纳米超细二氧化铈在玻璃中的应用

纳米超细二氧化铈在玻璃中的应用 =============== 发表时间：2019-11-18 16:15作者：九朋新材料 氧化铈在玻璃中的应用 摘要：综述了氧化铈在玻璃中的澄清、脱色、着色以及紫外吸收方面的机理和应用。氧化铈在玻璃中可以单独作澄清剂脱色剂使用，但如果与其它着色剂澄清剂混合使用能达到更好的效果，氧化铈本身的着色能力很弱，常与其它着色剂混合使用，提高玻璃的颜色饱和度，它是非常理想的紫外线吸收剂，在防紫外线玻璃方面有着广泛的应用。 关键词：无机非金属材料；氧化铈；玻璃 我国的稀土产品主要用于钕铁硼磁性材料及发光材料等方面。2007年，钕铁硼产量达到5．08万吨，增长了23％，2010年，世界钕铁硼的需求量达到8万吨一10万吨，意味着氧化钕的市场需求量增加2倍一3倍。随着稀土功能材料应用的发展，稀土发光材料、磁性材料的需求量将快速增长，钕以后的重稀土的用量也将快速增长，这样发展下去，必将使目前国内本已发展不平衡的稀土市场更加雪上加霜，出现钕以前的轻稀土产品大量积压的严重局面。而 包头矿中90％以上是轻稀土，CeO2占稀土总量的50％，因此使CeO2得到充分的利用是目前稀土研究领域的重要课题。氧化铈在玻璃中主要的用途有澄清、脱色、着色和紫外线吸收等，本文主要介绍了氧化铈在这些方面的机理和应用。 1 氧化铈的澄清作用 氧化铈为变价氧化物，在高温下分解放出氧气促进玻璃液中气泡长大，使气泡上升排出玻璃液，可作为高温澄清剂使用，一般使用量为配合料的0．3％一0．5％，超过0．7％会引起气泡。 CeO2不仅有降低玻璃粘度及改善玻璃液的澄清效果，消除气泡的作用，而且制得的玻璃结构紧凑，材料力学性能和耐碱性均有所提高，Sohn等人发现作为助剂的CeO2能显著地降低MgO---AI：0，一SiO2玻璃系统中的粘度，且对玻璃的热扩展系数、力学性能和化学稳定性有一定影响。 2氧化铈的脱色作用 在玻璃生产中，总有少量的铁、钴、镍、铜、铬等进入玻璃熔体中，以铁的影响最大。在可见光范围，Fe2+的着色能力约为Fe3+的10倍。由于国内透明浮法玻璃原料中氧化铁含量在0．07％一0．15％之间，使玻璃呈现不良的黄绿色，并且玻璃的透明度和光泽度较低，为得到更好的玻璃制品，必须对其进行脱色。氧化铈具有氧化性，使铁从二价变为三价态， 2．2氧化铈的复合脱色 因铈作脱色剂有以下缺点：玻璃带有蓝色调的荧光；有曝晒作用，使玻璃转变为黄色调；只能在玻璃中铁含量较低的情况下采取。所以必须添加物理脱色剂。通常是加入硒、钕或锰等化合物，它们在玻璃中都能产生紫或紫红色，正好互补Fe20，的黄绿色。 铈钕硒混合脱色比较稳定，一般不受熔制和退火工艺的影响，且在阳光下色调不会发生变化。因为这个组合当中，由于减少了硒的用量，可以有效防止铈硒脱色在退火中显紫的现象。同时又由于硒能着成紫色，正好与青绿色互补。 脱色剂是CeO2：0．07，氧化钕0．006和氧化镨0．02(每1009玻璃)，对于高质量和高透明的器皿来说，澄清效果很满意，脱色效果也很好。 3 氧化铈的着色作用 同样在玻璃中引入5％TiO2时也是无色的，但两者同时引入时使玻璃着成黄色，俗称铈钛黄。因为氧化钛的引人影响周围离子的电子结构，由此导致着色离子电子层的变化，影响着色。一般在玻璃中应用Ce02与TiO2的比例为1：1至1：3，当CeO2固定时(4％)，随着TiO2含量的增加，光谱吸收截止波长向长波移动。玻璃颜色则向柠檬黄、琥珀色、橙色、暗红色变化。其基础玻璃组成为SiO2：64％，PbO：20％，KO：12．5％，NazO：2％，ZnO：l％。 Sevryuk E B等汹1研究了在聚硅氧烷溶液中进行淬火过程中，冷热交替的情况下，橘黄色和绿色抗热玻璃的光谱特性，橘黄色玻璃的组成是SiO：一B203一BaO---A1203一Na20一K20，其中着色剂是Ce02和TiO2，随着淬火温度的升高，着色强度增强。如与不同的其他色素配合，可得到绿、琥珀、灰等颜色。 单一铈钛组合着色，CeO2与TiO2的比例以3：4为宜；进一步同其它过渡金属离子组合时，则以2：4即可达到良好的效果。铈钛黄分别引入MnO2、NiO、CuO、CoO时可获得琥珀色、茶青色、蓝绿色以及绿色系列的合成色。 4、 氧化铈在玻璃中的紫外线吸收作用 传统的具有防紫外线辐射功能的无色透明玻璃一般采用在钠钙硅玻璃中加入二氧化铈作为紫外线吸收剂，添加量控制在0．2％-0．5％(质量分数)之间。 徐国平、李志进等Ⅲ1发明了一种高可见光透过率和低紫外线透过率的平板玻璃，它是在普通浮法玻璃的基础上加入重量百分比为0．7％一1．2％的铁(以Fe：03计)、0．8％一1．5％铈(以Ce02计)、0---0．6％的钛(以Ti02计)和2×10一一15×10"的钴(以C030。计)，所溶制出的厚度为4mm玻璃的可见光透过率大于70％，而紫外线透过率小于10％。 5 结语 1．氧化铈在玻璃中可作高温澄清剂，可以降低玻璃的粘度及改善玻璃液澄清效果，其用量一般为配合料的0．3％一0．5％，含量过多容易引起"满天星"的现象，所以常与Sb203、Na：SO。、NaN03等澄清剂组合构成复合澄清剂使用，澄清效果较好。 2．单一的氧化铈作脱色剂使玻璃带有蓝色调的荧光，暴晒时使玻璃转变为黄色调，只能在玻璃中铁含量较低的情况下使用，所以必须与钕、硒、钴、砷及锑等混合使用效果较好。 3．单一的氧化铈在玻璃中着色能力很弱，只相当CoO的1／50，常与Ti02组合使用，随着Ti02含量的增加，玻璃的颜色则向柠檬黄琥珀色橙色暗红色变化。铈钛黄分别引入Mn02、NiO、CuO、CoO时可获得琥珀色、茶青色、蓝绿色以及绿色系列的合成色。 4．二氧化铈加入玻璃中对紫外线的吸收效果非常明显，一般添加量控制在0．2％一0．5％(质量分数)重量百分比之间，铈在玻璃中主要Ce4+、Ce3+的形式存在，他们对紫外线波段的光都有很强的吸收作用，是防紫外线玻璃的最佳添加剂。