一种耐碱玻璃及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种耐碱玻璃及其制备方法和应用。所述的耐碱玻璃按重量百分比计，包含以下组分：SiO

【技术实现步骤摘要】
一种耐碱玻璃及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种特种玻璃材料，特别是涉及一种耐碱玻璃及其制备方法和应用。
技术介绍
耐碱(金属)玻璃作为特种玻璃材料的一种，通常应用在高精度的耐碱玻璃器件上，在航空、航天、核探测等需要极端条件下应用广泛。由于碱金属原子(如钠蒸汽、铷原子等)具有极强的还原性，可以将玻璃中的易变价元素成分还原，甚至可以夺取玻璃Si-O骨架中的氧原子位，形成Si-R(R为碱金属元素)的复杂结构，使碱金属原子与玻璃发生化学作用后产生消耗。因此，耐碱(金属)性环境与耐碱(溶液)性环境完全不同，应用条件很苛刻，通常用碱金属元素的消耗量来评价耐碱(金属)性的大小。典型的应用环境之一为铷原子钟的光谱发光玻璃泡，衡量玻璃耐碱特性的关键指标是铷金属原子的消耗量，铷消耗量小，表明玻璃的耐碱特性优异。铷发光泡由耐碱玻璃管制成，优异的耐碱特性可有效阻止、减弱玻璃和金属铷发生化学反应。同时，该发光泡由耐碱玻璃经多次加工(机械拉制及灯工吹制等)制成，其厚度通常在0.1mm以下，甚至在0.01mm以下，这要求该耐碱玻璃在多次反复加工下基本性能不变，以保证在高强度的碱环境中应用的稳定性。国内外的特种耐碱(金属)玻璃主要有Corning1720、Schott8436以及专利CN201811044926所报道的耐碱玻璃。Corning1720玻璃为CaO-Al2O3-SiO2高铝硅系统，而Schott8436玻璃为CaO-ZrO2-SiO2高锆系统。与Schott8436玻璃相比，Corning1720玻璃具有优异的加工性能和较长的料性(Tw-Ts＝373℃)，但Corning1720玻璃的铷消耗量(μg)为:(1.4±0.4)×t1/2(t为反应时间/h，以下同)，而Schott8436玻璃的铷消耗量(μg)为:(0.9±0.15)×t1/2，明显低于Corning1720玻璃铷消耗量。有现有技术报道了一种耐碱玻璃，同属于CaO-ZrO2-SiO2高锆系统，其耐碱性与Schott8436玻璃相当，并报道了其透光性能，可在一定范围内的耐碱领域应用。但是以上三种耐碱玻璃经反复灯工加工后均会在其表面出现小缺陷，其图像经电镜放大后确定为微小气泡，通过质谱分析其气体主要成分，以CO2和O2为主，该种微小气泡通常经灯工加工后密集出现，玻璃表面宏观表现为发白、发乌，降低光的透过率，甚至完全失透。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种耐碱玻璃及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是使耐碱玻璃同时具有优异的耐碱金属侵蚀性能、优异的光学透过性能以及有较长的料性，更重要的是，使玻璃具有优异的多次加工性能，利于在极端环境中使用，更加适于实际应用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种耐碱玻璃，按重量百分比计，其包含以下组分：所述第一组分为Na2O，或Na2O和Li2O；所述第二组分包括CaO和BaO；还包含澄清剂；所述澄清剂为CeO2；所述CeO2的重量占所述耐碱玻璃重量的0.10％-0.30％。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的耐碱玻璃中，其中所述Na2O的含量以重量百分比计大于或者等于所述Na2O和Li2O总重量的91％。优选的，前述的一种耐碱玻璃中，其中所述第二组分还包括MgO和SrO；所述CaO的重量占所述第二组分总重量的51-66.7％。优选的，前述的一种耐碱玻璃中，其中所述耐碱玻璃还包含HfO2，所述HfO2的重量小于所述耐碱玻璃总重量的1％。优选的，前述的一种耐碱玻璃中，所述耐碱玻璃的光学性能为：在铷原子钟光谱发光泡中87Rb原子发出的D1(795nm)和D2(780nm)两条特征谱线处的光学透过率≥90％。优选的，前述的耐碱玻璃中，所述耐碱玻璃的耐碱金属性为：与金属铷相互作用的铷消耗量≤(0.9±0.15)×t1/2。优选的，前述的耐碱玻璃中，所述耐碱玻璃的耐碱溶液性为：按照SCHOTT公司的DINISO695标准，可以达到A1级。优选的，前述的耐碱玻璃中，所述耐碱玻璃的工作点温度为Tw≥1085℃，软化点温度为Ts≤830℃，料性(Tw-Ts)≥255℃。优选的，前述的耐碱玻璃中，所述耐碱玻璃的在20℃-300℃的热膨胀系数为(60-70)×10-7/℃。优选的，前述的耐碱玻璃中，所述耐碱玻璃的可反复加工且性能不变的次数大于或者等于10次。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种耐碱玻璃的制备方法，所述方法包括以下步骤：按玻璃组分的配方将原料混合，得到第一混合物；在所述的第一混合物中加入澄清剂，混合，得到第二混合物；将所述的第二混合物经熔制、机械搅拌、辅助鼓泡澄清、漏制或压制成型，即可得到所述耐碱玻璃；所述澄清剂为CeO2；所述CeO2的重量占所述耐碱玻璃重量的0.10％-0.30％。优选的，前述的耐碱玻璃的制备方法中，其中所述原料包括石英砂、硼酸、氢氧化铝、硝酸钠、硝酸钡、硝酸钙和二氧化锆。优选的，前述的耐碱玻璃的制备方法中，其中所述原料还包括碱式碳酸镁、碳酸锶、二氧化铪和硝酸锂；所述硝酸钡、硝酸钙、硝酸钠和硝酸锂的重量占硝酸盐和碳酸盐总重量的90％以上。优选的，前述的耐碱玻璃的制备方法中，其中所述机械搅拌的转速为5-30r/min；所述熔制的温度为1450-1550℃；所述成型的温度为1080-1200℃。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种光谱发光玻璃泡，所述光谱发光玻璃泡由耐碱玻璃管构成，所述耐碱玻璃管由上述的耐碱玻璃构成。借由上述技术方案，本专利技术的耐碱玻璃及其制备方法至少具有下列优点：1、本专利技术提供的耐碱玻璃，其熔制温度适中(1450-1550℃)，并具有较长的料性((Tw-Ts)≥255℃)，易于加工成实用玻璃器件，应用于耐碱领域。2、本专利技术提供的耐碱玻璃，其可被反复加工10次以上，并且保持玻璃性能不变，更适用于高精度、高强度耐碱领域应用。3、本专利技术提供的耐碱玻璃，其具有铷消耗量低(与金属铷相互作用的铷消耗量≤(0.9±0.15)×t1/2)、特征光谱线透过率高(在铷原子钟光谱发光泡中87Rb原子发出的D1(795nm)和D2(780nm)两条特征谱线处的光学透过率≥90％)的特点，适用于原子钟长寿命、高精度的使用要求。现有的耐碱玻璃不具备多次加工的性能，本专利技术通过选择并调节原材料及澄清剂的配比，制备出了耐碱玻璃，同时具备反复加工性能优良、光学透过率高及铷消耗量低的优点，为耐碱领域提供了可靠实用的玻璃材料。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐碱玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包含以下组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种耐碱玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包含以下组分：



