CN101805128A - 一种玉石型微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玉石型微晶玻璃及其制备方法。该玉石型微晶玻璃包含主晶相，还可以包含次晶相，该次晶相的最大晶粒尺寸等于或小于可见光波长，该玉石型微晶玻璃中含有下述重量含量的成分：SiO2：45.0-75.0％，Al2O3：1.0-25.0％，碱土金属氧化物：0-20.0％，碱金属氧化物：3.0-15.0％，TiO2：0～4.0％，ZrO2：0～2.5％，F：0-8.0％，其余为助熔剂和澄清剂。该玉石型微晶玻璃的制备方法是将主要原料和辅助原料混合均匀后经高温熔化形成玻璃液，然后将玻璃液冷却成型后进行热处理，使其内部形成有利于可见光部分透过的组织结构，热处理后微晶玻璃呈半透明蜡脂状，成为玉石型微晶玻璃。该微晶玻璃质感细腻、晶莹剔透，可广泛用作装饰板，也可雕刻成工艺品、制备成餐具和卫生洁具。

Description

一种玉石型微晶玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种微晶玻璃及其制备方法，尤其涉及一种玉石型微晶玻璃及其制备方法，属于玻璃陶瓷技术领域。
背景技术
目前用作装饰材料的微晶玻璃大多采用微珠烧结法来生产，其晶体结构主要为硅灰石相。这种微晶玻璃的不足之处在于：(1)材料中硅灰石相的晶粒尺寸较大，没有玉质感；(2)材料脆性较大，切削打孔时易崩边，贴墙干挂打孔时有一定的困难。另外，目前还出现了一些用压延法和浮法生产的乳白色或黑色的玻璃，它们属于乳浊玻璃的范畴，其中晶相所占的比例较小，玻璃相较多，在切削加工过程中易出现崩边、碎裂等现象。
发明内容
针对现有的微晶玻璃存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种玉石型微晶玻璃，这种微晶玻璃具有蜡脂状质感、切削性能优异、能够雕刻。
本发明的另一目的在于提供一种玉石型微晶玻璃的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种玉石型微晶玻璃，该微晶玻璃包含主晶相，该主晶相为枪晶石、黄长石、霞石、透辉石和β-石英中的一种或一种以上。
本发明的玉石型微晶玻璃还包含次晶相，该次晶相为硅灰石和锂辉石中的一种或两种，该次晶相的最大晶粒尺寸等于或小于可见光波长。
本发明的玉石型微晶玻璃，由下述重量含量的成分组成：SiO2：45.0-75.0％，Al2O3：1.0-25.0％，碱土金属氧化物：0-20.0％，碱金属氧化物：3.0-15.0％，TiO2：0～4.0％，ZrO2：0～2.5％，F：0-8.0％，其余为助熔剂和澄清剂。
本发明的玉石型微晶玻璃优选主晶相为钠霞石，该微晶玻璃由下述重量含量的成分组成：SiO2：60.0～75.0％，Al2O3：15.0～25.0％，(Na2O+K2O)：10.0～20.0％，碱土金属氧化物：0～5.0％，其余为助熔剂和澄清剂。
本发明的玉石型微晶玻璃优选主晶相为枪晶石和黄长石，次晶相为硅灰石，该微晶玻璃由下述重量含量的成分组成：SiO2：45.0-65.0％，Al2O3：1.0-8.0％，MgO：0-18.0％，CaO：8.0-20.0％，(K2O+Na2O)：10.0-15.0％，F：4.0-8.0％，其余为助熔剂和澄清剂。
本发明的玉石型微晶玻璃优选主晶相为β-石英，次晶相为锂辉石，该微晶玻璃由下述重量含量的成分组成：SiO2：60.0～65.0％，Al2O3：20.0～24.0％，MgO：0.5～4.0％，LiO：3.5～4.5％，TiO2：2.0～4.0％，ZrO2：1.0～2.5％，ZnO：0～3.0％，F：0～3.0％，其余为助熔剂和澄清剂。
本发明中对助熔剂和澄清剂没有特别的限制，一般常规的助熔剂和澄清剂均可应用到本发明中。
本发明的玉石型微晶玻璃的可见光透过率取决主晶相与次晶相的晶粒尺寸，以及主晶相的晶体结构。当主晶相、次晶相的晶粒尺寸均小于或等于可见光波长时，晶粒尺寸是影响微晶玻璃可见光透过率的主要因素，其可见光透过率约为70-95％；当主晶相的晶粒尺寸大于可见光波长，而次晶相的晶粒尺寸小于或等于可见光波长时，主晶相的晶体结构是影响微晶玻璃可见光透过率的主要因素，微晶玻璃的可见光透过率为40-50％；当主晶相、次晶相的晶粒尺寸均大于可见光波长时，主晶相的晶粒尺寸是影响微晶玻璃可见光透过率的主要因素，即可见光可以从晶体内部通过，此时微晶玻璃的可见光透过率为25-45％。
