本发明涉及玻璃技术领域，尤其涉及一种高硬度高透过率玻璃及其制备方法。
背景技术：
现有通用玻璃一直以高铅含量的硼硅酸盐玻璃为主，这些玻璃中pbo的含量很高，有时能高于70％，且在使用过程中会出现溶出问题，影响了人体健康，此外，铅晶质玻璃在熔制过程中会挥发进入大气中污染环境，还有可能被人体吸入体内造成各种疾病，存在极大的安全隐患。因此，无铅玻璃受到了越来越多的关注。
随着各国人民生活水平的提高，人们对美好事物的欣赏和追求也越来越狂热。对一些旅游景区的观光玻璃和新型建筑的装饰玻璃提出了越来越高的要求。现有旅游景区的观光车和缆车用的玻璃透光率较差影响人们观赏景色以及取景拍照，人们为了更真实的欣赏以及记录外界的景色不得不打开玻璃窗，但是对于缆车这种不能打开玻璃窗的情况，目前还没有解决办法。且由于玻璃需要频繁清洗，以保证较好的显示效果，但是现有玻璃的硬度较低，频繁清洗会造成明显的划痕，对玻璃的清晰度产生影响。因此，制备无污染且具有较高透过率和高硬度的装饰玻璃具有十分重要的意义。
技术实现要素：
针对现有技术中现有玻璃的硬度和透光率较低有待进一步提高的问题，本发明提供一种高硬度高透过率玻璃及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种高硬度高透过率玻璃，其成分重量百分比为：sio240-54％、al2o35-9％、tio24-10％、li2o8-15％、zno1-5％、mgo0.4-1.0％、gd2o36-12％、moo30.1-0.3％、y2o36-14％、sb2o30.16-0.8％、sno20.1-0.3％、ceo20.2-1.2％和zro22-8％。
相对于现有技术，本发明提供的高硬度高透过率玻璃的有益效果如下：
(1)y2o3、mo2o3和zro2三者共存，可促进玻璃结构的致密化，提高玻璃的强度和韧性。y2o3可将mo2o3和zro2稳定在sio2的四面体结构中，增加mo2o3和zro2在玻璃液中的溶解度，同时降低mo2o3和zro2的熔化温度，通过控制y2o3的加入量，可使玻璃的熔融性能更好。
(2)采用sb2o3、sno2和ceo2三者作为复合澄清剂，能够有效促进混合料中的气泡排除最大限度的清除气泡，得到结构均一稳定的玻璃；三者共同作用还能使网络的连接程度增强，结构变紧密，增强玻璃的硬度，有效防止可见光区域透光率的损失。
(3)tio2、zno和gd2o3三者共存，可有效调节玻璃的光学参数，在提高玻璃透过率的前提下，还能降低玻璃析晶温度的上限。
(4)通过将各组分之间以特定比例配合，使得各组分更均匀的融合，没有异相析晶，提高了玻璃产品的质量，制备的玻璃的透过率可达到96％以上，维氏硬度可达到660hv以上，兼具透明度高和硬度高的性能；且组成中不含pb、as、ba和f等有害元素。
优选的，所述高硬度高透过率玻璃成分的重量百分比为：sio242-47％、al2o36-8％、tio25-9％、li2o9-13％、zno1.9-4％、mgo0.5-0.8％、gd2o37-11％、moo30.12-0.25％、y2o37-13％、sb2o30.4-0.7％、sno20.12-0.25％、ceo20.4-1.0％和zro23-6％。
更优选的，所述高硬度高透过率玻璃成分的重量百分比为：sio245％、al2o37.5％、tio28.5％、li2o12％、zno3％、mgo0.7％、gd2o39％、mo2o30.15％、y2o38.5％、sb2o30.5％、sno20.15％、ceo20.5％和zro24.5％
sio2在本发明中起玻璃形成体的作用，以硅氧四面体[sio4]的形式形成玻璃的基本骨架，sio2含量的会提高玻璃的机械强度和紫外光区的透过率，但是含量过高时，会引起玻璃析晶，因此，本发明中sio2含量为40-55％，优选42-50％，更优选为45％。
al2o3在本发明中，可改善玻璃化学稳定性，降低玻璃的析晶倾向，同时，其还能与sio2四面体组成一个完整的网络结构，提高玻璃的硬度和机械强度。但是当al2o3含量过高时，会增加玻璃的粘度，不利于玻璃熔制，因此本发明al2o3含量为5-10％，优选6-9％，更优选为7.5％。通过调整sio2和al2o3的量，使两者在合适的比例内配合，可提高玻璃的机械强度。