所述第一组分为Na2O，或Na2O和Li2O；所述第二组分包括CaO和BaO；
还包含澄清剂；所述澄清剂为CeO2；所述CeO2的重量占所述耐碱玻璃重量的0.10％-0.30％。


2.如权利要求1所述的耐碱玻璃，其特征在于，所述Na2O的含量以重量百分比计大于或者等于所述Na2O和Li2O总重量的91％。


3.如权利要求1所述的耐碱玻璃，其特征在于，所述第二组分还包括MgO和SrO；所述CaO的重量占所述第二组分总重量的51-66.7％。


4.如权利要求1所述的耐碱玻璃，其特征在于，所述耐碱玻璃还包含HfO2，所述HfO2的重量小于所述耐碱玻璃总重量的1％。


5.如权利要求1所述的耐碱玻璃，其特征在于，所述耐碱玻璃的光学性能为：在铷原子钟光谱发光泡中87Rb原子发出的D1(795nm)和D2(780nm)两条特征谱线处的光学透过率≥90％；所述耐碱玻璃的耐碱金属性为：与金属铷相互作用的铷消耗量≤(0.9±0.15)×t1/2；所述耐碱玻璃的耐碱溶液性为：按照SCHOTT公司的DINISO695标准，达到A1级；所述耐碱玻璃的工作点温度为Tw≥1085℃，软化点温度为Ts≤830℃，料性(Tw-Ts)≥2...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹振博，贾金升，李自金，李开宇，吕学良，孙勇，那天一，张敬，洪升，郑京明，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11