一种玉石型微晶玻璃的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)根据微晶玻璃中所含晶相的类型，设计基本化学成分；
(2)选料：根据步骤(1)中设计的基本化学成分选择原料；
(3)配料：按照步骤(1)中设计的基本化学成分的含量，精确称取所需原料，粉碎后混合均匀，并加入助熔剂和澄清剂。
(4)熔化：将混合好的原料分批加入到熔窑中，在1300-1600℃熔化1.0-8.0h，控制熔化程度，得到混合料液，然后在1200～1520℃澄清0-5.0h；
(5)成形：将澄清后的混合料液用压延法、平拉法或浮法制成板，或浇注成块，或水淬成微珠；
(6)热处理：将成形的玻璃板、块或微珠加热到600-800℃，核化2.0-8.0h，然后升高温度至700-1150℃，晶化2.0-10.0h，再在100-800℃退火1.0-20.0h，慢冷出炉；
(7)精加工：将热处理后的材料磨抛、切割或雕刻，使产品符合使用尺寸的要求。
其中，步骤(1)中所述的设计基本化学成分是指设计基础玻璃的主要化学成分，不包含由助熔剂和澄清剂带入的化学成分。
其中，步骤(2)中所述原料由主要原料和辅助原料组成，其中，主要原材料占原料总重量的60.0～85.0％，辅助原料占原料总重量的15.0～40.0％。
所述主要原料为石英砂、长石、石灰石、锂辉石、白云石和萤石；或者为粉煤灰、煤矸石、高炉炉渣、磷渣、电石渣、硼泥和尾矿；或者为黄沙或黄土。
所述的辅助原料为纯碱、碳酸钾、碳酸钡、硼酸、氧化锌、氧化钛、氧化锆和氧化铈。
本发明的玉石型微晶玻璃在熔化过程中可以将原料分成两批加入熔窑，第一批加入大部分原料，待其完全熔化后，加入剩余的原料，充分搅拌均匀，控制熔化温度、熔化时间，使其不完全熔化，这样可使得玻璃液中含有大量的纳米级未熔化的质点和空穴。
本发明的玉石型微晶玻璃在热处理过程中，对于主晶相如枪晶石、黄长石、霞石、透辉石、β-石英等的晶核，允许它们充分长大；对于次晶相如硅灰石、锂辉石等的晶核，要控制它们长大后的尺寸，将其最大晶粒尺寸控制为小于或等于可见光波长。
主晶相与次晶相的晶核在相同的温度下生长速度不同，选择有利于主晶相晶核快速生长的温度，并在该温度下保温，使主晶相充分生长。相比之下，在该温度下，次晶相晶核的生长速度较慢，控制次晶相晶核的生长，使其最大晶粒尺寸为等于或小于可见光波长。
本发明的优点在于：
(1)本发明的玉石型微晶玻璃，密度为2.0～3.5g/cm3，莫氏硬度为6～8，折射率为1.50～1.75，抗弯强度为45～85MPa，抗压强度为250～400MPa，耐酸性(1％H2SO4)＜0.06％，耐碱性(1％NaOH)＜0.05％。
(2)本发明的玉石型微晶玻璃质感细腻、晶莹剔透，具有优异的可切削加工性，可制成较大的内外墙装饰板材，也可雕刻成不同形状的工艺品，首饰及其它装饰品。还可根据不同的需要，制备不同的颜色和花纹。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
主晶相为枪晶石和黄长石(钙镁黄长石和钙铝黄长石)，次晶相为硅灰石的玉石型微晶玻璃的制备，具体步骤如下：
1、设计其基本化学成分
SiO2：55.0％，Al2O3：4.5％，MgO：8.0％，CaO：12.0％，(K2O+Na2O)：11.5％，F：4.5％，其余为助熔剂、澄清剂。
2、选料
选择含有上述化学成分的原料，可以选取矿物原料，也可选取炉渣、粉煤灰、煤矸石、磷渣、硼泥中的任意一种或一种以上，并确定所选矿物或炉渣、粉煤灰中所含的设计的化学成分的含量。
3、配料
按照设计的化学成分，精确计算所将选取原料的用量，称量出后进行粉碎并混合均匀。
4、熔化
将混合好的原料分批加入到熔化炉中于1480℃熔化2.5h，控制熔化程度使玻璃液中含有大量的纳米级未熔质点和空穴，熔化后在1350℃澄清1.0h。
5、成型
澄清的玻璃液通过压延、平拉和浮法中的任意一种方法制成所需厚度的基础玻璃板材，或将澄清的玻璃液浇注到模具中制成所需形状的玻璃。
6、热处理
将玻璃板或玻璃块在780℃核化4h，860℃晶化4.0h，精确控制硅灰石的晶粒尺寸，将其最大晶粒尺寸控制在可见光波长左右，600℃退火2.0h。最后，微晶玻璃慢冷出炉。
