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技術專題

深入了解超白U型玻璃

2018-04-28

什么是超白玻璃?

“超白玻璃是一種超透明低鐵玻璃,也稱低鐵玻璃、高透明玻璃。它是一種高品質、多功能的新型高檔玻璃品種,透光率可達91.5%以上,具有晶瑩剔透、高檔典雅的特性,有玻璃家族“水晶王子”之稱。超白玻璃同時具備優質浮法玻璃所具有的一切可加工性能,具有優越的物理、機械及光學性能,可像其它優質浮法玻璃一樣進行各種深加工。”

“世界上只有美國PPG、法國圣戈班、英國的皮爾金頓、日本的旭硝子、中國南玻、臺玻、信義集團等少數企業掌握超白玻璃的生產技術,高昂的價格和優良的品質,使超白玻璃成了建筑物身份的象征。”


——百度百科


超白玻璃有什么優點?

1.玻璃的自爆率低。
由于超白玻璃原材料中一般含有的NiS等雜質較少,在原料熔化過程中控制的精細,使得超白玻璃相對普通玻璃具有更加均一的成分,其內部雜質更少,從而大大降低了鋼化后可能自爆的幾率。

2.顏色一致性。
由于原料中的含鐵量僅為普通玻璃的1/10甚至更低,超白玻璃相對普通玻璃對可見光中的綠色波段吸收較少,確保了玻璃顏色的一致性。

3.可見光透過率高,通透性好。
大于91.5%的可見光透過率,具有晶瑩剔透的水晶般品質,讓展示品更顯清晰,更能突顯展品的真實原貌。

4.紫外線透過率低。
相對于普通玻璃,超白玻璃對紫外波段的吸收更低,應用于防紫外線的場所,如博物館等地區,可有效降低紫外線的通過,減緩展柜內的各種展品的褪色和老化,尤其對文物保護效果更加明顯。

為什么普通玻璃是綠色的?

•大部分之所以呈綠色,是玻璃的原材料砂子中含有鐵元素
•玻璃中的鐵離子會吸收藍光和紅光,從而讓更多的綠光透過,所以玻璃呈現綠色[1]
•Fe2+ 會使玻璃呈藍綠色,Fe3+會使玻璃呈黃綠色, Fe2+ 對玻璃著色程度約是Fe3+的十倍[2]。

鐵離子吸收光譜


 

如何生產超白玻璃?

•增加玻璃透光率的兩個常用手段是
•盡量減少原材料的鐵元素
•盡可能讓Fe2+氧化成Fe3+,讓更多紅光透過
•讓Fe2+氧化成Fe3+的常用手段有兩個
•使用燃料熔化原材料(而非電極熔化),并制造過氧化氣氛
•在玻璃原材料中加入氧化劑
•氧化劑有兩種
•稀土氧化劑(二氧化鈰):當暴露于陽光達延長的時間時,含有CeO2的玻璃會出現“暴曬”。“暴曬”或者“暴曬作用”是指將具有二氧化鈰的低鐵玻璃暴露于陽光導致該玻璃從淺黃色變成淺藍色,這是由于Ce3+被光氧化成Ce4+并且Fe3+被光還原成Fe2+。Fe2+比Fe3+吸收更多的光,這使得所述玻璃的透射率降低。[4]
•貴金屬氧化劑:成本高,穩定性高。

如何生產超白玻璃

不難看出,無論是使用高純度的原材料、采用過氧燃燒,還是使用貴金屬氧化劑,都需要有良好的技術基礎,并且需要承當高昂的成本。

劣質的超白建筑玻璃是如何生產出來的?

1.在原材料中節省,使用含鐵量超標的原材料。低鐵玻璃原材料的成本是普通玻璃的3倍,有些廠家為了節省原材料成本,會采購低品質的超白玻璃原材料。這不但增加了玻璃的含鐵量,而且增加了玻璃中的雜質。

2.為了彌補鐵含量過高對玻璃的影響,一些廠家會在原料中加入稀土氧化劑(二氧化鈰),但是這會讓玻璃呈現黃色調。為了綜合稀土帶來的黃綠色,又要加入硒、銣或錳等化合物,它們在玻璃中都能產生紫色或紫紅色,正好互補黃色調[3]。經過這番調整,玻璃已不是理想中的“無色透鏡”,而是呈現“白霧色”。生活中冰和水就是無色透明的代表,而雪是白色的代表。
 

這些調整手段在要求不高的場合,如玻璃器皿,是合情合理的。可是稀土氧化劑會在太陽紫外線的作用下產生暴曬作用。如果作為建筑玻璃幕墻、外墻使用,玻璃在1~2年之內就會呈現紫色,并且失去原有的光澤。


上圖:XRF分析的結果,模擬5年戶外暴曬后,玻璃中60%的Ce3+會被氧化[4]。


參考文獻
[1]
JAMES E. SHELBY.Glass Processing Course-Lecture 4. COLOR IN COMMERCIAL GLASSES.www.lehigh.edu/imi
[2]張為民,候英蘭.氧化鐵在玻璃中的著色.《玻璃》24卷 6期
[3]李梅張曉偉柳召剛胡艷宏杜長順 .氧化鈰在玻璃中的應用.《稀土》 2011 , 32 (3) :80-85
[4]D.E. King, F.J. Pern, J.R. Pitts, C.E. Bingham, and A.W. Czanderna. 'Optical Changes in Cerium-containning Glass as a Result of Accelerated Exposure Testing'. 26th IEEE photovoltaic Specialists Conference, September 29-October 3, 1997.


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