SiO₂-Sb₂O₃-Bi₂O₃系統仿藍寶玉石玻璃的制作方法

專利名稱：SiO₂-Sb₂O₃-Bi₂O₃系統仿藍寶玉石玻璃的制作方法
技術領域：
本發明屬仿藍寶玉石玻璃領域，特別是涉及一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石 玻璃。
背景技術：
寶石材料的基本要素是美麗、耐久和稀少，作為一種人工材料，仿寶玉石玻璃不具 有稀少的特性，但是作為一種寶玉石的替代品，仿寶玉石玻璃必須具備美麗特性。所以，要 制備出高質量的仿寶玉石玻璃，必須使其折射率達到一定的水平，同時要有艷麗的顏色。普通玻璃主要有三種，分別為冕牌玻璃、硼硅酸鹽冕牌玻璃、熔煉二氧化硅，以上 三種玻璃的折射率較低(折射率RI < 1. 5)。為了提高折射率，玻璃制造商在玻璃種加入氧 化鉛，普通鉛玻璃的RI可以達到1. 60，其中的氧化鉛含量一般小于40%，它們色彩和光澤 耀眼，是很好的寶石仿制品。研究表明，仿寶石玻璃以高鉛或中鉛玻璃為基礎成分，加入各 種稀土著色劑，以達到各種寶石的效果。玻璃中的鉛含量越高，RI和DISP值越大，硬度越 小。但是酸性物質可以緩慢將鉛玻璃中的鉛溶解出來。鉛對人體健康的危害，是通過鉛進 入人體產生作用的。鉛可以通過皮膚接觸和口腔、呼吸道進入人體，鉛能與多種器官親和， 對神經、血液、消化道、心腦血管、泌尿道等多個系統造成損害，嚴重影響人體健康。從發展 趨勢看，以無鉛玻璃代替有鉛玻璃勢在必行。國內一些企業采用某種光學玻璃制備水晶球 和水晶飾品，折射率Nd為1. 51630 1. 51671，光學性質不如鉛玻璃，但成本比鉛玻璃低。在目前的普通玻璃或仿寶石玻璃中，往往通過加入高鈦等以提高玻璃的諸如折射 率等光學性能，但是鈦的含量過多會影響基質玻璃本身的透明度，從而影響仿寶石的效果。 另外，在目前的普通玻璃或仿寶石玻璃中，往往加入含量不超過1 %的Sb2O3 (以氧化物基準 的質量％計)對玻璃熔融進行脫泡。在本發明中通過調整配方組成，加入含量超過20%的 Sb2O3(以氧化物基準的重量％計)不僅可以在一定程度上提高玻璃的折射率，同時，由于 減少了鈦、鈮等物質的使用量后，增加了基質玻璃的透明度，大大提高了玻璃仿寶玉石的效 果。至今還未見有關意以SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統在高銻含量的情況下制備無鉛、高折射率仿 藍寶石方面的報道。參考文獻[1]張蓓莉主編，系統寶石學，北京地質出版社，2006[2]陳運勝，玻璃在珠寶領域中的應用，珠寶科技，Vol. 4 No. 2，1992[3]阮進，仿紅寶石玻璃制備與天然紅寶石充填，寶石和寶石學雜志，Vol. IONo. 2， 2008[4]王承運等，仿珠寶玻璃的制造，玻璃與搪瓷，Vol. 34 No. 3，2006[5]劉慶祥，人工材料和化工產品在寶石業中的應用，Vol. 19 No. 1,2005[6]王承運等，水晶玻璃的過去，現在與未來，玻璃，No. 6，2007[7]陳汴琨主編，中國人工寶石，地質出版社，2008。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，該 仿藍寶玉石玻璃不含鉛、砷等對環境有害的物質，折射率高(大于1.65)，具有良好的光學 性能。本發明的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，該玻璃的組成包括以氧 化物基準的質量％計，Sb2O3含量< 65%，0%< SiO2含量< 45%，2%< Bi2O3含量 < 20%和 0%彡 Li20+Na20+K20 總含量彡 20%。所述玻璃的組成包括，以氧化物基準的質量％計，含有Sb20320_65%、Si020_40%、 Li2O 0-10%, Na2O 0-15%, K2O 0-10%, CaO 0-10%, BaO 0-10%, SrOO-5%, Ti020-15%, ZnO 0-5 %、ZrO2O-IO %、Bi2032_20 %、Nb2050_50 %、La2030_40 %、Gd2030_5 %、Ta2050_5 %禾口 Y2O3OH所述SiO2 含量為 5%、10%或 20%。所述的玻璃還包括0. 001-0. 的CoO，以氧化物基準的質量％計。所述B2O3的含量含有下限優選為2%，上限優選為10%、最優選為5%。所述0. 1 < Li2O ^ 5%,0. 1 < Na2O 彡 10%,0. 1 < K2O 彡 10%。