tio2在本发明中可以显著提高玻璃的透过率，增强玻璃的化学稳定性，还能改善玻璃的析晶性能，降低玻璃的析晶上限温度。但是tio2含量过高时，会使玻璃的耐失透性降低，因此，本发明tio2含量为4-10％，优选5-9％，更优选为8.5％。本发明中tio2和zro2共同作用，可提高玻璃模量，使玻璃在满足良好透过率的前提下，还具有高硬度、高韧性的优点。
li2o在本发明中可解决sio2和zro2难溶解的问题，促进玻璃液的熔化和澄清，还能大大降低玻璃的析晶倾向，提高玻璃的透明度；但是过多，会使玻璃的硬度下降，因此本发明本发明li2o含量为8-16％，优选9-15％，更优选为12％。
zno在本发明中与tio2和gd2o3协同作用可改善玻璃的透光率，提高玻璃的耐失透性，降低玻璃的玻璃化温度，zno还能和本发明中zro2共同作用，参与形成玻璃网络，提高玻璃的强度和化学稳定性，但是含量过高会增大玻璃的析晶倾向。因此本发明本发明zno含量为1-5％，优选2-4％，更优选为3％。
mgo在本发明中可降低玻璃的高温粘度，提高玻璃的硬度、强度、韧性，化学稳定性，还能抑制li2o的移动，防止玻璃产生结晶，但是含量过多，会导致析晶，因此本发明本发明mgo含量为0.5-1.0％，优选0.6-0.8％，更优选为0.7％。
gd2o3与本发明中mo2o3和y2o3共存，可提高玻璃的稳定性，提高玻璃的耐失透性，降低玻璃析晶温度的上限，本发明本发明gd2o3含量为6-12％，优选7-11％，更优选为9％。
moo3在本发明中可降低玻璃液的表面张力，有利于玻璃的澄清和均化，提高产品的质量，但是含量过高会影响玻璃的透光率，因此本发明中moo3含量为0.1-0.3％，优选0.12-0.26％，更优选为0.15％。
y2o3在本发明中可起到稳定剂的作用，且y2o3具有较强的积聚作用，可增强玻璃的致密性，还能降低玻璃熔化温度，不会降低玻璃的耐失透性，但是加入过量，会使玻璃的透光率下降，因此本发明中y2o3含量为6-14％，优选7-13％，更优选为8.5％。
sb2o3在本发明中为澄清剂，但是含量过高时，起不到澄清作用，因此本发明中sb2o3含量为0.2-0.8％，优选0.4-0.7％，更优选为0.5％。
sno2在本发明中为澄清剂，但是含量过高时，起不到澄清作用，因此本发明中sno2含量为0.1-0.3％，优选0.15-0.25％，更优选为0.15％。
ceo2在本发明中为澄清剂，但是含量过高时，会降低玻璃的透光率，因此本发明中ceo2含量为0.2-1.2％，优选0.4-1.0％，更优选为0.5％。本发明中sb2o3、sno2和ceo2三者作为复合澄清剂的澄清效果，远远高于单独使用或者使用其中任意两种组合使用时效果的直接累加，从而得到澄清度更佳的玻璃。
zro2在本发明中可增强玻璃的化学稳定性，提高玻璃的粘度，防止mgo和li2o由于密度较小，从玻璃熔体中上浮出来，同时zro2还能提高玻璃的硬度、弹性，降低玻璃的热膨胀系数，但是含量过高，易导致玻璃析晶，因此本发明中zro2含量为2-8％，优选3-6％，更优选为4.5％。
本发明还提供了上述高硬度高透过率玻璃的制备方法，至少包括以下步骤：
步骤a，按照上述高硬度高透过率玻璃的设计配比称取各组分，将称取的原料混合粉碎为粒径≤0.5mm，得混合料；
步骤b，将所述混合料加入铂金坩埚炉中进行熔制，使混合料完全熔融，得到熔融玻璃液；
步骤c，将所述熔融玻璃液搅拌、澄清后，降温，倒入预热至500-550℃的模具内成型；
步骤d，将成型的玻璃转移至退火炉中，进行降温退火处理，以5-6℃/h的速率降温至室温后，取出玻璃，得所述高硬度高透过率玻璃。
上述制备方法操作简单，无复杂工序，也无需特殊的设备，成本低，适合工业化大规模生产。
优选的，步骤a中，所述混合料是通过球磨机在转速为80-120rpm的条件下，球磨15-30分钟得到的。
将各原料组分经球磨机在80-120rpm的高速球磨条件球磨15-30分钟，可促进各原料的熔解，使原料具有迅速熔解混合均匀的能力。
