高強度超薄玻璃成分設(shè)計

高強度超薄玻璃成分設(shè)計摘要：高強度、高鋁是今后硅酸鹽玻璃發(fā)展的趨勢，本文在現(xiàn)有裝備水平及技術(shù)水平下設(shè)計、試驗、開發(fā)出可用于大爐生產(chǎn)的中高鋁玻璃成分，使其具有較好的熔制效果，同時試驗評價了Al2O3/SiO2對玻璃熱力學(xué)性能的影響，Al2O3/SiO2、CaO/MgO、R2O對玻璃化學(xué)穩(wěn)定性、機械強度的影響。關(guān)鍵詞：高強度高鋁玻璃1.高強度玻璃成分設(shè)計的目標(biāo)設(shè)計玻璃成分中氧化鋁含量為6.0-20%，綜合調(diào)整其氧化物組成，使玻璃的應(yīng)變點、退火點、軟化點、膨脹系數(shù)、密度機械強度、光電信息性能符合超薄蓋板玻璃的要求。通過熔樣試驗，樣品測試，選用合適的玻璃原材料，在保證玻璃性能的同時綜合考慮材料的成本，努力降低玻璃的生產(chǎn)成本。2.實驗部分2.1儀器設(shè)備高溫試驗爐1800℃max三維自動混料機SYH-5天平PB3001-S梅特列－托利多X熒光光譜儀Axiosmax帕納科掃描電子顯微鏡EVO-18蔡司紫外--可見分光光度計Lambda-35美國PE高溫爐SX-10-12上海實驗電爐電子天平HR120日本A&D鉑金坩鍋1000ml2.2熔樣試驗2.2.1根據(jù)設(shè)計的中高鋁高堿玻璃氧化物組成，盡量選用目前高白浮法玻璃、光伏壓延玻璃在用的原材料，以這些材料的實測值計算出基礎(chǔ)配合料中的干基比例。2.各種材料稱量精度控制在±0.1g以內(nèi)。總量：800g。2.2.3為降低小爐試驗和大爐的誤差，得率控制在80-85％（重量百分比）之間。2.2.4試驗方法玻璃成分采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，按下式計算：Pi=(wi/∑Pi)*100%式中Pi----玻璃中成分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（％）；Wi----玻璃中成分i的質(zhì)量含量；∑Pi----玻璃中所有成分質(zhì)量含量的中。設(shè)計出玻璃的理論氧化物組成，制作配合料指示書，使用精度為0.0001－0.1克的精密天平為稱量工具，手工稱樣，在自動三維混料機中混料5分鐘。用白金坩鍋熔樣，退火測試后調(diào)整玻璃的氧化物組成及物理性能參數(shù)，第二輪熔樣測試后，確定最佳料方。2.2.5熔制在一定玻璃熔化曲線下（樣品在高溫爐1450~1500

℃區(qū)間內(nèi)的時間不少于6小時）的熔化制備過程中，中間不進行人工攪拌，觀察氣泡排出情況和熔解質(zhì)量。采用鉑金坩鍋熔化澄清。在出料前兩小時前充分?jǐn)嚢?，在高溫區(qū)排泡后澆鑄，在適當(dāng)?shù)臏囟认鲁浞滞嘶?，冷卻至室溫后切割，分析成分、密度、三點等參數(shù)。3.試驗數(shù)據(jù)3.1國外同行高鋁玻璃水平從收集到的樣品分析結(jié)果顯示，目前國外幾大公司的高堿鋁硅酸鹽玻璃化學(xué)成分范圍（wt%）：SiO2:60-65%，Al2O3:10-17%，R2O:11-15%，RO:3-13%,ZrO:0-3%。表3.1-1國外中高鋁、高堿玻璃成分成分廠家康寧旭銷子肖特NEGSiO260-6560-6458-6260-64Al2O313-159-1313-1510-15Na2O13-158-125-86-10K2O2-43-711-133-8CaO0-10-10-1MgO3-54-73-40-4Li2O1-5B2O31-3ZrO20-3牌號GorillaDragontrialXensationCLAR國外不同公司高鋁玻璃氧化物組成差異性較大，但硅鋁總量確實均在較高水平，玻璃強度明顯高于普通超薄玻璃，玻璃表面質(zhì)量優(yōu)良。3.2國內(nèi)同行普通超薄浮法玻璃在國內(nèi)量產(chǎn)已有幾年時間，國內(nèi)幾個玻璃生成企業(yè)和科研院所在相關(guān)文獻上宣稱生產(chǎn)的高鋁玻璃成分見表3.2-1，實際到目前為止，沒有收集到國內(nèi)量產(chǎn)的浮法高堿鋁硅酸鹽玻璃樣品。