一种近红外全波段屏蔽的亚铁掺杂无色高透硅酸盐节能玻璃及其制备方法

本发明涉及玻璃制造，特别是涉及一种一种近红外全波段屏蔽的亚铁掺杂无色高透硅酸盐节能玻璃及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃是以石英砂、纯碱、长石及石灰石等为原料，经混和、高温熔融、匀化后，加工成形，再经退火而得硅酸盐类非金属材料，具有透明、不易燃烧、耐高温、耐冲击、不导电等特性，在日常生活中随处可见，如应用于建筑中的大型玻璃窗、汽车玻璃等。但普通玻璃阳光透过率很高，红外反射率很低，大部分太阳光透过玻璃，会使房间、汽车内部、温室等空间内部过热；同时室内物体的能量又会以辐射形式通过玻璃散失掉，因此，空调的负荷变得越来越重。为防止地球温室效应，住宅与办公室都加强了节能措施，节能型玻璃的需求正在逐年增长。目前，传统节能玻璃可分为彩色玻璃、低发射率(low-e)玻璃、贴膜玻璃、夹层玻璃等。彩色玻璃由金属离子或金属颗粒着色，具有工艺简便、廉价耐用、抗眩光等优点，但其对太阳光吸收的选择性差，在吸收红外光的同时可见光透过率低，对于城市中急需更多自然采光的房屋应用价值有限。并且长期居住在使用彩色玻璃的房屋中，会对视力造成损害，还会对居住者精神状态造成不良影响。低发射率(low-e)玻璃可分为在线和离线两种，在线low-e玻璃的镀层裸露在外，容易因运输、安装过程中的划伤或溅射“针眼”缺陷而部分脱落；离线low-e玻璃的核心功能层是金属银层，但通常需要密封于双层玻璃的夹层中，属于夹层玻璃的一种，一旦玻璃夹层被破坏，金属银层很快被氧化，红外屏蔽效果消失且可见透过率明显降低，并且离线low-e玻璃这一类夹层玻璃生产工艺繁杂，价格可达单层玻璃的数倍甚至数十倍。智能窗用vo2贴膜玻璃可以根据外界温度自动调节透过率，但化学稳定性较差，使用寿命较短。而如何制备得到一种性能优异的节能玻璃，成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种近红外全波段屏蔽的亚铁掺杂无色高透硅酸盐节能玻璃及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明的技术方案之一：一种近红外全波段屏蔽的亚铁掺杂无色高透硅酸盐节能玻璃，按重量百分比计，包括以下组分：sio2 20～80％、p2o5 0.5～35％、m2o 10～40％、feo0.1～5％、b2o3 5～15％、geo2 1～10％、al2o3 5～15％和cao1～10％；

4、所述m2o中的m元素选自li、na、k、rb和cs中的一种或多种。

5、本发明的技术方案之二：一种上述近红外全波段屏蔽的亚铁掺杂无色高透硅酸盐节能玻璃的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将feo以外的化合物的原料混合后进行热处理，冷却后预热，并加热至熔融温度，保温后淬冷成型，得到玻璃块；

7、(2)将玻璃块破碎后与feo的原料、还原剂混合，预热后加热至熔融温度，保温后淬冷成型、退火，得到所述近红外全波段屏蔽的亚铁掺杂无色高透硅酸盐节能玻璃。

8、进一步地，sio2通过二氧化硅引入；

9、p2o5通过五氧化二磷、磷酸氢氨或磷酸盐引入；

10、m2o通过含m元素的碳酸盐或磷酸盐引入；

11、b2o3通过氧化硼或硼酸引入；

12、geo2通过氧化锗引入；

13、al2o3通过三氧化二铝或含al元素的磷酸盐引入；

14、cao通过碳酸钙引入；

15、feo的原料包括铁化合物或铁单质。

16、更进一步地，所述铁化合物包括fecl2、fecl3、feo、fe2o3或feso4；所述fecl2为无水氯化亚铁或氯化亚铁水合物；所述fecl3为无水氯化铁或氯化铁水合物。

17、进一步地，所述还原剂包括铵盐、碳粉和硅粉；

18、所述铵盐、碳粉和硅粉的重量比为(1～10)：(0.5～5)：(0.1～1)；

19、所述还原剂的用量为原料总重量的1.6～16％。

20、更进一步地，所述铵盐为氯化铵。

21、进一步地，步骤(1)中，所述热处理的升温速率为5～10℃/min，温度为600℃，时间为1h；

22、所述预热的温度为300～500℃，时间为5～10min；

23、所述熔融的温度为1100～1700℃；所述保温的时间为1～3h。

24、进一步地，步骤(2)中，所述预热的温度为400～600℃，时间为5～10min；

25、所述熔融的温度为1100～1700℃；所述保温的时间为1～5h。

26、进一步地，步骤(2)中，所述退火的温度为400～600℃，时间为2～12h。

27、更进一步地，步骤(1)中的原料在混合前均经过研磨，过筛(100～300目筛)处理；所述研磨的时间为10～30min。

28、更进一步地，步骤(2)中，所述破碎为粉碎或球磨成过100～300目筛的玻璃粉。

29、更进一步地，步骤(2)中，所述feo的原料、还原剂在混合前均经过研磨，过筛(100～300目筛)处理；所述研磨的时间为20～60min。

30、更进一步地，步骤(2)中，所述淬冷成型采用的模具温度为300～600℃。

31、更进一步地，在步骤(2)中的退火后，还包括以1～5℃/min的降温速率降温至室温。

32、本发明通过采用简易的熔融淬冷法就实现了节能玻璃的生产，能在不使用硫碳还原剂、不需要保护气氛的前提下，令玻璃熔体较快地包裹亚铁离子，极大减少氧气与亚铁离子直接接触，抑制亚铁离子向铁离子转变。本发明的方法适用于传统浮法玻璃生产线，可以大大减少生产复杂性和危险性，有助于快速、大批量、便利地生产亚铁吸热节能玻璃，同时，生产的近红外全波段屏蔽的亚铁掺杂无色高透硅酸盐节能玻璃，能够很大程度上做到透明无色，相较于原来的亚铁掺杂钠钙硅节能玻璃，更能很好的反应环境光，不影响可见光线的透过。

33、本发明的技术方案之三：一种上述近红外全波段屏蔽的亚铁掺杂无色高透硅酸盐节能玻璃在建筑、汽车制造或航空航天领域的应用。

34、本发明公开了以下技术效果：

35、(1)本发明制备的近红外全波段屏蔽的亚铁掺杂无色高透硅酸盐节能玻璃在屏蔽近红外光同时保持高可见透过率，并且一定程度上不影响可见光透过，真实反应环境光线，相比同类型产品生产原料廉价易得，生产工艺大为简化，适合推广使用。

36、(2)本发明采用铁化合物或铁单质作为铁源，采用还原剂在熔制时产生还原性气体，制得了较高亚铁比例的玻璃；本发明采用的原料廉价易得，污染小，较目前low-e银膜或ito镀膜玻璃等可以减少重金属污染，极大地降低成本。

37、(3)本发明采用高温下快速熔融的碎玻璃(玻璃粉)包覆低价铁元素，省去包覆处理的额外工序，缩短了生产周期。本发明不需要保护气氛，采用熔融淬冷工艺，可以与普通浮法玻璃生产线相适应。

38、(4)本发明使用铵盐、碳粉、硅粉作为混合还原剂，避免了硫碳异常着色对玻璃性能的影响。