一种特高折射环保型宝石玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种特高折射环保型宝石玻璃，其包括如下以重量百分比计的组分：SiO210-20%，BaO32-45%，TiO235-45%，ZnO0-5%，ZrO20-8%，K2O0-3%，B2O31-3%，CaO2-5%，La2O30.5-2%，Y2O30-1.5%，Nd2O30.05-0.5%，Er2O30.02-0.4%，NiO0.008-0.02%。该宝石玻璃折射率在高达1.9-2.1之间，可见光透过率在81-85%之间，色泽纯正，熔制温度低，化学稳定性良好，且具有易于磨抛加工等特性。本发明专利技术还公开了该宝石玻璃的制备方法，采用二次熔制以保证玻璃的熔制质量，且需要低温快速熔化减少对耐火材料的侵蚀，以控制杂质对玻璃质量的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种不含铅和砷等有害氧化物，透明度和折射率高的环保型宝石玻璃 组合物，该宝石玻璃具有高的折射率1. 9-2. 1，且化学稳定性好，可见光透过率高，其品质近 似于锆石。 技术背景 宝石获得人们珍视的原因不仅在于稀少为贵的特性，更在于其经加工打磨后能够 呈现鲜艳的色彩和与从不同的色泽，彰显了其华丽和高贵。毕竟突然的宝石稀少有限，价格 不菲，普通人难以接受。正因为宝石价格高昂，使得仿宝石材料大量出现，随之工业材料和 生产及加工技术的不断发展，市场上已经出现了大量仿真和仿宝石材料出现，有些甚至足 以以假乱真，同时也能让普通人可以以较低的价格买到与真宝石媲美的装饰品。 目前市场上仿宝石玻璃种类较多，如铅晶质玻璃、乳浊和半乳浊玻璃等，但含铅晶 质玻璃由于有较高的含铅量，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的挥发进入大气后被人体吸入体内而造成各种疾病。乳浊和半乳浊 玻璃和宝石玻璃差别大，不透明，达不到宝石玻璃的效果。目前市场上仿宝石玻璃品质不够 高，参差不齐，虽有较好样品，如光学玻璃，但大多是以高铅或稀土为主要成分，环境问题和 成本代价极大。 专利CN101381202A公布了一种锑红宝石玻璃配方及制备方法，虽是环保型，但是 其与折射率2. 0以上、色散较好的宝石相比品质差距较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对以上技术问题，提供一种特高折射环保型宝石玻璃及其制 备方法。 本专利技术采用的技术方案如下： 一种特高折射环保型宝石玻璃，其包括如下以重量百分比计的组分：SiO2 10-20%，BaO 32-45%, TiO2 35-45%, ZnO 0-5%, ZrO2 0-8%, K2O 0-3%, B2O3 1-3%, Ca02-5°/〇, La2O3 0.5-2%, Y2O3 0-1. 5%, Nd2O3 0. 05-0. 5%, Er2O3 0. 02-0. 4%, NiO 0. 008-0. 02%〇 其中，TiO2和BaO用以保证宝石玻璃的折射率和密度，按氧化物质量百分比计： TiO2 35-45%、BaO 32-45%，且二者的含量之和为67-90%，优选73-90%，且两者的质量比为 1. 4:1-0. 78:1，其中BaO以其含量的10-15%用Ba(NO3)2引入，其余用对应的碳酸盐或氧化 物形式引入。Nd 2O3和Er2O3及NiO做宝石玻璃的调色剂，且Nd 2O3和Er2O3二者比列控制在 2:1-1:1之间。0. 5-2%的La2O3和0-1. 5%的Y2O3用于控制玻璃的析晶倾向。 本专利技术涉及的宝石玻璃组成适于压制、压延等制备工艺。 具体地，本专利技术涉及的特高折射环保宝石玻璃的制备方法，包括如下步骤： (a) 按照设计的宝石玻璃组成准确称量各组分并混合均匀； (b) 将（a)混合好的组分在1000°C加入钼金坩埚炉，按5°C/min的温速度升至 1240°C -1300°C保温2h进行熔制； (c) 将熔制好的玻璃倒入洁净的10°C -20°C左右水中水淬成玻璃颗粒，移至150°C烘 箱中烘干用于二次熔制； (d) 将烘干好的玻璃于钼金坩埚中1200°C -1225°C熔制0. 5h，且多次搅拌均匀，将炉 温降至1180°C保温0. 5h后倒入成型模具成型，移至450-550°C退火炉中退火0. 5-3h后关 炉冷却即可。 其中玻璃退火温度优选为480-520°C，退火时间优先控制在0. 5-1. 5h之间。 宝石玻璃成分对其品质或性能和成本均产生重大的影响。玻璃成分与生产工艺密 切关系，通常根据设计的成分来选择生产工艺，玻璃成分设计不当，造成熔化困难，熔制时 发生结石、条纹、气泡等缺陷，实际生产中时有发生。还有，玻璃成分设计必须考虑工艺性能 需要。通常使设计玻璃成分达到易于熔化，符合成形、加工和退火等操作要求。最后，在设 计成分时必须考虑到原料的质量稳定性和大量供应问题。 