一种多彩闪烁的铬金星玻璃餐具研发及试产过程

江湘辉

摘 要：探索一种铬金星玻璃餐具的研发生产过程，在双料道中，把制备好的铬金星着色剂加入在其中一料道中，通过加热搅拌并形成均匀的铬金星玻璃料液;与另外的一条料道中的透明玻璃料液，两种料液先后滴入模具中并形成复合料滴，模具中的复合料滴在离心机中高速旋转并成型，完成套料铬金星玻璃餐具的制作过程。

关键词：铬金星玻璃餐具;着色剂;复合料滴

1 前 言

铬金星玻璃因其在光照条件下呈现的闪烁、多彩的亮丽外观，在建筑及艺术品玻璃中已有较广泛的应用，由于其在使用的过程中，不可避免的会析出+3价铬离子，有时在氧化状态下，甚至会有+6价铬离子析出，危及身体健康;也限制了铬金星在玻璃餐具上的应用。尝试通过套料工艺处理，使产品在外层是闪烁的铬金星玻璃，内层是透明的安全玻璃;达到产品符合玻璃餐具的安全使用要求，同时保持了其亮丽外观的目的，也为玻璃餐具提供了新的选择。

2配方

（1）配方总体概述：本次生产的是一种有闪烁外观的铬金星套料玻璃餐具，首先主体透明配方是确定了Si—Na-Ca-B体系的方向，保证了符合玻璃餐具要求并使整体容易析出铬晶体;其次，在这个的基础上，再制定跟主体透明配方相匹配的外层套料着色剂配方。

（2）主体透明配方，总体必须符合玻璃餐具的安全使用要求;适合套料工艺要求;适合耐热性能的要求;由于采用电熔炉熔化，也必须适应电熔炉工艺要求。

（3）着色剂配方， 必须跟主体透明配方有相兼容性;必须有足够的氧化铬含量和核化剂，保证晶体的析出数量和析晶的长度;必须有较低的热膨胀系数，以保证在形成套料玻璃时，铬金星玻璃在外层对内层的透明玻璃有一定合适的压应力。

（4）铬金星玻璃配方，其实就是在主透明料的双料道中的其中一条料道的前部，加入先制备好的着色剂并在料道中通过搅拌熔化，形成均匀的铬金星玻璃料;其组成主要是由着色剂与主体透明料的重量配比组成的，本次采用的重量配比是：着色剂与主体透明料=2：8。

（5）各配方明细如表1。

3铬金星着色剂的制备

3.1原料组成

着色剂的作用是进行料道着色，在料道的前面进行投料，跟透明主体料混合均匀后，形成铬金星玻璃料液;其配方组成必须具有以下特点：易熔化、熔点低;跟主体透明配方容性好并具有略低之的热膨胀系数;适当过量氧化铬，以保证氧化铬晶片的析出。如表一中着色剂氧化物配方可知，配方原料的重量百分比组成：石英砂：47.0%，重碱：3.7%，方解石：13.8%，五水硼砂：14.8%，铬酸钾：13.6%，氢氧化铝：2.9%，碳酸镁：2.5%，碳酸钡：0.2%，二氧化钛：1.4%，碳酸钾：0.12%;碳：0.1%;原料的引入是经过优化精选的，在原料组成可以看到，氧化硼是以五水硼砂引入而不用硼酸，目的是为适用电熔炉的工艺和降低熔化温度;氧化铝是以氢氧化铝干粉引入而不用氧化铝粉，也是为了降低熔化温度;氧化铬是以铬酸钾引入，而不是以铬绿引入，同样能较大幅度降低熔化温度;二氧化钛的加入主要是核化剂的作用，能加速氧化铬晶体的析出和晶体的成长;碳粉的引入起到还原气氛的作用，保证+6价铬完全转化为+3价。

3.2制作过程

（1）熔化过程：采用的熔化方式是硅碳棒加热的玻璃电坩埚熔化炉;熔化量是100公斤/缸，按原料配比，称量后，混匀，当坩埚温度达到1200度时，按坩埚熔化炉操作方式进行小批量分批次投，投料完毕后，升温到1400度并保温4h，熔化澄清完成后，再自然降温到1250度，并在这个温度保温2h，通过保温使氧化铬晶体长大，以保证整体析晶粒度大于400μm;玻璃液温度下降到1100度时，用勺子取出，进行水碎。

（2）加工过程：后期的加工制作过程包括：球磨，过筛，压滤，烘干，粉碎五个步骤;把（1）水碎后的玻璃料，按玻璃料：球：水=1：1：2的比例，进行球磨作业2h，料浆倒出，用水洗过筛100目，筛余物回收重新进行球磨，对过筛后的滤液进行压滤并制成压片，压片烘干后并干磨，过筛后得到过100目的铬金星着色剂玻璃干粉。

4大炉主体透明料的熔化

4.1原料的组成

从表 1中的氧化物配比可以得到配方原料，各成分按重量百分比组成：石英砂：55.71%，重碱：11.04%，方解石：12.9%，五水硼砂：2.64%，氢氧化铝：2.77%，碳酸镁：2.39%，碳酸钡：4.5%，二氧化钛：1.01%，碳酸钾：6.98%;主體配方中钠钾的比例接近6：4，以钠为主，适应电熔炉的玻璃液电导性工艺，并达到共碱的助熔效果，降低熔化温度;在高钾与钡的作用下，玻璃具有较高的折射率，突出透明主体玻璃具有晶质效果;硼的加入也提高了产品的耐热性能;其热膨胀系数：86×10^-7/℃。

