摘 要

红色玻璃广泛应用于艺术玻璃、装饰玻璃、高级玻璃器皿、信号灯、激光等各个方面，在人们的日常生活、国家的科学和国防方面产生了重大的影响，紫红玻璃由于其优美的颜色而在市场上广受欢迎。但是，目前市场上的红色玻璃都有着不同的缺点：金红玻璃成本高、着色不稳定，硒红玻璃的原料对环境、人体都有危害。所以，制备出环保型的无铅紫红玻璃刻不容缓。

本文选用NaO-CaO-SiO₂系统为研究对象，添加KMnO₄和Er₂O₃作为玻璃的着色剂，熔制温度为1480℃，退火温度为550℃，采用传统熔融退火工艺制备得到无铅紫红玻璃，并研究了BaO掺量对玻璃光学性能的影响。根据测试样品的尺寸要求，对试样进行切割、打磨、抛光操作，并对其进行力学性能（密度、显微硬度）和光学性能（透过率、折射率、色度）测试。

对测得结果进行分析，可得到一下结论：

1. 随着着色剂KMnO₄含量的增加，玻璃的透过率逐渐减小，折射率和密度增加。当KMnO₄含量为2.5%时，可制得颜色和性能较好的紫红玻璃。
2. 在玻璃组分中添加BaO（2%~8%），可以提高玻璃的透光性能和折射率，从测试结果可以看出，当BaO含量为8%时，玻璃的折射率最高。

关键词：无铅；紫红玻璃；光学性能

Abstract

The red glass was used to art decoration,advanced glassware, signal lamp, laser and so on.It had a very important signification to daily life and science,national defense.Because of it’s beautiful color,the purple glass is very popular in the market.However,the red glass at present market have different disadvantages:high cost and colored instability of the ruby glass,the raw material of the selenium red glass is harmful to environment and human body.Therefore, the preparation of environmentally friendly lead-free glass is a task which brooks no delay.

In this paper ,NaO-CaO-SiO₂ glass system was chosen doped with the KMnO₄ and Er₂O₃ as the colored dosage, and the melting temperature was at 1480 ℃, the annealing temperature was at 550 ℃, lead-free purple glass was prepared by conventional melt annealing process, and we also studied the influence of BaO content on the optical properties of glass.The glass was cut ground and polished according to the requirements of the test sample size.and mechanical properties (density, hardness) and optical properties (through rate, refractive index, color) of the glass were tested.

We can obtain the following conclusions from the experimental data:

(1) With the increase of colorant KMnO₄ content, glass transmittance decreases, the refractive index and density increase. When the KMnO₄ content is 2.5%,we can obtain the purple glass with good color and performance.

(2) Adding the BaO(2%~8%) in the glass composition can improve the transmittance and refractive index of the glass,and when the content of BaO is 8%, the refractive index of the glass is the highest.

Key Words: Lead-free; purple glass; optical properties

目 录

第1章 绪论

1.1引言

1.2物质的颜色

1.2.1影响物质颜色的因素

1.2.2玻璃结构和光吸收性

1.3颜色玻璃

1.3.1颜色玻璃的分类

1.3.2颜色玻璃的着色机理

1.3.3颜色玻璃的国内外研究现状

1.4无铅玻璃的发展与应用

1.4.1含铅玻璃的危害

1.4.2无铅玻璃的发展

1.5研究目的及内容

1.5.1 研究目的

1.5.2研究内容

第2章 实验与测试

2.1 实验原料与实验仪器设备

2.1.1实验原料

2.1.2实验仪器设备

2.2 实验原理及内容

2.2.1 玻璃的组成

2.2.2 玻璃熔制的温度制度

2.2.3 玻璃的制备流程

2.3 玻璃的性能测试

2.3.1玻璃透过率的测定

2.3.2玻璃密度的测定

2.3.3 玻璃显微硬度的测定

2.3.4 玻璃折射率的测定

2.3.5玻璃色度的测定

第3章 实验结果分析

3.1紫红玻璃的密度测试分析

3.2 紫红玻璃的透过率测试分析

3.3紫红玻璃的折射率测试分析

3.4 紫红玻璃的显微硬度测试分析

3.5 紫红玻璃的色度测试分析

第4章 结论

参考文献

致 谢

第1章 绪论

1.1引言

玻璃是呈现玻璃转变现象的非晶态固体，将玻璃着色剂添加到玻璃配合料中，通过传统熔融退火工艺即可制备成五颜六色的的颜色玻璃。玻璃之所以会显示颜色，是因为它对光产生了吸收和散射。随着人民生活水平的提高，彩色玻璃也越来越受到人们的重视，并且广泛应用于玻璃艺术品、装饰玻璃、滤光片用玻璃、信号、激光和荧光等方面^[1]。近年来，随着科技的发展，颜色玻璃在一些高技术领域中也得到很多应用，如用作雷达隔离器、激光滤光片等器件，它不仅对人们的日常生活、工农业生产作用重大，而且对科学文化和国防建设等方面也意义重大^[2-3]。

颜色色玻璃品种十分多，根据其添加的着色剂的机理不同，颜色玻璃基本上可分为离子着色、金属胶体着色和硫、硒化合物着色三类。由于人们的生活习惯、爱好和地区的不同，人们对颜色玻璃的喜爱是多样的，如一些人喜欢鲜艳的大红大绿，有的人喜欢朴素的淡蓝、淡绿，而另一些人则喜欢优雅的中间色彩——紫红色、玫瑰红等。 因此在颜色玻璃的生产中，除使用单一的着色元素外，通常还采用2种或2种以上的着色元素进行混合着色，而制得不同系列的颜色玻璃^[4]。紫红色是优雅、美丽、高贵的象征，它的应用范围十分广泛，除常常应用于高级工艺品领域外，它还在高级器皿玻璃、装饰及艺术玻璃等方面有着极大的需求^[5]。

红色玻璃有着红宝石般的外形，由于其吸引眼球的外形和鲜艳的颜色，它在玻璃行业中广受欢迎。紫红玻璃是红色玻璃的一种，目前市场上的红色玻璃有：硒镉红玻璃、铜红玻璃、金红玻璃、钕红玻璃、铒红玻璃、锑红玻璃。从目前的研究成果看，应用范围最宽、生产技术最熟练、生产最稳定的是硒镉红玻璃。硒镉红玻璃固然拥有亮丽、鲜艳的颜色，但是由于玻璃配合料中含有镉，根据欧盟各国颁布的电器与电子设备废弃物处理法，含Pb、Gd、Hg、Tl的材料已于2008年被严禁使用。而铅、镉、汞和铋等元素也于2006年1月1日被我国列入重污染元素的名单中^[6]。因此，含有这些元素的颜色玻璃已经在使用中受到限制。

1.2物质的颜色

颜色的产生是物质和光作用的结果。众所周知，光在介质中的传播速度与波长有关，波长不一样，光在介质中的传播速度也会有很大的差别，所以当一束白光照射到棱镜之后，其前进方向就会被改变，从而折射出一条红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七彩光带。雨后天空之所以会出现彩虹，是因为太阳光被空中的水汽分解成七色光。这个现象证明了：太阳光是由波长不同的光所构成的。当一个不透明物体被一束白色的光照射时，它不仅会吸收光的一部分，而且表面会反射光的一部分，从而会表现为各种各样不同的颜色^[7]。