一种耐高温翠玉玻璃餐具的研制
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作者:江湘辉
摘 要：翠玉玻璃餐具是在传统玻璃陶瓷基础上的一种技术突破，以氟化物的晶粒乳浊为主，磷酸盐分相乳浊为辅的两种乳浊形态共存的新型微晶玻璃。本次的研制包括前期在试验炉的实验和后期的量产过程。在前期突破三个方面的内容：对析晶过程中晶粒直径的大小与析晶数量进行控制，获得表观细腻柔和的玉质效果;进行降低膨胀系数的优化调整，提高产品的耐热性能;通过加入还原剂对与色料反应，形成稳定价态，获得稳定的翠绿色系。在后期量产中，通过工艺的调节，获得离心产品的生产所需的料性;并对产品进行双面抛光改进，最终获得光泽面高的翠玉产品。
关键词：翠玉玻璃;研制过程;应用范围
1 前 言
传统的玻璃陶瓷餐具，因其具有高白度、光泽度的亮丽外观，以及良好的使用性能，如高硬度和易清洗、环保等，受到人们的喜爱。翠玉玻璃在此基础上，通过对配方和原料的改进，达到了翠绿欲滴的玉色效果，且提高耐热性能，从外观性和实用性，都达到一个更高水平，也更加符合国人使用习惯和审美观，对于进一步开拓国内市场，有一定的参考意义。
2 前期基础配方实验
2.1 调整配方
通过调整配方，实现对析晶的控制，使得样品出现晶粒析晶与分相晶析两种乳浊方式共存的情况，从而获得表观细腻柔和、朦胧半透光、乳化整体均匀的最佳玉质效果。
从表1可见，玉质玻璃是在原玻璃陶瓷配方基础上增加磷元素，使玻璃中呈现有富磷的分相存在乳浊，加上原来氟化物晶粒的析出乳浊，形成两种乳浊方式共存的情况。当分相乳浊的析晶颗粒尺寸在400nm以下时，光线大部分以衍射、乳光两种乳浊状态来进行，即符合散射的Rayleigh定律，使玻璃呈半透明状态。
为保障晶粒析晶的数量：玉质玻璃配方提高氧化铝含量，降低氟的挥发量;加入氧化锂，增大电场强度，更加有利于氟化物晶粒析出。通过以上措施，使得配方在氟含量下降的情况下，氟化物析晶数量稳定，因为此类析晶颗粒的粒度在400～1000nm，粒度尺寸较大，以折射和反射两种方式获得乳浊，符合散射的Mie定律。保障了整体的乳化效果和白度。
通过去掉氧化钙，增加氧化锌，也使玻璃整体呈现出更好的通透性且增加了光泽度。
2.2 产品膨胀系数的调节
从表1可见，玉质玻璃配方在提高氧化硼和氧化铝、氧化锌含量的同时，减少氧化钠及氧化钡、氧化钙的含量。根据膨胀系数表，氧化硼、氧化铝都是低膨胀系数，而氧化钠及氧化钡、氧化钙的膨胀系数都较高，通过这种替换，可有效降低产品膨胀系数。另外，氧化铝与氧化硼还能防止晶粒析晶速度过快，避免析出晶粒过大，在玻璃内部产生应力，使玻璃发脆。
玉质玻璃配方通过减少氟含量的同时提高磷含量，得到分相乳浊，我们知道分相析晶粒度偏小，也就能达到降低膨胀系数的目的。
通过上述的调整，降低了产品的线膨胀系数。样品由耐驰公司的DIL 402 Expedis Classic型号的热膨胀仪进行测定，在 20～300℃ 范围内，线膨胀系数结果是：陶瓷玻璃为：107×10-7/℃，玉质玻璃为：81×10-7/℃，较好的提高了产品的热抗震性能。
2.3 加入色料的情况
颜色的确定：翠玉玻璃是以铬绿色料来加入，铬在玻璃熔化中是+6价和+3价两种形态存在，前者呈黄绿色，后者呈绿色，而需要的是亮丽的翠绿色。正常的玻璃熔化是在氧化气氛下完成的，所以铬达到+6价的比例高，出来的色系是偏黄色，而且色系不稳定。通过在原料中加入还原剂，控制铬的价态+6价和+3价的含量比例。在通过实验进行色系从黄绿色-翠绿色-深绿色的调节中得到，加入0.1%的还原剂铝粉，能得到稳定理想的翠玉颜色。
