專利名稱：一種在內(nèi)部能形成紫紅色立體圖案的無色透明玻璃材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無色透明玻璃材料的制備方法。
背景技術：
激光內(nèi)雕彩色玻璃產(chǎn)品運用光敏玻璃制備原理，玻璃中光敏劑經(jīng)光還原和熱處理后，在其內(nèi)部形成大小和密度不同的晶粒，選擇不同的光敏劑和光輻照強度，可制備出單色和多色藝術玻璃。調節(jié)圖案設計和點陣密度，可在玻璃內(nèi)部獲得不同圖案的工藝裝飾品，其性能好、圖像清晰、圖案可控、深度可調。該類藝術玻璃品是用電腦控制的激光內(nèi)雕機在其內(nèi)部雕刻不同的圖案，其璀璨奪目、晶瑩剔透。
激光技術的出現(xiàn)，使玻璃內(nèi)雕作品在色彩上變得更為豐富是必然的。利用水晶玻璃工藝品的內(nèi)雕部分對光線具有較強的反射、折射作用，而空白部分對光線具有較好透過性能的光學原理，由微控制電路按照三基色調色板原理，分別控制幾種色彩的燈，在“內(nèi)雕”圖像上混色，變化出多種絢麗的色彩，從而使原本白色的內(nèi)雕圖像呈現(xiàn)出五彩繽紛、光彩奪目的效果。
“激光”是對水晶玻璃進行內(nèi)雕最有用的工具。采用激光內(nèi)雕技術，將平面或立體的圖案“雕刻”在水晶玻璃的內(nèi)部。其雕刻原理也較簡單，要能雕刻玻璃，它的能量密度必須大于使玻璃破壞的某一臨界值，或稱閾值，而激光在某處的能量密度與它在該點光斑的大小有關，同一束激光，光斑越小的地方產(chǎn)生的能量密度越大。通過適當聚焦，可以使激光的能量密度在進入玻璃及到達加工區(qū)之前低于玻璃的破壞閾值，而在希望加工的區(qū)域則超過這一臨界值，激光在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生脈沖，其能量能夠在瞬間使玻璃受熱破裂，從而產(chǎn)生極小的白點，在玻璃內(nèi)部雕出預定的形狀，而玻璃的其余部分則保持原樣完好無損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在內(nèi)部能形成紫紅色立體圖案的無色透明玻璃材料的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種在內(nèi)部能形成紫紅色立體圖案的無色透明玻璃材料的制備方法，包括下列步驟1)基體玻璃的制備取玻璃系統(tǒng)為SiO2-Al2O3-Li2O-K2O-Na2O，其重量百分比分別為78.0-79.5、3.5-4.5、12.5-14.0、3.0-4.5、0-1.5；外加添加劑，添加劑為AuCl3、CeO2、SnO和Sb2O3，AuCl3、CeO2、SnO和Sb2O3加入量分別為玻璃系統(tǒng)重量的0.015-0.025％、0.02-0.04％、0-0.02％、0-0.6％，按配比稱量后混合，在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基體玻璃；2)玻璃冷加工將基體玻璃熔制在全鉑熔煉爐中制備熟料；先用天然氣將窯爐預熱到1100～1250℃，投入事先準備好的熟料，將導電電極覆蓋，通80V～220V的交流電，玻璃自身導電加熱，將配合料熔化，熔化溫度1480-1500℃，熔化后的原料在澄清池進行高溫澄清，澄清好的玻璃液進入均化池攪拌均勻，均化好的玻璃液漏注到成型模內(nèi)成為坯料玻璃；3)激光內(nèi)雕成形后的坯料玻璃拋光用波長為355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000點/分鐘；4)玻璃熱處理玻璃熱處理溫度為370-400℃，時間為1.5-2.0h，得產(chǎn)品。
彩色內(nèi)雕的顯色機理雕像可以通過細分散狀態(tài)的金屬對光的選擇性吸收而著色。一般認為，選擇性吸收是由于膠體金顆粒的光散射而引起的。銅紅、金紅、銀黃即屬于這一類。雕像的顏色很大程度上取決于金屬粒子的大小。一般認為，玻璃在高溫熔制時，金屬以離子狀態(tài)溶解于熔體之中。玻璃冷卻后是無色的，經(jīng)熱處理(顯色)，金屬離子被還原為金屬原子，并聚集長大成具有一定數(shù)量膠體，從而使雕像著色。