所述Nb2O5含量優選為15 % -20 %。所述Ti02+Nb205的含量不超過15%。本發明的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃的制備方法，包括(1)粉料制備稱取原料，控制成分為(以該玻璃氧化基準的重量％計)Sb20320-65%、Si020_40%、Li2O 0-10%、Na2O 0-15%, K2O 0-10%、CaO 0-10%、 BaO 0-10%, SrO 0-5%, Ti020-15%, ZnO 0-5%, ZrO2O-IOBi2035-20%, Nb2050-50%, La2030-40 %, Gd2030-5 %, Ta2050-5 %, Y2030-30 %, 0. 001-0. 的 CoO ；(2)將上述原料混合并球磨3-5小時，以使粉料充分混合；(3)將混合好的粉料，放入石英坩堝，并在1450°C下熔化，澄清，均化后；待爐溫降 溫至適當溫度后進行澆注，然后放入退火爐內進行退火后得到本發明產品。本發明的發明原理組成本發明的光學玻璃的各成分的組成范圍如下所述。本說明書中各成分的含 量均以重量％表示。另外，本申請說明書中以％表示的玻璃組成全部是以氧化物基準的重 量％表示的組成。其中，“氧化物基準”是指，假設作為本發明的玻璃組成成分的原料而使用 的氧化物、硝酸鹽等在熔融時全部被分解并轉化成氧化物時，以該生成氧化物的質量總和 為100質量％，來表示玻璃中所含各成分的組成。上述本發明的玻璃中，B2O3成分是作為玻璃形成氧化物不可缺少的成分，具有改善 玻璃失透性和提高液相溫度中粘性的效果。但是，如果B2O3的量過少則耐失透性不充分，如 果過多則難以得到目標折射率。因此，可以含有下限優選為2%，上限優選為10%、最優選 為 5%的 B2O3-SiO2也是玻璃生成體，少量的添加可以維持玻璃的化學穩定性及提高時的適當粘 度，但是SiO2對于提高玻璃的折射率無益。故在本發明中，盡量少的使用Si02。Rn2O(Rn表示選自Li、Na、K中的一種以上)成分，是對大幅降低玻璃化點(Tg)、且促進混合玻璃原料熔融的有效成分。但是，Rn2O的引入無益于玻璃折射率的提高，且過多使 用時會造成玻璃耐透性的下降。本試驗中選定Rn2O的上限為20%。其中Li2O不超過5%， Na2O和K2O各不超過10 %。RO (R表示選自Ca、Ba、Sr中的一種以上)成分可以提高玻璃的化學穩定性，并有 助熔作用，但其含量高于10%時，玻璃的析傾向增大，折射率難以達到發明的要求。因此，為 了易于維持玻璃的穩定性，RO作為任選組分添加。含量的上限選為10%。TiO2成分和/或Nb2O5成分是對提高玻璃折射率、有助于高分散性、提高玻璃的失 透性和化學耐久性有效的成分，但如果TiO2和/或Nb2O5的量過多則玻璃的熔融性和穩定性 反而有容易惡化的傾向。因此，以合計量計，可以含有0-35%的TiO2和/或0-50%的Nb205。 TiO2成分是對提高玻璃折射率、有助于高分散性、降低液相溫度有效的成分，但如果TiO2量 過多反而有增加玻璃失透性的傾向。因此，向玻璃中加入時上限不應超過15% Nb2O5成分 是對提高玻璃折射率、有助于高分散性、改善玻璃的失透性有效的成分，但如果Nb2O5量過 多則玻璃的熔融性有惡化的傾向。因此，添加到玻璃中時，上限不應超過20%。雖然上述兩 種成分單獨加入玻璃中也可以達到本發明的目的，但是由于兩者過量都有增加玻璃失透性 的傾向，特別是TiO2，所以，本發明同時選用兩者，且保持Ti02+Nb205的含量不超過15%，以 達到耐失透性和提高折射率的雙重效果。Bi2O3是提高玻璃折射率和色散的成分，并能夠降低玻璃的軟化溫度，但其使用量 過多時，會引起玻璃的析晶惡化，著色大幅增加，比重上升，因此其含量為0-20%。Sb2O3可以在很大程度上維持玻璃的折射率，高含量使用Sb2O3，是本發明的重大創 新之處，其含量上限可定為65%。有益效果(1)本發明的仿藍寶玉石玻璃不含鉛、砷等對環境有害的物質，環境友好，折射率 高(大于1. 65)，具有良好的光學性能；(2)用本發明方法生產的玻璃具有仿藍寶石效果好的特點。