优选的，步骤b中，所述铂金坩埚炉的熔炼温度为1600-1650℃，熔炼时间为10-15小时。
优选的熔炼温度和时间，可有效促进各原料的快速熔解混合。
优选的，步骤c中，搅拌速度为50-100rpm。
优选的搅拌速度可加快和促进气泡的排出，使玻璃中的气泡排出的更彻底，使玻璃液更加均匀。
优选的，步骤c中，澄清温度为1650-1700℃，澄清时间为30-50分钟。
优选的澄清温度和澄清时间可有效促进原料的澄清，降低玻璃中气泡的数量，配合使用sb2o3、sno2和ceo2三者作为复合澄清剂，三者以特定比例组合可达到最佳的澄清效果，可使产品玻璃中的气泡含量每公斤气泡个数小于0.08个，气泡尺寸小于0.1mm。
优选的，步骤d中，退火温度为550-600℃，退火时间为3-4小时。
优选的退火温度和时间，可消除玻璃的热应力，提高玻璃的机械强度和热稳定性。
采用本发明提供的玻璃配方能够达到制备高硬度高透过率玻璃所需的理化性质，再辅以本发明提供的制备方法，可获得强度在660hv以上，透光率在96％以上，无氟、无铅等污染的玻璃制品。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供一种高硬度高透过率玻璃，其成分重量百分比为：
sio245％、al2o37.5％、tio28.5％、li2o12％、zno3％、mgo0.7％、gd2o39％、moo30.15％、y2o38.5％、sb2o30.5％、sno20.15％、ceo20.5％和zro24.5％。
上述高硬度高透过率玻璃的制备步骤如下：
步骤a，按照上述高硬度高透过率玻璃的设计配比称取各组分，将称取的原料通过球磨机在转速为100rpm的条件下，球磨20分钟，粉碎为粒径≤0.5mm，得混合料；
步骤b，将所述混合料加入铂金坩埚炉，在1620℃熔制15小时使混合料完全熔融，得到熔融玻璃液；
步骤c，将所述熔融玻璃液在搅拌速度为80rpm，温度为1680℃的条件下澄清40分钟后，降温至1550℃，倒入预热至530℃的模具内成型；
步骤d，将成型的玻璃转移至温度为550℃的退火炉，恒温3.5小时，然后以5℃/h的速率降温至室温后，取出玻璃，得所述高硬度高透过率玻璃。
本实施例制备的高硬度高透过率玻璃的维氏硬度为740hv，1mm透光度为98.8％，每公斤的气泡个数为0.04个。
实施例2
本发明实施例提供一种高硬度高透过率玻璃，其成分重量百分比为：
sio240％、al2o36％、tio210％、li2o15％、zno5％、mgo1.0％、gd2o312％、moo30.3％、y2o37％、sb2o30.4％、sno20.1％、ceo21.2％和zro22％。
上述高硬度高透过率玻璃的制备步骤如下：
步骤a，按照上述高硬度高透过率玻璃的设计配比称取各组分，将称取的原料通过球磨机在转速为80rpm的条件下，球磨30分钟，粉碎为粒径≤0.5mm，得混合料；
步骤b，将所述混合料加入铂金坩埚炉，在1600℃熔制12小时使混合料完全熔融，得到熔融玻璃液；
步骤c，将所述熔融玻璃液在搅拌速度为50rpm，温度为1650℃的条件下澄清30分钟后，降温至1500℃，倒入预热至550℃的模具内成型；
步骤d，将成型的玻璃转移至温度为580℃的退火炉，恒温4小时，然后以5.5℃/h的速率降温至室温后，取出玻璃，得所述高硬度高透过率玻璃。
本实施例制备的高硬度高透过率玻璃的维氏硬度为685hv，1mm透光度为97.8％，每公斤的气泡个数为0.08个。
实施例3
本发明实施例提供一种高硬度高透过率玻璃，其成分重量百分比为：
sio247％、al2o35％、tio29％、li2o8％、zno1.9％、mgo0.5％、gd2o37％、moo30.12％、y2o313％、sb2o30.16％、sno20.12％、ceo20.2％和zro28％。
上述高硬度高透过率玻璃的制备步骤如下：
步骤a，按照上述高硬度高透过率玻璃的设计配比称取各组分，将称取的原料通过球磨机在转速为120rpm的条件下，球磨15分钟，粉碎为粒径≤0.5mm，得混合料；
