納米氧化鈰對玻璃性能的影響

納米氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02在玻璃中有著澄清、脫色、著色、拋光以及紫外吸收方面的機理和應用。氧化鈰還可以作為拋光劑,氧化鈰對玻璃涂層的密著性也有較大影響氧化鈰在玻璃中可以單獨作澄清劑脫色劑使用,氧化鈰本身的著色能力很弱,常常其它著色劑混合使用,它還是非常理想的紫外線吸收劑,在防紫外線玻璃方面有著廣泛的應用。 

一,氧化鈰的脫色作用 (1)單獨作用    二氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02作為化學脫色劑的反應原理是: Ce4+還原為Ce3+過程中反應放出新生態的氧,可將低價的鐵(Fe2+)氧化成三氧化二鐵,減少玻璃的著色,從而獲得良好的脫色。湯李纓等對鐵含量為0. 12%鈉鈣硅浮法玻璃進行了脫色實驗研究,測定了樣品的色差和總透過率,發現熔化100 g玻璃時CeO2的用量為0. 4800 g,色差為3. 17,透過率為89. 61,目測玻璃顏色在淺淡黃色和基本無。美國自1970年以來已經有1/4玻璃廠家熔制玻璃改用CeO2脫色,取得良好的效果。克爾玻璃公司的制瓶廠自從采用CeO2作脫色劑后,節約脫色劑費用約30%,節省了勞動時間,制成了質量較好的產品。

 2 復合脫色    因鈰作脫色劑有以下缺點:玻璃帶有藍色調的熒光;有曝曬作用,使玻璃轉變為黃色調;只能在玻璃中鐵含量較低的情況下采取。所以必須添加物理脫色劑。通常是加入硒、釹或錳等化合物,它們在玻璃中都能產生紫或紫紅色,正好彌補Fe2O3的黃綠色。

3.氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02的澄清作用    氧化鈰為變價氧化物,在高溫下分解放出氧氣促進玻璃液中氣泡長大,使氣泡上升排出玻璃液,可作為高溫澄清劑使用,研究顯示了一種多元高效澄清劑,其主要成份為二氧化鈰、五價砷銻氧化物( 其中五價砷含量約為2% ~ 2.5%) 、三氧化二鋁、氧化鈣、二氧化硅等,它具有高溫分解的特點,經測試,其分解溫度為 1220℃,隨著溫度的升高,分解逐步加劇 至1420℃ 結束,該分解溫度剛好與玻璃的熔融溫度同步,在此熔融溫度下,二氧化鈰與五價砷銻氧化物同步分解,釋放出大量的 O2,因此,多元高效澄清劑具有優異的澄清作用。

納米氧化鈰對玻璃性能的影響的圖1 

二,氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02在玻璃中的紫外線吸收作用

一般認為無色透明玻璃在紫外區的吸收,是由于一定能量的光子激發氧離子的電子到高能級所致。玻璃的紫外吸收與堿金屬鹵化物晶體在遠紫外的吸收屬于同一機理,即吸收是陰離子的價電子受激發的結果。凡是能量大于( 或波長小于) 吸收極限波長的光都能把陰離子上的價電子數激發到激發態(或導帶) ,故全部吸收。而能量小于( 或波長大于) 吸收極限波長的光,由于能量小,不足以激發價電子,故全部透過。傳統的具有防紫外線輻射功能的無色透明玻璃一般采用在鈉鈣硅玻璃中加入二氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02作為紫外線吸收劑,添加量控制在 0.2% ~0.5%(質量分數)之間。Ce4 +在紫外區域的特性吸收為 240nm,Ce3 +為314nm,這一性質首先應用于生產克羅克賽(Crookes)玻璃,以增強玻璃的紫外吸收,達到保護眼睛的作用。CeO2在紫外吸收玻殼中的應用,在普通的鈉硼硅玻璃配方中加入CeO2,通過調整玻璃配方和工藝條件,制得了紫外透過率小于50%的玻殼,CeO2的加入量在0.065%~0.075% 范圍內玻殼的性能最佳。

三,氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02

四,對玻璃結構及性能的影響    氧化鈰含量為1.5%時[12],所制備的玻璃陶瓷材料力學性能最好,這是由于稀土氧化鈰是一種強氧化劑,它在高溫下能生成三氧化二缽(CeZ03),并放出氧氣,氧氣進人玻璃液的氣泡內,降低了氣泡中的氣體分壓,使之繼續吸收氣體,使氣泡體積增加,浮力增大,從而加快了氣體排出玻璃的速度,使玻璃液達到澄清和均化的目的,同時稀土離子的高場強、高配位及高積聚的作用,也使玻璃結構密實化,逐漸提高了玻璃的力學性能。

五,氧化鈰添加量對紫外線透過率的影響。    加入氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02的玻璃吸收紫外線的能力遠遠大于普通玻璃,鈰的紫外吸收線中,300~320 nm有較低的透光率,這是由于鈰在這段波段有吸收的緣故,從本質上來說是鈰離子吸收光子產生4f-4f電子躍遷造成的;隨著樣品中氧化鈰含量的不斷增加,對紫外線的屏蔽能力不斷地增強。例如在340 nm處,當氧化鈰含量從0.6%提高到1%時,屏蔽能力從84%左右提高到90%左右。在氧化鈰添加量相同的情況下,對不同波長的紫外線的屏蔽能力亦有不同,對波長小于340 nm的紫外線的屏蔽能力較強, 340~380 nm之間趨于穩定。

納米氧化鈰對玻璃性能的影響的圖2結語1. 納米氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02在玻璃中可作高溫澄清劑,可以降低玻璃的粘度及改善玻璃液澄清效果,其用量一般為配合料的 0.3% ~ 0.5%,含量過多容易引起“滿天星”的現象,劑組合構成復合澄清劑使用,澄清效果較好。 2.單一的氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02作脫色劑使玻璃帶有藍色調的熒光,暴曬時使玻璃轉變為黃色調,只能在玻璃中鐵含量較低的情況下使用,所以必須與釹、硒、鈷、砷及銻等混合使用效果較好。 3.單一的氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02在玻璃中著色能力很弱,只相當CoO 的1/50,常與 TiO2組合使用,隨著TiO2含量的增加,玻璃的顏色則向檸檬黃琥珀色橙色暗紅色變化。鈰鈦黃分別引入Mno2、NiO、CuO、CoO 時可獲得琥珀色、茶青色、藍綠色以及綠色系列的合成色。 4. 納米氧化鈰VK-Ce01/VK-Ce02加入玻璃中對紫外線的吸收效果非常明顯,一般添加量控制在 0.2% ~ 0.5% ( 質量分數) 重量百分比之間,鈰在玻璃中主要 Ce4 +、Ce3 +的形式存在,他們對紫外線波段的光都有很強的吸收作用,是防紫外線玻璃的最佳添加劑。

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