专利名称：高速列车用无机玻璃板材的制作方法
技术领域：
本发明属于玻璃生产制造领域，主要涉及一种高速列车用无机玻璃板材。所述的高速列车用无机玻璃板材易于与熔化状态的KNO3发生离子交换，使表面具有550 SOOMPa 压应力，具有较高的抗冲击能力，主要用于制造高速列车门窗玻璃。所述的高速列车用无机玻璃板材通过玻璃浮法成型技术生产。
背景技术：
普通平板玻璃或浮法玻璃，因成份和玻璃结构的原因，在与高温熔化状态的KNO3 发生离子交换时，玻璃中的Na+进入熔盐，熔盐中的K+离子进入玻璃的过程进行缓慢，且K+ 离子进入玻璃的单位体积数量较少和深度偏浅，使表面具有的压应力一般不大于500MPa。 而一种含Al2O3 > 1 的铝硅酸盐平板玻璃，尽管也易于与熔化状态的KNO3S生离子交换， 但由于较高的熔制温度(大于1600°C)，而失去经济意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种高速列车用无机玻璃板材，使其有廉价的制造成本，能通过离子交换使高速列车用无机玻璃板材表面获得高的压应力，从而使该无机玻璃板材具有极好的机械强度，也就是说该高速列车用无机玻璃板材易于用化学法增强；该无机玻璃板材能与其它有机材料复合构成高速列车玻璃，对有机材料构成防紫外线辐射作用(具有防紫外线照射作用)，避免有机材料因紫外线照射而老化、变色，同时更具有安全的抗冲击性能。本发明所提出的高速列车用无机玻璃板材，以质量百分比计，它包括下列组分 Si0264-70%, Al2O3 2-7%, Na2O 10-15%，K2O 2-6%, MgO 6-10%, CaO 0-0. 5%, Fe2O3 0-0. 02%, CeO2 0. 1-0. 3%, SO3 0-0. 3% ；且 CaO+ Fe2O +SO3 < 0. 6%。本发明采用中铝硅酸系玻璃，Al2O3含量低于7%，且SW2 +Al2O3合量不大于75%， 所以本发明高速列车用无机玻璃板材在熔化、制造过程中，具有较低的熔化温度(不大于 1560°C );而具有远大于化学钢化处理温度(500°C )的膨胀软化温度(大于580°C )，使无机玻璃板材在与熔化状态的KNO3发生离子交换时，不发生变形。碱土金属离子氧化物中本发明采用较高含量的MgO、较低的CaO (控制在0. 5%以下)，使玻璃容易在380 500°C温度范围内，与熔化状态的KNO3发生离子交换，使无机玻璃板材表面获得550 SOOMPa压应力，增加玻璃的机械强度和抗冲击能力。本发明高速列车用无机玻璃板材中加入2-6%的K20，用以提高玻璃的熔化能力、玻璃的光泽度和透光性。本发明高速列车用无机玻璃板材中加入 10-15%的Na2O, —方面帮助熔化，另一方面，提供离子交换的Na+，达到增强目的。本发明高速列车用无机玻璃板材中加入少量CeO2,使得玻璃与其它有机材料复合成高速列车玻璃时对有机材料构成防紫外线照射作用，避免有机材料因紫外线照射而老化、变色。高速列车用无机玻璃板材表面获得550 SOOMI^压应力后，与其它有机材料复合成的高速列车门窗玻璃，具备较强的抗压、抗折、抗冲击能力。
本发明的高速列车用无机玻璃板材所限定的特定范围直接决定了玻璃板材所具备的性能。因此各组成成份的含率优选是按以下方式进行调整下述成分所涉及的含量均为质量百分比
SiO2是玻璃骨架的主体。本发明中当SiA含量低于64%时，玻璃的软化温度过低，因此优选在65%以上。但当含量高于70%时，玻璃制造用配合料的熔制温度过高，不利于经济的工业化生产。因此，优选在69%以下。[Al2O3]
Al2O3是提高玻璃软化温度的有效成份，同时和SiO2共同构成玻璃的网络结构，以 [AlO4]的形式存在。[AlO4]使玻璃的网络结构空隙更适合于K+、Na+离子的交换。本发明中Al2O3含量低于21时，[AlO4]存在的作用不明显，因此Al2O3含量在21以上，优选在2. 5% 以上；含量高于7%时，玻璃熔制过程中导致玻璃粘度过大，玻璃制造用配合料的熔制温度过高，同样不利于经济的工业化生产。因此，优选在6. 5%以下。[MgO]
MgO能有效的提高玻璃的熔化特性，同时使玻璃的“粘度-温度曲线”更适合于浮法工艺快速成型的要求；适量的氧化镁可以降低玻璃的析晶性能；本发明中还要用氧化镁替代一部分氧化钙，来调节玻璃的成型性能。MgO含量优选在7%-10%。[CaO]
CaO的存在，严重影响无机玻璃板材在K+、Na+离子交换时的效果，因此本发明高速列车用无机玻璃板材中CaO的含量控制在0. 5%以下。[Na2O]