4.2熔化过程

采用的是玻璃电熔炉熔化方式。通过插入的钼电极在高温的玻璃液中放电，利用高温玻璃液中钠、钾离子的导电性，产生了焦耳热效应，从而把电能转化为热能，对玻璃进行熔化澄清;如表1的透明性配方中，钠钾的比例基本上可以达到电熔炉的要求。按3.1的原料配方比例，进行称量并混匀形成后配合料;配合料按电熔炉的操作方式进行投料，配合料在电熔炉是按垂直熔化方式进行，分别经过硅酸盐形成阶段，玻璃形成阶段，玻璃澄清/均化等阶段，进入流液洞，上升道，到达主料道，从主料道再分别进入透明玻璃液料道和铬金星玻璃液料道的双料道;而透明玻璃料道的料液就是用来制备产品的内层透明玻璃。

5铬金星玻璃的形成和熔化

5.1着色剂在大炉的加入方式

在铬金星玻璃料道的前部装有投料装置，把制备好的铬金星着色剂投放在装置中，利用装置的投料口的开关来控制着色的投料量，着色剂在振动筛的作用下，按一定的比例均匀投入在透明主体料液中。70B58921-92D2-463C-AD76-3065F5E4CF3D

5.2著色剂在料道中熔解和均化

铬金星料道分为4个控制区，分别装有搅拌装置和钼电极加热装置，着色剂在第一个控制区加入后，经过各区的加热和搅拌作用，到第三个区基本完成了熔解并均化的过程，形成均一的铬金星玻璃液，通过第四区来控制料液的工作温度。

5.3着色剂的加入量

着色剂的加入量与主体透明性的重量比例控制在2：8，也就是着色剂加入量按铬金星玻璃料道的出料量20%来加入;最终形成均匀的铬金星料液，其氧化物配比如表一中的铬金星料配方;从配比中可以看到，铬金星在Si-Na-Ca-B体系中，氧化钛的含量是1.27%，氧化铬的含量是2.31%，在核化剂氧化钛和过量的氧化铬的作用下，成形时能顺利析出大量的密集氧化铬金星晶体;其热膨胀系数：82×10-7/℃。

6生产过程

产品类型是套料玻璃餐具，外层是多彩的铬金星玻璃料，内层是晶质透明玻璃料;两种玻璃液分别通过透明料玻璃料道和铬金星料道流出，并在模具中形成复合料层，最后由离心机成形为产品。

6.1复合料滴的形成过

如图1所示，铬金星玻璃料滴先经过导料筒滴入石墨初模中，紧接着主体透明玻璃料滴也通过异形导料筒滴入初模中，两料滴在初模的滴入先后时间间隔在1s，两料滴的重量配比：铬金星料滴：透明料滴=4：6;料滴滴入的时间间隔和重量配比的控制，由供应机通过程序来设置，并控制所有动作完成的;特别注意的是料滴的时间间隔不要超过2s;并且先滴入初模的铬金星料滴在模具中要处于保温状态，使玻璃液的高温黏度在103Pa.S以下，才能保证顺利与内层的主体透明玻璃液料滴相熔合;否则会由于先滴入铬金星料滴表面降温硬化而产生较大的应力，造成产品的炸裂。

6.2成形过程

在复合料滴顺利完成后，接着初模往上抬起，通过离心机高速旋转，复合料滴在模具中完成了所需的餐具形状。

7产品结果

（1）外观：生成的餐具产品，外层呈密集均匀的氧化铬晶体，内层是高拆射率的晶质透明玻璃，经检测，氧化铬晶体的颗粒达到400-600um，外观呈闪烁亮丽。

（2）套层玻璃内外层热膨胀系数的匹配：经耐驰 DIL402Classic 热膨胀仪的测量，外层的铬金星玻璃平均热膨胀系数为82×10^-7/℃（0～300℃），内层的晶质玻璃的热膨胀系数为86×10^-7/℃ （0～300℃），内外层膨胀系数相差在4×10^-7/℃，外层铬金星玻璃就会对内层主体透明玻璃产生一个压应力的作用，类似于对产品的钢化作用，较大提高产品的耐热性能，这是较为理想的状态。

（3）耐热性能：产品经退火炉后，不用钢化，进行耐热测量，耐热温度可以达到110℃，基本达到比较安全的玻璃餐具使用要求。

（4）重金属离子的析出量：按GB/T 30771-2014国标法，经过浸酸，用原子吸收分光光度计进行测量，溶液中没有铬离子出现。

8结 语

铬金星玻璃餐具使用性能达到玻璃餐具的要求，亮丽的外观又为其增加买点，可以为玻璃餐具的生产企业提供了新的选择，但由于其生产制作过程繁多复杂，成型工艺要求较高，造成了成品率较低，后续也需要不断努力改进并进一步完善。

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，2006：414-443;

[2]GB/T 30771-2014 日用玻璃陶瓷[S].2014。70B58921-92D2-463C-AD76-3065F5E4CF3D