所謂已批量生產(chǎn)的“中鋁”超薄玻璃，只是相對低鋁的普通浮法玻璃而言，氧化鋁含量一般在1.0-2.0%的范圍內(nèi)?？梢妼鴥?nèi)主流浮法工藝來講，即使是高堿，氧化鋁含量依然與國外一般水平有差距，如果氧化鋁含量在2％以上，保證產(chǎn)能穩(wěn)定的同時，保證板面質(zhì)量，目前的裝備水平及技術(shù)工藝水平均亟待提高?？祵?、旭銷子等極少數(shù)公司長期壟斷中國高端高鋁玻璃市場，可能不只是投入資金的多少的問題，技術(shù)門檻應(yīng)該是主要原因。表3.2-1國內(nèi)中高鋁、高堿玻璃成分（文獻）成分廠家彩虹東旭北工大宇飛南玻SiO254-6562-7260-6564.5-7358-72Al2O310-1712-1816-186.5-11.54.5-10Na2O8-1612-1613-1513-198-15K2O0-61-33-50.3-1.21-6CaO1-50-10-10-11-7MgO0.1-54-73-53-71-4Li2O0-0.50-2B2O31-50-2ZrO20-3ZnO1-30-2.5基于上述國內(nèi)外高鋁玻璃的實際量產(chǎn)水平，在綜合調(diào)整主要氧化物的配比時，筆者主要參照國外浮法高鋁玻璃的性能，目標(biāo)是高堿，最好是雙堿，前期玻璃組成中R2O總量不低于13.5%，適當(dāng)量的RO。保證玻璃的熔解質(zhì)量及較低的工作溫度，是玻璃組成優(yōu)化的基本要求，還要考慮可用于大爐連續(xù)實際生產(chǎn)、具有良好的板面質(zhì)量，同時考慮后續(xù)的化學(xué)鋼化效果。3.3配合料及玻璃組成表3.3-1中鋁高堿玻璃配合料組成（g）編號12345硅砂417.0417.8415.5416.5407.8氫氧化鋁77.887.797.7117.5137.4白云石106.2106.4106.691.676.5石灰石32.220.99.56.53.6碳酸鉀14.014.114.114.114.2純堿143.2143.5143.8144.2144.5芒硝5.15.15.15.15.1碳粉0.30.30.30.30.3鋯石粉0.00.03.20.06.4氧化鈦3.23.23.23.23.2氧化鈰0.00.00.00.00.0氧化錫1.31.31.31.31.3總計800.3800.3800.3800.3800.3表3.3-2中鋁高堿玻璃氧化物組成（理論,%）12345SiO264.8064.8064.3064.3062.80Al2O38.009.0010.0012.0014.00Na2O13.5013.5013.5013.5013.50K2O1.501.501.501.501.50CaO8.007.006.005.004.00MgO3.503.503.503.002.50ZrO20.000.000.500.001.00ZnO0.000.000.000.000.00TiO20.500.500.500.500.50CeO20.000.000.000.000.00SnO20.200.200.200.200.20Fe2O3SO3微量微量微量微量微量WO300000表3.3-3高鋁高堿玻璃配合料組成（g）編號12345硅砂301.4220.1244.3278.7355.2長石190.9373.6372.4182.8141.4白云石11.68.80.08.810.0氧化鎂29.929.856.760.125.1碳酸鉀0.20.12.70.20.3純堿162.2121.4114.4167.9170.9芒硝17.117.817.116.617.7碳粉1.41.41.01.4鋯石粉34.435.83.524.20.2氫氧化鋁141.581.780.9152.5176.4氧化鈦6.16.34.85.91.5氧化鈰3.13.23.12.2氧化錫總計899.8900.0899.9900.9900.1表3.3-4高鋁高堿玻璃氧化物組成（理論,%）編號12345SiO258.358.060.957.060.4Al2O316.116.717.117.618.4CaO0.60.50.30.50.5MgO4.24.03.64.03.6K2O2.52.52.82.51.9Na2O14.114.114.015.014.9ZrO23.03.00.32.20.0TiO20.80.80.60.80.2CeO20.40.40.40.30.0SnO20.00.00.0Fe2O30.00.10.10.03.4熔解質(zhì)量評價在熔制好的十幾塊玻璃中挑選了六塊組分及軟化點有代表性的樣品進行測試，其中三塊中鋁，三塊高鋁。