一種耐高溫翠玉玻璃餐具的研制

江湘輝

摘 要：翠玉玻璃餐具是在傳統(tǒng)玻璃陶瓷基礎(chǔ)上的一種技術(shù)突破，以氟化物的晶粒乳濁為主，磷酸鹽分相乳濁為輔的兩種乳濁形態(tài)共存的新型微晶玻璃。本次的研制包括前期在試驗爐的實驗和后期的量產(chǎn)過程。在前期突破三個方面的內(nèi)容：對析晶過程中晶粒直徑的大小與析晶數(shù)量進行控制，獲得表觀細膩柔和的玉質(zhì)效果;進行降低膨脹系數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，提高產(chǎn)品的耐熱性能;通過加入還原劑對與色料反應(yīng)，形成穩(wěn)定價態(tài)，獲得穩(wěn)定的翠綠色系。在后期量產(chǎn)中，通過工藝的調(diào)節(jié)，獲得離心產(chǎn)品的生產(chǎn)所需的料性;并對產(chǎn)品進行雙面拋光改進，最終獲得光澤面高的翠玉產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：翠玉玻璃;研制過程;應(yīng)用范圍

1 前 言

傳統(tǒng)的玻璃陶瓷餐具，因其具有高白度、光澤度的亮麗外觀，以及良好的使用性能，如高硬度和易清洗、環(huán)保等，受到人們的喜愛。翠玉玻璃在此基礎(chǔ)上，通過對配方和原料的改進，達到了翠綠欲滴的玉色效果，且提高耐熱性能，從外觀性和實用性，都達到一個更高水平，也更加符合國人使用習(xí)慣和審美觀，對于進一步開拓國內(nèi)市場，有一定的參考意義。

2 前期基礎(chǔ)配方實驗

2.1 調(diào)整配方

通過調(diào)整配方，實現(xiàn)對析晶的控制，使得樣品出現(xiàn)晶粒析晶與分相晶析兩種乳濁方式共存的情況，從而獲得表觀細膩柔和、朦朧半透光、乳化整體均勻的最佳玉質(zhì)效果。

從表1可見，玉質(zhì)玻璃是在原玻璃陶瓷配方基礎(chǔ)上增加磷元素，使玻璃中呈現(xiàn)有富磷的分相存在乳濁，加上原來氟化物晶粒的析出乳濁，形成兩種乳濁方式共存的情況。當(dāng)分相乳濁的析晶顆粒尺寸在400nm以下時，光線大部分以衍射、乳光兩種乳濁狀態(tài)來進行，即符合散射的Rayleigh定律，使玻璃呈半透明狀態(tài)。

為保障晶粒析晶的數(shù)量：玉質(zhì)玻璃配方提高氧化鋁含量，降低氟的揮發(fā)量;加入氧化鋰，增大電場強度，更加有利于氟化物晶粒析出。通過以上措施，使得配方在氟含量下降的情況下，氟化物析晶數(shù)量穩(wěn)定，因為此類析晶顆粒的粒度在400～1000nm，粒度尺寸較大，以折射和反射兩種方式獲得乳濁，符合散射的Mie定律。保障了整體的乳化效果和白度。

通過去掉氧化鈣，增加氧化鋅，也使玻璃整體呈現(xiàn)出更好的通透性且增加了光澤度。

2.2 產(chǎn)品膨脹系數(shù)的調(diào)節(jié)

從表1可見，玉質(zhì)玻璃配方在提高氧化硼和氧化鋁、氧化鋅含量的同時，減少氧化鈉及氧化鋇、氧化鈣的含量。根據(jù)膨脹系數(shù)表，氧化硼、氧化鋁都是低膨脹系數(shù)，而氧化鈉及氧化鋇、氧化鈣的膨脹系數(shù)都較高，通過這種替換，可有效降低產(chǎn)品膨脹系數(shù)。另外，氧化鋁與氧化硼還能防止晶粒析晶速度過快，避免析出晶粒過大，在玻璃內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，使玻璃發(fā)脆。

玉質(zhì)玻璃配方通過減少氟含量的同時提高磷含量，得到分相乳濁，我們知道分相析晶粒度偏小，也就能達到降低膨脹系數(shù)的目的。

通過上述的調(diào)整，降低了產(chǎn)品的線膨脹系數(shù)。樣品由耐馳公司的DIL 402 Expedis Classic型號的熱膨脹儀進行測定，在 20～300℃ 范圍內(nèi)，線膨脹系數(shù)結(jié)果是：陶瓷玻璃為：107×10-7/℃，玉質(zhì)玻璃為：81×10-7/℃，較好的提高了產(chǎn)品的熱抗震性能。