步骤b，将所述混合料加入铂金坩埚炉，在1650℃熔制10小时使混合料完全熔融，得到熔融玻璃液；
步骤c，将所述熔融玻璃液在搅拌速度为100rpm，温度为1700℃的条件下澄清50分钟后，降温至1530℃，倒入预热至500℃的模具内成型；
步骤d，将成型的玻璃转移至温度为600℃的退火炉，恒温3小时，然后以6℃/h的速率降温至室温后，取出玻璃，得所述高硬度高透过率玻璃。
本实施例制备的高硬度高透过率玻璃的维氏硬度为670hv，1mm透光度为96.7％，每公斤的气泡个数为0.06个。
实施例4
本发明实施例提供一种高硬度高透过率玻璃，其成分重量百分比为：
sio254％、al2o39％、tio25％、li2o9％、zno1％、mgo0.4％、gd2o311％、moo30.1％、y2o36％、sb2o30.8％、sno20.3％、ceo20.4％和zro23％。
上述高硬度高透过率玻璃的制备步骤与实施例1相同，此处不再赘述。
本实施例制备的高硬度高透过率玻璃的维氏硬度为680hv，1mm透光度为96.5％，每公斤的气泡个数为0.07个。
实施例5
本发明实施例提供一种高硬度高透过率玻璃，其成分重量百分比为：
sio242％、al2o38％、tio24％、li2o13％、zno4％、mgo0.8％、gd2o36％、moo30.25％、y2o314％、sb2o30.7％、sno20.25％、ceo21.0％和zro26％。
上述高硬度高透过率玻璃的制备步骤与实施例1相同，此处不再赘述。
本实施例制备的高硬度高透过率玻璃的维氏硬度为675hv，1mm透光度为97.3％，每公斤的气泡个数为0.05个。
对比例1
本对比例提供一种玻璃，其成分重量百分比为：
sio245％、al2o37.5％、tio28.5％、li2o12％、zno3％、mgo0.7％、gd2o39％、moo30.15％、y2o313％、sb2o30.5％、sno20.15％和ceo20.5％。
上述玻璃的制备步骤与实施例1相同，此处不再赘述。
本对比例制备的玻璃的维氏硬度为520hv，1mm透光度为91.3％，每公斤的气泡个数为0.08个。
对比例2
本对比例提供一种玻璃，其成分重量百分比为：
sio245％、al2o37.5％、tio28.5％、li2o12％、zno3％、mgo0.7％、gd2o39％、moo30.15％、sb2o30.5％、sno20.15％、ceo20.5％和zro213％。
上述玻璃的制备步骤与实施例1相同，此处不再赘述。
本实施例制备的玻璃的维氏硬度为515hv，1mm透光度为92.3％，每公斤的气泡个数为1.0个。
对比例3
sio245％、al2o37.5％、tio217.5％、li2o12％、zno3％、mgo0.7％、moo30.15％、y2o38.5％、sb2o30.5％、sno20.15％、ceo20.5％和zro24.5％。
上述玻璃的制备步骤与实施例1相同，此处不再赘述。
本对比例制备的玻璃的维氏硬度为545hv，1mm透光度为86.3％，每公斤的气泡个数为0.09个。
对比例4
sio245％、al2o37.5％、tio28.5％、li2o12％、zno3％、mgo0.7％、gd2o39％、moo30.15％、y2o38.5％、sno20.65％、ceo20.5％和zro24.5％。
上述玻璃的制备步骤与实施例1相同，此处不再赘述。
本对比例制备的玻璃的维氏硬度为485hv，1mm透光度为84.7％，每公斤的气泡个数为2.5个。
由上述实施例和对比例可以看出，本发明提供的高硬度高透过率玻璃的配方中，各原料组分具有不可替代的作用，通过本发明优选的配方及工艺可显著提高玻璃的硬度和透光度。
综上所述，本发明通过各组分之间的综合作用以及优化的工艺的组合，使得制备的玻璃具有较高的硬度，克服了普通光学玻璃容易划伤的问题，同时还具有较高的透过率，极具观赏性，可作为观光缆车、动物园观赏玻璃以及新式建筑的装饰玻璃，具有较高的实用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。