測試結(jié)果顯示，化學(xué)成分與目標(biāo)值偏差在±0.5％以內(nèi)（由于沒有高鋁標(biāo)準(zhǔn)樣品，熒光分析存在一定誤差）。評價玻璃的性能主要參照其物性參數(shù)，通過不同渠道的努力，測試數(shù)據(jù)如下。表3.4-1玻璃三點密度測試數(shù)據(jù)Al2O3%退火點(℃)應(yīng)變點(℃)軟化點(℃)密度（g/cm3)85825487622.4987105895507732.4992126015587802.5012145605157732.4979175835428102.5021182.5033圖3.4-1氧化鋁含量為2%的微泡分布圖圖3.4-2氧化鋁含量為8%的微泡分布

圖3.4-3氧化鋁含量為10%的微泡分布圖3.4-4氧化鋁含量為12%的微泡分布圖3.4-5玻璃氧化鋁含量為8%的粘度-溫度曲線圖3.4-6玻璃氧化鋁含量為8%的時間-粘度曲線圖3.4-6玻璃氧化鋁含量為10%的粘度-溫度曲線圖3.4-8玻璃氧化鋁含量為10%的時間-粘度曲線圖3.4-9玻璃氧化鋁含量為12%的粘度-溫度曲線圖3.4-10玻璃氧化鋁含量為12%的時間-粘度曲線表3.4-2玻璃氧化鋁含量為8%的物性測試數(shù)據(jù)Exp.TimeSampleTControlAverageViscosityViscosityViscosity(LogPaS)Viscosity(min)(C)T(C)T(C)(cP)(LogP)(Poise)5329.71495.9762.8584012.771.7758401005629.61489.9759.8621812.791.7962181005929.71483.9756.8667172.821.8266717006229.81477.4753.6718202.861.8671820006529.91471.7750.877017.52.891.897701750119.1729.91360695215882.331.332158800182.1731.61334.5683.1323192.511.513231900183.1731.61344.7688.229219.42.471.472921940表3.4-3玻璃氧化鋁含量為10%物性測試數(shù)據(jù)Exp.TimeSampleControlAverageViscosity(cP)Viscosity(LogP)Viscosity(LogPaS)Viscosity(min)T(C)T(C)T(C)(Poise)5329.71495.9762.8584012.771.7758401005629.61489.9759.8621812.791.7962181005929.71483.9756.8667172.821.8266717006229.81477.4753.6718202.861.8671820006529.91471.7750.877017.52.891.897701750174515545.22.191.191554525177.1726.51475.1750.812166.92.081.081216687.5180.1726.31502.2764.39709.91.990.99970987.5表3.4-4玻璃氧化鋁含量為12%物性測試數(shù)據(jù)Exp.TimeSampleControlAverageViscosity(cP)Viscosity(LogP)Viscosity(LogPaS)Viscosity(min)T(C)T(C)T(C)(Poise)5329.71495.9762.8584012.771.7758401005629.61489.9759.8621812.791.7962181005929.71483.9756.8667172.821.8266717006229.81477.4753.67182