上述组分中，SiO2是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面体的结构组元形成不规 则的连续网络，成为玻璃的骨架。它不但可以形成玻璃，而且能提高玻璃的机械强度、化学 稳定性、热稳定性等，但它又是较难熔化的物质，因此SiO 2含量有其最适宜的值。若含有率 低于10%则无法充分的得到该效果，玻璃的化学稳定性差，成玻困难，质量得不到保证。另 一方面，若含有率超过20%，则宝石玻璃的熔化温度高，粘性上升，难以使玻璃均质化。所以 本专利技术的SiO 2含量优选10?20%是合适的，更优选的为12?18%。 K2O是网络外体氧化物，引入后能使硅氧四面体[SiO4]所形成的网络松弛、断裂， 从而解决了 SiO2难熔化的问题，可以作为助熔剂，使得玻璃熔融温度下降，优选质量分数1% 以上。当氧化钾含量太低时，造成玻璃融化困难；总量太高时，玻璃的化学稳定性变差。因 此该宝石玻璃中氧化钾应有合适的含量，本专利技术中优选K 2O 0-3%、更优选的为1-2. 5%。 TiO2具有增大玻璃折射率的作用，同时也可以增大玻璃的色散，在本专利技术中是替 代PbO的主要氧化物且必不可少。TiO 2的含量不到35%时，玻璃的折射率达不到要求；若超 过45%，会使玻璃着色且玻璃析晶倾向变大难以控制，由于对紫外线的强吸收使玻璃黄色倾 向增强，同时TiO 2又会使玻璃中的Fe着色增强，这对注重透明度和色泽纯正的晶质玻璃是 不利的。 BaO是本专利技术中替代PbO的主要氧化物且必不可少，具有增大玻璃折射率和玻璃 密度的作用，不足32%不能达到密度4. Og/cm3的目标，BaO超过45%，玻璃在融化过程中的 脱泡难以进行，且对窑炉耐火材料的侵蚀加剧，熔融变得困难，玻璃缺陷增多，质量变差，难 以到达1?品质的晶质玻璃。 CaO具有降低玻璃高温粘度和增大玻璃低温粘度的作用，本专利技术中，为使玻璃的 作业温度范围内的固化速度加快，玻璃料性加长，CaO含量在2-5%较好，优选的含量为 2. 5-4%。 ZnO本专利技术中可以提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，使玻璃的黏度曲线变得平 缓，有利于玻璃进行成形作业。本专利技术ZnO的含量在0-5%效果较好，优选的含量为1-3%。 La2O3和Y2O3用控制玻璃的析晶倾向，同时可以提高宝石玻璃的折射率和荧光效 果。 Er2O3和Nd2O3两种稀土氧化物主要作为玻璃脱色剂使用，使用微量就可以起到良 好的脱色效果，可以增加玻璃的透明度和光泽度，用量过多反而会使玻璃着色，根据本专利技术 的晶质玻璃组成，两者用量分别为Er2O3 0. 02-0. 4%、Nd2O3 0. 05-0. 5%，过多使玻璃着色，过 少起不到脱色效果。 NiO是良好的脱色剂和着色剂，本专利技术中添加微量的NiO为平衡宝石玻璃由于TiO2含 量高所造成的颜色偏黄，含量为〇. 008-0. 02%。 本专利技术涉及的玻璃组成保证玻璃高的透过率的同时使折射率达到1. 9-2. 1，市场 上所售宝石玻璃均未达到该值，脱色剂用量较少就能达到色泽纯正的效果且脱色稳定，产 品具有优异的光学性能；组成中不含氧化铅和氧化砷和氟等有害物质，生产过程环保，产 品不存在有害物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特高折射环保型宝石玻璃，其特征在于包括如下以重量百分比计的组分：SiO2 10‑20%，BaO 32‑45%，TiO2 35‑45%，ZnO 0‑5%，ZrO2 0‑8%，K2O 0‑3%，B2O3 1‑3%，CaO2‑5%，La2O3 0.5‑2%，Y2O3 0‑1.5%，Nd2O3 0.05‑0.5%，Er2O3 0.02‑0.4%，NiO 0.008‑0.02%。

【技术特征摘要】
1. 一种特高折射环保型宝石玻璃，其特征在于包括如下以重量百分比计的组分：Si0210-20%，BaO 32-45%，Ti02 35-45%，ZnO 0-5%，Zr02 0-8%，K20 0-3%，B203 1-3%，Ca02-5%，La203 0. 5-2%, Y203 0-1. 5%, Nd203 0. 05-0. 5%, Er203 0. 02-0. 4%, NiO 0. 008-0. 02%〇2. 根据权利要求1所述的宝石玻璃，其特征在于Ti02和BaO的含量之和为67-90%，其 中BaO以其含量的10-15%用Ba(N03)2引入，其余用对应的碳酸盐或氧化物形式引入。3. 根据权利要求2所述的宝石玻璃，其特征在于Ti02和BaO的含量之和为73-90%，且 两者的质量比为1. 4: f 0. 78:1. 3。4. 根据权利要求1所述的宝石玻璃，其特征在于Nd203、Er20 3和NiO为所述宝石玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志钢，杜晓欧，程金树，袁坚，楼贤春，郑伟宏，田培静，
申请(专利权)人：河北省沙河玻璃技术研究院，
类型：发明
国别省市：河北;13