技术专题

深入了解超白U型玻璃

2018-04-28

什么是超白玻璃?

“超白玻 璃是一种超透明低铁玻璃,也称低铁玻璃、高透明玻璃。它是一种高品质、多功能 的新型高档玻璃品种,透光率可达91.5%以上,具有晶莹剔透、高档典雅的特性,有玻璃家族“水晶王子”之称。超白玻 璃同时具备优质浮法玻璃所具有的一切可加工性能,具有优越的物理、机械及光学性能,可像其 它优质浮法玻璃一样进行各种深加工。”

“世界上只有美国PPG、法国圣戈班、英国的皮尔金顿、日本的旭硝子、中国南玻、台玻、信义集 团等少数企业掌握超白玻璃的生产技术,高昂的 价格和优良的品质,使超白 玻璃成了建筑物身份的象征。”


——百度百科


超白玻璃有什么优点?

1.玻璃的自爆率低。
由于超 白玻璃原材料中一般含有的NiS等杂质较少,在原料 熔化过程中控制的精细,使得超 白玻璃相对普通玻璃具有更加均一的成分,其内部杂质更少,从而大 大降低了钢化后可能自爆的几率。

2.颜色一致性。
由于原 料中的含铁量仅为普通玻璃的1/10甚至更低,超白玻 璃相对普通玻璃对可见光中的绿色波段吸收较少,确保了 玻璃颜色的一致性。

3.可见光透过率高,通透性好。
大于91.5%的可见光透过率,具有晶 莹剔透的水晶般品质,让展示品更显清晰,更能突 显展品的真实原貌。

4.紫外线透过率低。
相对于普通玻璃,超白玻 璃对紫外波段的吸收更低,应用于 防紫外线的场所,如博物馆等地区,可有效 降低紫外线的通过,减缓展 柜内的各种展品的褪色和老化,尤其对 文物保护效果更加明显。

为什么 普通玻璃是绿色的?

•大部分之所以呈绿色,是玻璃 的原材料砂子中含有铁元素
•玻璃中 的铁离子会吸收蓝光和红光,从而让 更多的绿光透过,所以玻璃呈现绿色[1]
•Fe2+ 会使玻璃呈蓝绿色,Fe3+会使玻璃呈黄绿色, Fe2+ 对玻璃着色程度约是Fe3+的十倍[2]。

铁离子吸收光谱


 

如何生产超白玻璃?

•增加玻 璃透光率的两个常用手段是
•尽量减 少原材料的铁元素
•尽可能让Fe2+氧化成Fe3+,让更多红光透过
•让Fe2+氧化成Fe3+的常用手段有两个
•使用燃料熔化原材料(而非电极熔化),并制造过氧化气氛
•在玻璃 原材料中加入氧化剂
•氧化剂有两种
•稀土氧化剂(二氧化铈):当暴露 于阳光达延长的时间时,含有CeO2的玻璃会出现“暴晒”。“暴晒”或者“暴晒作用”是指将 具有二氧化铈的低铁玻璃暴露于阳光导致该玻璃从浅黄色变成浅蓝色,这是由于Ce3+被光氧化成Ce4+并且Fe3+被光还原成Fe2+。Fe2+比Fe3+吸收更多的光,这使得 所述玻璃的透射率降低。[4]
•贵金属氧化剂:成本高,稳定性高。

如何生产超白玻璃

不难看出,无论是 使用高纯度的原材料、采用过氧燃烧,还是使 用贵金属氧化剂,都需要 有良好的技术基础,并且需 要承当高昂的成本。

劣质的 超白建筑玻璃是如何生产出来的?

1.在原材料中节省,使用含 铁量超标的原材料。低铁玻 璃原材料的成本是普通玻璃的3倍,有些厂 家为了节省原材料成本,会采购 低品质的超白玻璃原材料。这不但 增加了玻璃的含铁量,而且增 加了玻璃中的杂质。

2.为了弥 补铁含量过高对玻璃的影响,一些厂 家会在原料中加入稀土氧化剂(二氧化铈),但是这 会让玻璃呈现黄色调。为了综 合稀土带来的黄绿色,又要加入硒、铷或锰等化合物,它们在 玻璃中都能产生紫色或紫红色,正好互补黄色调[3]。经过这番调整,玻璃已不是理想中的“无色透镜”,而是呈现“白雾色”。生活中 冰和水就是无色透明的代表,而雪是白色的代表。
 

这些调 整手段在要求不高的场合,如玻璃器皿,是合情合理的。可是稀 土氧化剂会在太阳紫外线的作用下产生暴晒作用。如果作 为建筑玻璃幕墙、外墙使用,玻璃在1~2年之内就会呈现紫色,并且失去原有的光泽。


上图:XRF分析的结果,模拟5年户外暴晒后,玻璃中60%的Ce3+会被氧化[4]。


参考文献
[1]
JAMES E. SHELBY.Glass Processing Course-Lecture 4. COLOR IN COMMERCIAL GLASSES.www.lehigh.edu/imi
[2]张为民,候英兰.氧化铁 在玻璃中的着色.《玻璃》24卷 6期
[3]李梅张晓伟柳召刚胡艳宏杜长顺 .氧化铈 在玻璃中的应用.《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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