鈣玻璃輕12%,耐酸堿及耐水解性能都十分優(yōu)異。這些優(yōu)異的性能使這種玻璃在光學玻璃、精密儀器玻璃、燈具玻璃、日用玻璃等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。適當調(diào)整玻璃成分中的硅、鋁、硼的比例,可以獲得軟化點更高而膨脹系數(shù)同樣很低、密度一樣較小的硼硅酸鹽玻璃。當硅鋁合量超過84%時,玻璃的軟化點可提高到850℃左右。這就是目前國際上防火玻璃市場中性能優(yōu)異的硼硅防火玻璃。硼硅酸鹽浮法玻璃種類和應(yīng)用早期的硼硅酸鹽玻璃主要以吹制、壓制和澆鑄制品為主,制品尺寸一般較小、表面光學質(zhì)量較差,難以制取大尺寸、高品質(zhì)的平面式產(chǎn)品。20世紀90年代初,德國肖特公司率先采用浮法工藝生產(chǎn)硼硅酸鹽玻璃。經(jīng)過十幾年的持續(xù)改進,可以生產(chǎn)出和普通鈉鈣浮法玻璃同樣表面質(zhì)量的硼硅酸鹽浮法玻璃。硼硅酸鹽浮法玻璃的出現(xiàn),極大地拓展了硼硅酸鹽玻璃的使用空間。目前硼硅酸鹽浮法玻璃主要有兩類——硼硅3.3浮法玻璃和硼硅防火玻璃。1、硼硅3.3浮法玻璃主要技術(shù)指標:軟化點820±10℃;膨脹系數(shù)(3.3±0.1)×10-6/K;密度2.23±0.02g/cm3。主要應(yīng)用領(lǐng)域:⑴耐熱面板:壁爐面板、高溫觀察窗、烤箱面板、灶具等;⑵照明:大功率高溫燈具面板、特殊燈具面板;⑶電子工業(yè):電子器件基板、保護面板;⑷生物醫(yī)學:蓋玻片、載玻片、生物培養(yǎng)皿等;⑸光學:顯微測量和精密測量基板、濾鏡基板等;⑹太陽能:光伏電池基板和蓋板;⑺運輸工具:高性能運輸工具視窗玻璃。2、硼硅防火玻璃主要技術(shù)指標:軟化點845±10℃;膨脹系數(shù)(4.0±0.1)×10-6/K;密度2.28±0.02g/cm3;導熱系數(shù)1.2w/mK;主要應(yīng)用領(lǐng)域:與目前國內(nèi)防火玻璃市場上流行的防火玻璃——銫鉀防火玻璃不同,硼硅防火玻璃是一種通過改變玻璃成分,有效降低玻璃自身的膨脹系數(shù)、有效提高玻璃自身的軟化點溫度、有效提高玻璃自身的導熱能力,從而達到安全防火目的的全新防火玻璃。其優(yōu)異的性能使其成為真正意義的防火玻璃。主要性能:極高的熱穩(wěn)定性,膨脹系數(shù)4.0;超強的防火性能,耐火時間超過180分鐘;極佳的視覺效果,6毫米厚玻璃可見光透過率超過90%;輕盈降載荷,比普通鈉鈣玻璃輕9.6%;無需均質(zhì)處理,無自爆,使用氯化鈉做澄清劑玻璃中沒有硫化物。硼硅酸鹽玻璃浮法生產(chǎn)工藝有較高的硅鋁合量和硼含量使硼硅酸鹽玻璃性能大幅提升,但也使這種玻璃在制造過程中存在很首先是熔化困難。普通鈉鈣玻璃熔化溫度一般在1500℃左右,而硼硅酸鹽玻璃的熔化溫度則需要在1650℃以上,軟化點更高的硼硅防火玻璃則更高。電熔技術(shù)使我們找到了熔化這種玻璃的有效途徑。其次是澄清困難。820℃以上的軟化點溫度使得這種玻璃高溫粘度很大,850℃以上則更大。20世紀30年代美國康寧公司發(fā)明的氯化鈉做澄清劑技術(shù)改善了這種玻璃的澄清,但微小氣泡的排除仍有相當?shù)碾y度。就目前國內(nèi)熔化硼硅3.3玻璃管的技術(shù)而言,以公斤為單位衡量氣態(tài)夾雜物的標準與GB11614浮法玻璃標準中對氣態(tài)夾雜物要求的標準相比很顯然不在一個水平上,至少要提高一到兩個數(shù)量級。第三是均勻化困難。電熔技術(shù)熱效率高,熔化能力強,但由于自身的局限性,均勻化能力很差,加之硼硅酸鹽玻璃具有硼易揮發(fā)和明顯的分層和分相傾向,使這種玻璃均勻化非常困難,難以得到表面光學質(zhì)量良好的玻璃。條紋和光學變形是這種玻璃生產(chǎn)中最大的技術(shù)難題。第四是強度均化困難。實驗表明:作為一種脆性材料,普通鈉鈣玻璃的抗沖擊強度具有較大的離散性。而硼硅酸鹽玻璃生產(chǎn)由于使用電熔技術(shù)及硼硅酸鹽玻璃分層、分相傾向嚴重,其抗沖擊強度離散性更大。國內(nèi)大多數(shù)硼硅3.3玻璃產(chǎn)品的抗沖擊能力,和國內(nèi)外普通鈉鈣玻璃企業(yè)產(chǎn)品相比,都存在第五是成型困難。硼硅酸鹽玻璃由于具有較高的軟化點溫度,適合的成型溫度明顯提升,給成型工第六是污染控制困難。硼硅酸鹽浮法玻璃含硼超過10%,硼的揮發(fā)控制不僅在熔化中難以控制,而且在成型中一樣難以控制。半成品中很容易留有游離硼的痕跡。第七是侵蝕產(chǎn)生的固態(tài)夾雜物控制困難。硼硅酸鹽玻璃本身就是一種侵蝕能力很強的玻璃,加之硼的揮發(fā)和氯化鈉做澄清劑,不可避免的在整個生產(chǎn)過程中不斷遇到這一問題。第八是退火問題。分相的控制。第九是后處理困難。硼硅酸鹽玻璃硬度很高,莫氏硬度為6.5級。給切割及后續(xù)的切磨處理都帶第十是熱加工困難。硼硅酸鹽浮法玻璃由于軟化點溫度高,在進行半鋼化(熱增強)和全鋼化處理過程中,都要對現(xiàn)有的鋼化處理設(shè)備進行必要的調(diào)整和性能的提升才能完成。中國耀華玻璃集團公司科研人員歷時2年,經(jīng)過5次的反復試驗研究和探索,克服了上述重重困難,成功生產(chǎn)出性能優(yōu)良的硼硅酸鹽浮法玻璃。硼硅3.3浮法玻璃性能完全達到ISO3585標準,外觀質(zhì)量達到GB1161