2.3 加入色料的情況

顏色的確定：翠玉玻璃是以鉻綠色料來加入，鉻在玻璃熔化中是+6價和+3價兩種形態(tài)存在，前者呈黃綠色，后者呈綠色，而需要的是亮麗的翠綠色。正常的玻璃熔化是在氧化氣氛下完成的，所以鉻達到+6價的比例高，出來的色系是偏黃色，而且色系不穩(wěn)定。通過在原料中加入還原劑，控制鉻的價態(tài)+6價和+3價的含量比例。在通過實驗進行色系從黃綠色-翠綠色-深綠色的調(diào)節(jié)中得到，加入0.1%的還原劑鋁粉，能得到穩(wěn)定理想的翠玉顏色。

翠玉色深淺的調(diào)節(jié)：當(dāng)氟含量增多，磷含量減少時，乳濁析晶的比例高，由于乳濁玻璃的析晶顆粒對光的Mie散射特性，使得白度越高，得到翠玉顏色越淺。當(dāng)氟含量減少，磷含量增多時，分相析晶的比例高，玻璃的通透性變好，翠玉色效果增強。通過試驗，我們得出氟、磷的最佳配比，從而得到理想的翠玉色飽和度。

3 后期試產(chǎn)解決的問題

3.1 對原料進行優(yōu)化試驗選擇

明細如表2所知，在保證氧化物含量不變的情況下，盡量選擇易混料均勻、低熔點、活性高的原料，并保證合理的顆粒度，有利于玻璃熔化的充分和均勻。

3.2 成型料性的處理

翠玉玻璃料線偏短，在成型造成困難，特別是離心成型時更加明顯。

原因分析：翠玉配方在經(jīng)過減少氧化鈉，增加氧化鋁、氧化硼的提高耐熱配方優(yōu)化后（如表1），在成型范圍內(nèi)，粘度在101.5～103dPa·S條件下，對應(yīng)溫度是1200 ～900℃，成型溫度范圍是300℃，相對調(diào)整之前玻璃陶瓷的成型范圍是400℃，相差較大，所以在成型時料滴變硬時間快，造成了產(chǎn)品的質(zhì)量問題。

采取措施：

（1）把料盆的溫度由原來的1200℃提高到1260℃，通過這種措施， 擴大成型溫度的最大值;

（2）料滴在模具中再用火槍加熱，并對模具進行加熱，減少熱傳遞造成的溫度下降。

通過以上措施，提高成型溫度，擴大成型粘度范圍，盡量增加產(chǎn)品成型的時間，從而較好地解決了由于料線短、料滴硬化快而造成的產(chǎn)品尺寸不到位、規(guī)整度偏差大等造成的離心成型問題。

3.3 拋光處理

在用拋光盤對產(chǎn)品進行最后的拋光處理時，出現(xiàn)產(chǎn)品變透明的情況，特別是口部部分更加明顯，造成整體的不均勻性，對外觀影響較大。

原因分析：

如圖1所示，拋光盤是通過在盤面鉆0.5mm直徑的小孔，火點通過小孔噴發(fā)，能達到1000℃，在對乳白玻璃拋光時，具有溫度高、拋光效果好的特點;但是對翠玉玻璃拋光時，由于其是以晶粒和分相兩種乳濁形態(tài)存在，在拋光溫度較高的情況下，部分分相乳濁的液滴熔解，使產(chǎn)品出現(xiàn)偏透情況。

采取措施：

（1）采用火槍拋光，代替常用的拋光盤拋光;如圖1所示，火槍通過口部的出火口，形成一個整體火面，相對溫度偏低，在800～900℃，末造成晶粒熔解情況。

（2）采用上下的雙面拋光，代替常用的單面拋光，獲得更好的整體效果。

（3）由于拋光盤是火點拋光，溫度高;火槍是火面拋光，溫度稍低，調(diào)整火槍的拋光時間，由原來的2s延長到4s，達到較好的拋光效果。

通過以上措施，使產(chǎn)品在保證整體通透均勻的情況下，光澤度高，達到理想的拋光效果。

4 試樣結(jié)果

樣品經(jīng)過成型、拋光后，進入退火爐進行610℃的退火，完成后得到最終產(chǎn)品。產(chǎn)品外觀：光澤透亮，色澤細膩，呈現(xiàn)出半透明的翠玉色，產(chǎn)品抗熱震性達到120℃時質(zhì)量符合GB/T 30771-2014 日用玻璃陶瓷標準的要求，達到預(yù)想的效果。

5 結(jié) 語

翠玉玻璃產(chǎn)品本身的定位是作為一種高端玻璃餐具器皿，它是在玻璃陶瓷上發(fā)展的一個品種。玻璃陶瓷產(chǎn)品因其具有環(huán)保性，其大趨勢也將是逐步代替陶瓷產(chǎn)品。本文提供玻璃陶瓷開發(fā)應(yīng)用的另一種思路，在擴大玻璃陶瓷的使用范圍上有一定的借鑒作用。

參考文獻

[1] 王承遇，陶瑛.玻璃成分與設(shè)計調(diào)整[M]，北京，化學(xué)工業(yè)版社，2006.

[2] GB/T 30771-2014 日用玻璃陶瓷[S].2014，12.