1、金屬離子的溶解金屬離子(如Cu+、Ag+、Au+)充分溶解于玻璃熔體之中是金屬膠體著色的前提。銅最容易氧化，銀次之，金最不容易氧化。故銅紅玻璃必須在還原條件下熔制使之呈Cu+狀態(tài)，防止銅氧化為藍色的Cu2+。金紅玻璃則必須在氧化條件下熔制，以防止還原過甚，使Au+成Au狀態(tài)，引起金顆粒長大，使玻璃冷卻時著色。
2、金屬離子的還原在高溫下金屬是以離子的狀態(tài)存在于玻璃中(當然也不排除有原子狀態(tài)，特別是金)。玻璃自高溫降溫，由于冷卻速度較大，這些離子凍結而保留在玻璃中，因此隨后必須把金屬離子還原為金屬原子。還原一般通過以下兩種方法來實現(xiàn)。
a.熱還原法玻璃中預先加入錫、銻等多原子價元素，在Tg以上的適當溫度進行熱處理。多原子價的離子會使上述金屬離子還原，如下式表示
2Cu++Sn2+→2Cu0+Sn4+b.光化學還原法將加有光化學還原劑(即增感劑)Ce3+的玻璃，經(jīng)紫外線或X射線照射，使金屬離子還原為原子狀態(tài)，如下式所示Au++Ce3+→Au0+Ce4+Ag++Ce3+→Ag0+Ce4+Cu++Ce3+→Cu0+Ce4+在紫外線照射下，Ce3+離子中的4f電子被激發(fā)出來與Au+(或Ag+、Cu+)結合，形成金原子Au0(Ag0或Cu0)。
3、熱處理還原后的金屬原子聚集長大成具有一定大小的膠粒而是玻璃顯色。
本發(fā)明基于上述彩色內(nèi)雕的顯色機理，利用可滿足光化學反應的激光對玻璃內(nèi)部雕刻，在雕刻時激光聚焦產(chǎn)生的能量一方面使玻璃局部受熱炸裂而形成雕刻圖案，另一方面發(fā)生光化學反應，金屬金離子被還原為金屬金原子，在經(jīng)熱處理顯紫紅色，聚集長大成膠體大小的粒子使雕像著色。因本發(fā)明的玻璃組成含少量熱還原劑，在進行顯色處理時，部分沒有被還原的金屬離子同時會發(fā)生熱還原反應而使玻璃本體著色，而雕刻圖案的顯色溫度要比基體顯色溫度要低，因此通過控制溫差可實現(xiàn)玻璃基體不顯色，而使雕像著色，同時調控顯色參數(shù)來控制金屬膠粒的尺寸來調節(jié)雕像顏色的深淺，從而實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
本發(fā)明采用熔融法制備玻璃坯料，機械法對坯料進行冷加工，常規(guī)的熱處理技術使玻璃顯色，因此本發(fā)明方法具有簡單、實用的特點，選擇生產(chǎn)工藝符合國內(nèi)外生產(chǎn)習慣，易于控制和掌握材料的性能以及制備。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2是熔爐示意圖，圖中1-熔化池，2-料道，3-澄清池，4-均化池，5-攪拌器。
圖3是激光內(nèi)雕原理具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
實例1如圖1、圖2、圖3所示，一種在內(nèi)部能形成紫紅色立體圖案的無色透明玻璃材料的制備方法，包括下列步驟1)、基體玻璃的制備取玻璃系統(tǒng)為SiO2-Al2O3-Li2O-K2O-Na2O，其重量百分比分別為78.5、4.5、13.0、3.0、1.0；取添加劑為AuCl3、CeO2、SnO和Sb2O3，AuCl3、CeO2、SnO和Sb2O3的外加量分別為玻璃系統(tǒng)重量的0.02％、0.025％、0.015％、0.015％，按配比稱量后混合；在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基體玻璃。2)玻璃冷加工基體玻璃熔制在全鉑熔煉爐中制備熟料，先用天然氣將窯爐預熱到1150℃，投入事先準備好的熟料，將導電電極覆蓋，通80V~220V的交流電，玻璃自身導電加熱，將配合料熔化，熔化溫度1480-1500℃，熔化后的原料在澄清池進行高溫澄清，澄清好的玻璃液進入均化池攪拌均勻，均化好的玻璃液漏注到成型模內(nèi)成為坯料玻璃。3)激光內(nèi)雕成形后的坯料玻璃拋光用波長為355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000點/分鐘。4)玻璃熱處理玻璃熱處理溫度為370℃，時間為2.0h；得產(chǎn)品，產(chǎn)品的玻璃本體透明無色，內(nèi)部圖案為紫紅色。