Na2O能有效的提高玻璃矿物配合料的熔化特性。是实现高速列车用无机玻璃板材在 K+、Na+离子交换过程中的Na+源。Na2O含量的变化，较快的改变玻璃的线膨胀系数，玻璃的线膨胀系数随含量的增加而增加。要满足无机玻璃板材Ci25^4c^为80 IOlX 10_7°C 的范围，Na2O含量优选在10. 5-15%。[K2O]
K2O能有效的提高玻璃矿物配合料的熔化特性，增加高速列车用无机玻璃板材的光泽度，在不影响离子交换Na+源的前提下，K2O含量在2-6%。[CeO2]
CeO2能有效的阻止紫外线在无机玻璃板材中的透过，本发明含量在0. 1%-0. 3%的( 来满足阻止紫外线照射的需求。[Fe2O3]
Fe2O3的存在，使无机玻璃板材着色，降低玻璃的透光特性。因此无机玻璃板材中!^e2O3 的含量控制在0. 02%以下。[SO3]
SO3为澄清剂的残留物及燃料杂志的引入，SO3的存在，加强了 !^e2O3着色程度，降低玻璃的透光特性。因此无机玻璃板材中SO3的含量控制在0. 3%以下。针对无机玻璃板材特性不利的组成成份在单项控制的同时，CaO+ Fe2O +SO3总量宜在0. 6%以内。
本发明的无机玻璃板材成份的优选范围，以质量百分比计如下SiO2优选范围为65-69% ；
Al2O3优选范围为2. 5-6. 5% ； Nei2O优选范围为:10. 5-15% ； K2O范围为2-6 % ； MgO优选范围为7-10 %； CaO 范围为0-0. 5% ； Fe2O3 范围为:0-0. 02% CeO2 范围为0. 1-0. 3% ； 且 CaO+ Fe2O +SO3 < 0. 6%。根据以上所述氧化物性能特点，本发明优选SiO2含量为65-69%、Al2O3含量为 2. 5-6. 5%，使得高速列车用无机玻璃板材的结构更利于离子交换。本发明优选K2O含量为 2-6 %，使得高速列车用无机玻璃板材具有好的光泽度。本发明优选MgO含量为7-10%、Ca0 含量为0-0. 5%，Na2O含量为10. 5-15%使得高速列车用无机玻璃板材在与熔化状态的KNO3 发生离子交换时，可以在相对短的时间，使玻璃板材表面获得550 SOOMI^压应力。本发明( 含量为0. 1-0. 3%，保证了高速列车用无机玻璃板材具有的阻止紫外线照射的作用。 本发明控制狗203范围为0-0. 02%, SO3的含量小于0. 3%，使2mm玻璃的透过率大于91. 5%。
具体实施例方式本发明结合以下实例作进一步说明，但给出的实施例，不构成对本发明的任何限制(实施例中的成份含量均以质量百分比计；实施例中所涉及的玻璃的制备工艺和钢化处理工艺为现有的玻璃制备工艺和玻璃钢化工艺)
实施例 1 SiO2 64%, Al2O3 7%, Na2O 15%, K2O 3. 1%，MgO 10%, CaO 0. 4%, Fe2O3 0. 01%, CeO2 0. 3%, SO3 0. 19%ο按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、化工氢氧化铝、重质碱、碳酸钾、铈的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1550°C温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数α 25
为98 X 10_7°C，膨胀软化温度超过586°C的无机玻璃板材，2mm玻璃透光率达到91. 70%。 熔制所得玻璃板材在400°C温度下，与熔化状态的KNO3发生离子交换，8小时后，无机玻璃板材获得550 700MPa压应力。实施例2
SiO2 70%, Al2O3 2%, Na2O 12. 28%, K2O 6%, MgO 9 %，CaO 0. 3%, Fe2O3 0. 02%, CeO2 0.2%， SO3 0. 2%ο按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、化工氢氧化铝、重质碱、碳酸钾、铈的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1560°C温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数 α25^4(^为97. 9X 10_7°C，膨胀软化温度超过590°C的无机玻璃板材，2mm玻璃透光率达到 91. 70%。板材在460°C温度下，与熔化状态的KNO3发生离子交换，8小时后，无机玻璃板材表面获得550 700MPa压应力。实施例3
