低膨胀系数高硼硅玻璃及制备方法与流程

本申请属于高硼硅玻璃特别涉及一种低膨胀系数高硼硅玻璃及制备方法。

背景技术：

1、低膨胀系数高硼硅玻璃是一种特殊类型的玻璃材料，以其出色的物理和化学性质而著称，主要特点包括低热膨胀系数、高耐温性、高强度、高硬度以及良好的化学稳定性。其组成成分为硅氧化物和硼氧化物，硅氧化物作为基础成分，提供了玻璃的基本结构，硼氧化物是关键添加剂，显著降低了玻璃的热膨胀系数，提高了耐热性和化学稳定性。高硼硅玻璃中的硼含量通常在10%至25%之间，还包括钠、钾、铝等氧化物，这些辅助成分有助于调节玻璃的熔点、粘度以及其他性能。高硼硅玻璃的热膨胀系数远低于普通玻璃，这使得它在温度剧烈变化时不易产生裂纹，具有优秀的热稳定性，这意味着在温度变化时其体积变化很小，减少了因热胀冷缩引起的应力，从而增强了玻璃的抗裂性和稳定性。高硼硅玻璃能承受极高的温度，短期使用下可达1000℃以上，适合制作需耐受极端温度变化的器皿和设备。高硼硅玻璃还具有优异的透明度，透光率高，对可见光和部分紫外线有良好的透过性，对酸、碱等化学物质有很强的抵抗力，适用于化学实验室和化工行业。相比普通玻璃，高硼硅玻璃具有更高的硬度和强度，耐刮擦，耐冲击。高硼硅玻璃常用于实验室设备、厨房用品、医药包装、太阳能产业、照明行业以及家电部件等行业，如精密仪器、耐热水壶、药品包材、光伏组件的封装材料、反光杯等。

2、cn103626395b公开了一种高硼硅玻璃的制备方法，原料以氧化物计，包括：二氧化硅60-75重量份、氧化硼10-25重量份、氧化铝2-6重量份、碱金属氧化物0-10重量份、r的氧化物0-5重量份和三氧化二锑0.2-0.5重量份，r为锌、钙、钡中的至少一种。将所述原料混合均匀，使用铂金坩埚将混合均匀的所述原料熔融成玻璃液，用铂金管以0.5-3l/min的流量向所述玻璃液底部通入氧气或液氧10-60min；静止1-2h后，使用框式铂金搅拌器以20-100rpm的转速搅拌所述玻璃液2-5h，降温、成形、退火、物理抛光后得高硼硅玻璃。该申请提供的技术方案得到的高硼硅玻璃具有较高光学均匀性，但是其依然不适用于对热膨胀系数要求较低的应用环境。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中高硼硅玻璃热膨胀系数相对高，高温易断裂的问题，本申请提供一种低膨胀系数高硼硅玻璃及制备方法，在原料中加入包覆十八烷的二氧化硅微球，得到的高硼硅玻璃具有更低的膨胀系数和优越的抗冷热冲击性。

2、本申请提供一种低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷加入去离子水中，在搅拌下升温进行反应；

4、s2、反应结束冷却后，加入十八烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀，再向混合物中加入聚乙烯醇，混合均匀后滴加氢氧化铵水溶液，并在室温下继续搅拌，过滤后洗涤干燥得到微球；

5、s3、高硼硅玻璃的原料在混合后，进行熔制，直至原料完全熔化形成玻璃液，澄清吹型退火后，得到所述高硼硅玻璃，所述高硼硅玻璃的原料按照重量份数计包括：65-75份的二氧化硅，20-25份的氧化硼，2-5份的氧化锌，2-5份的氧化纳，1.2-2份的氧化铝以及0.1-0.5份的氧化锂，0.2-0.6份步骤s2所得微球。

6、更进一步，步骤s1所述四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷摩尔比为1-1.8：1。

7、更进一步，所述十八烷、四乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷以及聚乙烯醇的质量比为0.1-0.5：1：0.01-0.04：0.05-0.1。

8、更进一步，步骤s1所述升温温度为75-85℃，反应时间为9-11h。

9、更进一步，步骤s2所述搅拌时间为2-4h，所述洗涤步骤用去离子水洗涤3-5次，所述干燥步骤用真空干燥箱90-110℃干燥4-5h。

10、更进一步，步骤s3按照重量份数计，所述高硼硅玻璃的原料包括：

11、68-72份的二氧化硅，20-23份的氧化硼，2-4份的氧化锌，2-5份的氧化纳，1.2-1.5份的氧化铝以及0.1-0.3份的氧化锂，0.3-0.5份步骤s2所得微球。

12、更进一步，步骤s3所述熔制在1100-1140℃混合保持4-6h后，以0.4-0.8℃/min的速率升温至1395-1415℃进行熔制；所述澄清的时间为30-40h，所述吹型的温度为1100-1140℃，所述退火的温度为540-560℃，所述退火的时间为2-3h。

13、更进一步，步骤s1所述四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷摩尔比为1.5-1.7：1。

14、本申请还提供一种低膨胀系数高硼硅玻璃，根据上述低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法制备而成。

15、本申请的有益效果为：

16、通过在高硼硅玻璃原料中引入包覆十八烷的二氧化硅微球，利用十八烷的相变特性来调节玻璃的热膨胀行为。这种设计使得所得高硼硅玻璃的热膨胀系数显著低于传统高硼硅玻璃，显示出了极大的优势，这表明该方法生产的玻璃在温度变化下更不易产生裂纹，热稳定性更强。尽管加入了相变微球，但通过精确控制微球的尺寸和掺杂比例，以及严格遵循特定的制备工艺，确保了玻璃的力学性能和光学均匀性未受影响甚至有所提升。较低的热膨胀系数结合优化的玻璃基体配方，显著提高了材料的抗热震性能，延长了产品的使用寿命，这对于需要承受温度骤变的应用场景，如实验室设备、太阳能板封装、厨房耐热器具等，具有重要意义。

17、通过严格的工艺控制，如熔制温度、澄清时间、成型温度和退火条件的设定，不仅提升了生产效率，还确保了玻璃内部应力的有效消除，选择更温和的熔制温度，保证二氧化硅微球在玻璃中的均匀分散，最终产品的性能更加优异，满足了高端应用领域对材料性能的严苛要求。

18、通过调整高硼硅玻璃的基础配方，氧化硼和二氧化硅的比例以及添加特定量的其他氧化物，显著降低了玻璃的热膨胀系数，提高了材料的抗热震性，延长了使用寿命。

技术特征：

1.低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求2所述低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：

9.一种低膨胀系数高硼硅玻璃，其特征在于根据权利要求1-7任意一项所述低膨胀系数高硼硅玻璃的制备方法制备而成。

技术总结
本申请属于高硼硅玻璃技术领域特别涉及一种低膨胀系数高硼硅玻璃及制备方法。所述高硼硅玻璃的原料按照重量份数计包括：65‑75份的二氧化硅，20‑25份的氧化硼，2‑5份的氧化锌，2‑5份的氧化纳，1.2‑2份的氧化铝以及0.1‑0.5份的氧化锂，0.2‑0.6份包含十八烷的二氧化硅微球，原料在混合后，进行熔制，直至原料完全熔化形成玻璃液，澄清吹型退火后，得到所述高硼硅玻璃，得到的高硼硅玻璃具有更低的膨胀系数和优越的抗冷热冲击性，提高了材料的抗热震性，延长了使用寿命。

技术研发人员：任红兵,陈荣家,唐存民,司俊峰,穆永金,窦力红
受保护的技术使用者：淄博宜臣轻工制品有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27