翠玉色深浅的调节：当氟含量增多，磷含量减少时，乳浊析晶的比例高，由于乳浊玻璃的析晶颗粒对光的Mie散射特性，使得白度越高，得到翠玉颜色越浅。当氟含量减少，磷含量增多时，分相析晶的比例高，玻璃的通透性变好，翠玉色效果增强。通过试验，我们得出氟、磷的最佳配比，从而得到理想的翠玉色饱和度。
3 后期试产解决的问题
3.1 对原料进行优化试验选择
明细如表2所知，在保证氧化物含量不变的情况下，尽量选择易混料均匀、低熔点、活性高的原料，并保证合理的颗粒度，有利于玻璃熔化的充分和均匀。
3.2 成型料性的处理
翠玉玻璃料线偏短，在成型造成困难，特别是离心成型时更加明显。
原因分析：翠玉配方在經过减少氧化钠，增加氧化铝、氧化硼的提高耐热配方优化后（如表1），在成型范围内，粘度在101.5～103dPa·S条件下，对应温度是1200 ～900℃，成型温度范围是300℃，相对调整之前玻璃陶瓷的成型范围是400℃，相差较大，所以在成型时料滴变硬时间快，造成了产品的质量问题。
采取措施：
（1）把料盆的温度由原来的1200℃提高到1260℃，通过这种措施， 扩大成型温度的最大值;
（2）料滴在模具中再用火枪加热，并对模具进行加热，减少热传递造成的温度下降。
通过以上措施，提高成型温度，扩大成型粘度范围，尽量增加产品成型的时间，从而较好地解决了由于料线短、料滴硬化快而造成的产品尺寸不到位、规整度偏差大等造成的离心成型问题。
3.3 抛光处理
在用抛光盘对产品进行最后的抛光处理时，出现产品变透明的情况，特别是口部部分更加明显，造成整体的不均匀性，对外观影响较大。
原因分析：
如图1所示，抛光盘是通过在盘面钻0.5mm直径的小孔，火点通过小孔喷发，能达到1000℃，在对乳白玻璃抛光时，具有温度高、抛光效果好的特点;但是对翠玉玻璃抛光时，由于其是以晶粒和分相两种乳浊形态存在，在抛光温度较高的情况下，部分分相乳浊的液滴熔解，使产品出现偏透情况。
采取措施：
（1）采用火枪抛光，代替常用的抛光盘抛光;如图1所示，火枪通过口部的出火口，形成一个整体火面，相对温度偏低，在800～900℃，末造成晶粒熔解情况。
（2）采用上下的双面抛光，代替常用的单面抛光，获得更好的整体效果。
（3）由于抛光盘是火点抛光，温度高;火枪是火面抛光，温度稍低，调整火枪的抛光时间，由原来的2s延长到4s，达到较好的抛光效果。
通过以上措施，使产品在保证整体通透均匀的情况下，光泽度高，达到理想的抛光效果。
4 试样结果
样品经过成型、抛光后，进入退火炉进行610℃的退火，完成后得到最终产品。产品外观：光泽透亮，色泽细腻，呈现出半透明的翠玉色，产品抗热震性达到120℃时质量符合GB/T 30771-2014 日用玻璃陶瓷标准的要求，达到预想的效果。
5 结 语
翠玉玻璃产品本身的定位是作为一种高端玻璃餐具器皿，它是在玻璃陶瓷上发展的一个品种。玻璃陶瓷产品因其具有环保性，其大趋势也将是逐步代替陶瓷产品。本文提供玻璃陶瓷开发应用的另一种思路，在扩大玻璃陶瓷的使用范围上有一定的借鉴作用。
参考文献
[1] 王承遇，陶瑛.玻璃成分与设计调整[M]，北京，化学工业版社，2006.
[2] GB/T 30771-2014 日用玻璃陶瓷[S].2014，12.
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