圖1光譜反射曲線。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。實施例1一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃的制備方法，包括(1)粉料制備將稱取一定比例的原料，控制成分為(以該玻璃氧化基準的質量％計)=Sb2O3 20-65 Bi2O3 5-20 SiO2 :0_45 B2O3 :0_20 Li2O :0_10 Na2O :0_15 %, K2O 0-10%, CaO 0-10%, BaO :0_10%、SrO :0_5%、La2O3 :0_40%、Gd2O3 0~5% TiO2 :0_30%、
5ZnO 0-5%, Nb2O5 0-50%, ZrO2 :0_10%、Ta2O5 0-5%, Y2O3 :0_30%、Co0 0. 001-0. 1%。(2)將稱好的粉料混合并放入球磨機中進行球磨3-5小時，以使粉料充分混合。(3)將混合好的粉料，放入石英坩堝，并置于在1450°C下熔化、澄清、均化后。降溫 至適當溫度后進行澆注。后放入退火爐內進行退火后得到本發明產品。用鏡視法(寶石折射儀，南京寶光檢測儀器公司GI-RZ6)測得實驗樣品折射率；用 UV-VIS-NIR SPECTROPHOTOMETER(SHIMADZN UV-3600 型)測得實驗樣品的光譜曲線。表1.具體案例
實施案例1234SiO2052010B2O35555Li2O3.9953.993.9753.95Na2O6666K2O7777CaO0000BaO0000SrO0000
權利要求
一種SiO2 Sb2O3 Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，該玻璃的組成包括以氧化物基準的質量％計，20％≤Sb2O3含量≤65％，0％≤SiO2含量≤45％，2％≤Bi2O3含量＜20％和0％≤Li2O+Na2O+K2O總含量≤20％。
2.根據權利要求1所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，其特征在于 所述玻璃的組成包括，以氧化物基準的質量％計，含有Sb20320-65 %、Si020-40%, Li2O 0-10%, Na2O 0-15%, K2O 0-10%, CaO 0-10%, BaO 0-10%, SrO 0-5 %、Ti020_15 %、 ZnO 0-5 %、ZrO2O-IO %、Bi2032_20 %、Nb2050_50 %、La2030_40 %、Gd2030_5 %、Ta2050_5 %禾口 Y2O3OH
3.根據權利要求1或2所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，其特征在 于所述SiO2含量為5%、10%或20%。
4.根據權利要求1或2所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，其特征在 于所述的玻璃還包括0. 001-0. 的CoO，以氧化物基準的質量％計。
5.根據權利要求1所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，其特征在于所 述B2O3含量為5%或10%。
6.根據權利要求1所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，其特征在于所 述 0. 1 < Li2O ≤ 5%,0. 1 < Na2O ≤ 10%,0. 1 < K2O ≤ 10%。
7.根據權利要求2所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，其特征在于所 述 Nb2O5 含量為 15% -20% 。
8.根據權利要求2所述的一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，其特征在于所 述Ti02+Nb205的含量不超過15%。
全文摘要
本發明涉及一種SiO2-Sb2O3-Bi2O3系統仿藍寶玉石玻璃，該玻璃的組成包括20％≤Sb2O3含量≤65％，0％≤SiO2含量≤45％，2％≤Bi2O3含量＜20％，0％＜Li2O+Na2O+K2O總含量≤20％。本發明的仿藍寶玉石玻璃不含鉛、砷等對環境有害的物質，折射率高(大于1.65)，具有良好的光學性能。
文檔編號C03C3/062GK101973702SQ20101050137
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月8日 優先權日2010年10月8日
發明者侯京山, 呂真, 王瑛, 王鋼, 蔣偉忠, 錢蕙春, 陳小英 申請人:東華大學