SiO2 69%, Al2O3 6%, Na2O 10%, K2O 6%, MgO 8. 38%, CaO 0. 2%, Fe2O3 0. 02%, CeO2 0. 1%，SO3 0. 3%ο按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、化工氢氧化铝、重质碱、碳酸钾、铈的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1560°C温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数 α 4QQO为101 X 10_7°C，膨胀软化温度超过580°C的无机玻璃板材，2mm玻璃透光率达到 91. 65%。板材在420°C温度下，与熔化状态的KNO3发生离子交换，8小时后，无机玻璃板材表面获得580 750MPa压应力。实施例4
SiO2 68%, Al2O3 7%, Na2O 14%, K2O 2%, MgO 8. 49%, CaO 0. 1%, Fe2O3 0. 01%, CeO2 0.2%， SO3 0. 2%ο按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、化工氢氧化铝、重质碱、碳酸钾、铈的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1560°C温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数 α25^4(^为81. 5X 10_7/°C，膨胀软化温度超过596°C的无机玻璃板材，2mm玻璃透光率达到 91.65%。本发明采用浮法工艺成型，浮法工艺为目前企业普遍采用的玻璃生产工艺，对其不作过多说明。板材在520°C温度下，与熔化状态的KNO3发生离子交换，8小时后，无机玻璃板材表面获得560 700MPa压应力。
权利要求
1.一种高速列车用无机玻璃板材，其特征在于所述无机玻璃板材的组分和质量百分比为:Si02 64-70%, Al2O3 2-7%，Na2O 10-15%，K2O 2-6%, MgO 6-10%, CaO 0-0. 5%, Fe2O3 0-0. 02%, CeO2 0. 1-0. 3%, SO3 0-0. 3%。
2.根据权利要求1所述的高速列车用无机玻璃板材，其特征在于所述无机玻璃板材组分的质量百分比优化为SiO2 65-69% ；Al2O3 2. 5-6. 5% ；Na2O 10. 5-15% ；K2O 2-6 % ；MgO 7-10 % ；CaO 0-0. 5% ；Fe2O3 0-0. 02%, CeO2 0. 1-0. 3% ；且 CaO+ Fe2O +SO3 < 0. 6%。
3.根据权利要求1或2所述的高速列车用无机玻璃板材，其特征在于熔制过程中，熔化温度不大于1560°C。
4.根据权利要求1或2所述的高速列车用无机玻璃板材，其特征在于所述无机玻璃板材的膨胀软化温度大于580°C。
5.根据权利要求1或2所述的高速列车用无机玻璃板材，其特征在于所述无机玻璃板材的膨胀系数α 25 書c为80 101 X 10-7/oC。
6.根据权利要求1或2所述的高速列车用无机玻璃板材，其特征在于所述高速列车用无机玻璃板材可在380 500°C温度范围内，与熔化状态的KNO3发生离子交换，使无机玻璃板材表面具有550 800MPa压应力。
7.根据权利要求1或2所述的高速列车用无机玻璃板材，其特征在于所述的无机玻璃板材与其它有机材料复合成的高速列车门窗玻璃，具有防紫外线辐射作用。
全文摘要
本发明涉及一种较低熔制温度、易于通过离子交换取得高的表面压应力的高速列车用无机玻璃板材。其特征在于以质量百分比计，它包括下列成份组成SiO264-70%，Al2O32-7%，Na2O10-15%，K2O2-6%，MgO6-10%，CaO0-0.5%，Fe2O30-0.02%，CeO20.1-0.3%，SO20-0.3%。所述的高速列车用无机玻璃板材，熔制温度小于1560℃，膨胀软化温度大于580℃，膨胀系数α25～400℃为80～101×10-7/℃，离子交换后，无机玻璃板材表面具有550～800MPa压应力，能阻挡紫外线透过。
文档编号C03B27/03GK102491636SQ20111044130
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者冯秀劳, 张宏敏, 张驰, 杨璋, 胡铁石, 豆庆河, 赖新宇, 韩平元, 鲁鹏 申请人:海南中航特玻材料有限公司