實例2一種在內(nèi)部能形成紫紅色立體圖案的無色透明玻璃材料制備方法，包括下列步驟1)基體玻璃的制備取玻璃系統(tǒng)為SiO2-Al2O3-Li2O-K2O-Na2O，其重量百分比分別為79.5、3.5、12.5、4.5、0；取添加劑為AuCl3、CeO2和SnO，AuCl3、CeO2和SnO的外加量分別為玻璃系統(tǒng)重量的0.015％、0.03％、0.02％，按配比稱量后混合；在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基體玻璃。2)玻璃冷加工基體玻璃熔制在全鉑熔煉爐中制備熟料，先用天然氣將窯爐預熱到1200℃，投入事先準備好的熟料，將導電電極覆蓋，通80V~220V的交流電，玻璃自身導電加熱，將配合料熔化，熔化溫度1480-1500℃，熔化后的原料在澄清池進行高溫澄清，澄清好的玻璃液進入均化池攪拌均勻，均化好的玻璃液漏注到成型模內(nèi)成為坯料玻璃。3)激光內(nèi)雕成形后的坯料玻璃拋光用波長為355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000點/分鐘。4)玻璃熱處理玻璃熱處理溫度為380℃，時間為1.5h；得產(chǎn)品，產(chǎn)品的玻璃本體透明無色，內(nèi)部圖案為紫紅色。
實例3一種在內(nèi)部能形成紫紅色立體圖案的無色透明玻璃材料制備方法，包括下列步驟1)基體玻璃的制備取玻璃系統(tǒng)為SiO2-Al2O3-Li2O-K2O-Na2O，其重量百分比分別為78.0、4.5、13.5、3.0、1.0；取添加劑為AuCl3、CeO2、SnO和Sb2O3，AuCl3、CeO2、SnO和Sb2O3的外加量分別為玻璃系統(tǒng)重量的0.02％、0.02％、0、0.03％，按配比稱量后混合；在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基體玻璃。2)玻璃冷加工基體玻璃熔制在全鉑熔煉爐中制備熟料，先用天然氣將窯爐預熱到1100℃，投入事先準備好的熟料，將導電電極覆蓋，通80V~220V的交流電，玻璃自身導電加熱，將配合料熔化，熔化溫度1480-1500℃，熔化后的原料在澄清池進行高溫澄清，澄清好的玻璃液進入均化池攪拌均勻，均化好的玻璃液漏注到成型模內(nèi)成為坯料玻璃。3)激光內(nèi)雕成形后的坯料玻璃拋光用波長為355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000點/分鐘。4)玻璃熱處理玻璃熱處理溫度為400℃，時間為2.0h；得產(chǎn)品，產(chǎn)品的玻璃本體透明無色，內(nèi)部圖案為紫紅色。
權利要求
1.一種在內(nèi)部能形成紫紅色立體圖案的無色透明玻璃材料的制備方法，其特征在于包括下列步驟1)基體玻璃的制備取玻璃系統(tǒng)為SiO2-Al2O3-Li2O-K2O-Na2O，其重量百分比分別為78.0-79.5、3.5-4.5、12.5-14.0、3.0-4.5、0-1.5；外加添加劑，添加劑為AuCl3、CeO2、SnO和Sb2O3，AuCl3、CeO2、SnO和Sb2O3加入量分別為玻璃系統(tǒng)重量的0.015-0.025％、0.02-0.04％、0-0.02％、0-0.6％，按配比稱量后混合，在1480-1500℃下熔化、成型，在410～420℃退火，得基體玻璃；2)玻璃冷加工將基體玻璃熔制在全鉑熔煉爐中制備熟料；先用天然氣將窯爐預熱到1100～1250℃，投入事先準備好的熟料，將導電電極覆蓋，通80V～220V的交流電，玻璃自身導電加熱，將配合料熔化，熔化溫度1480-1500℃，熔化后的原料在澄清池進行高溫澄清，澄清好的玻璃液進入均化池攪拌均勻，均化好的玻璃液漏注到成型模內(nèi)成為坯料玻璃；3)激光內(nèi)雕成形后的坯料玻璃拋光用波長為355nm的激光雕刻，雕刻速度3000～5000點/分鐘；4)玻璃熱處理玻璃熱處理溫度為370-400℃，時間為1.5-2.0h，得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無色透明玻璃材料的制備方法。一種在內(nèi)部能形成紫紅色立體圖案的無色透明玻璃材料的制備方法，其特征在于包括下列步驟1)基體玻璃的制備取玻璃系統(tǒng)為SiO
文檔編號C03B5/16GK1830854SQ20061001860
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權日2006年3月21日
發(fā)明者韓建軍, 徐峰, 趙修建, 阮健, 熊萬榮 申請人:武漢理工大學