7、切割(包括雕刻)、研磨、抛光。
所得到的玉石型微晶玻璃的密度为2.7g/cm3、莫氏硬度为7、可见光透过率为35％、抗弯强度为97MPa、耐酸性(1％H2SO4)＜0.06％、耐碱性(1％NaOH)＜0.05％。
实施例2
主晶相为β-石英，次晶相为锂辉石微晶玻璃的制备，具体步骤如下：
1、设计其基本化学成分
SiO2：62.5％，Al2O3：20.0％，MgO：1.5％，LiO：4.0％，TiO2：2.0％，ZrO2：1.0％，ZnO：2.0％，F：1.5％。其余为助熔剂，澄清剂。
2、选料
选择适合此化学成分范围内的原料，如石英砂、高岭土、锂辉石、碳酸锂、钛白粉、锆英砂、菱苦土等。
3、配料
按照设计的化学成分，精确计算出所选取原料的用量，粉碎后混合均匀。
4、熔化
将混合好的原料分批加入到熔化炉中于1580℃范围内熔化4.0h，使玻璃液中保留大量的未熔纳米级颗粒和空穴。熔化后进入澄清池于1500℃澄清1.0h。
5、成形
将澄清后的玻璃液送入轧辊中压延成所需厚度的板材或将澄清后的玻璃液浇注到模具中制成所需形状的玻璃块或压制成器皿。
6、热处理
将玻璃板或玻璃块在760℃核化4h，850℃晶化2.0h，600℃退火1.5h，然后慢冷出炉。
7、切割(也可雕刻)、研磨、抛光。
所得到的玉石型微晶玻璃的密度为2.63g/cm3，莫氏硬度7，可见光透过率90％，抗弯强度120MPa，耐酸性(1％H2SO4)＜0.06％，耐碱性(1％NaOH)＜0.05％。
实施例3
主晶相为透辉石、钙镁黄长石，次晶相为硅灰石微晶玻璃的制备，具体步骤如下：
1、设计其基本化学成分
SiO2：45.0％，Al2O3：15.0％，(Na2O+K2O)：15.0％，MgO：10.0％，CaO：8.0％，其余为助熔剂与着色剂。
2、选料
在此化学成分范围内选择恰当的原料，如：长石、高岭土、菱苦土、硼泥等。
3、配料
按照设计的化学成分比例，精确计算所选取的原料的用量，粉碎石混合均匀。
4、熔化
将混合好的原料分批加入到熔化炉中于1540℃熔化2.0h，控制好熔化程度，使玻璃液中含有大量的纳米级熔质点和空穴，然后于1380℃澄清1.0h。
5、成形
将澄清后的玻璃液送入压辊中压延成所需厚度的板材或将澄清后的玻璃液浇注到模具中制成所需形状的玻璃块。
6、热处理
将玻璃板或玻璃块或器皿在800℃核化4h，900℃晶化2.5h，650℃退火2.0h，然后慢冷出炉。
7、切割(也可雕刻)、研磨、抛光。
所得到的玉石型微晶玻璃的密度为2.66g/cm3，莫氏硬度为7，可见光透过率为25％，抗弯强度为85MPa，耐酸性(1％H2SO4)＜0.06％，耐碱性(1％NaOH)＜0.05％。
实施例4
主晶相为钠霞石微晶玻璃的制备，具体步骤如下：
1、设计其基本化学成分
SiO2：68.0％，Al2O3：16.0％，(Na2O+K2O)：10.0％，碱土金属氧化物：3.0％，其余为助熔剂与澄清剂。
2、选料
在设计的化学成分范围内选择合适的原料，如：石英砂、长石、纯碱等。
3、配料
按照设计的化学成分比例，精确计算所选取的原料的用量，粉碎后混合均匀。
4、熔化
将混合好的原料分批加入到熔炉中于1560℃熔化3.5h，玻璃液中保留大量的微小未熔质点，然后进入1480℃的澄清池澄清1.5h。
5、成形
将澄清池中出来的高温玻璃液用压延法或平拉法或浮法制成板，或用微珠烧结法制成板或块。
6、热处理：
将成形的板或块于在760℃核化6h，870℃晶化3.5h，600℃退火2.0h，然后慢冷出炉。对于水淬后的微珠，用微珠烧结法加工，最高烧结温度为1250℃，然后慢冷退火。
7、切割(也可雕刻)，研磨、抛光。
所得到的玉石型微晶玻璃的密度为2.6g/cm3，莫氏硬度为7，可见光透过率为36％，抗弯强度为72MPa，耐酸性(1％H2SO4)＜0.06％，耐碱性(1％NaOH)＜0.05％。

Claims (10)

1.一种玉石型微晶玻璃，该微晶玻璃包含主晶相，其特征在于，该主晶相为枪晶石、黄长石、霞石、透辉石和β-石英中的一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃还包含次晶相，该次晶相为硅灰石和锂辉石中的一种或两种，该次晶相的最大晶粒尺寸等于或小于可见光波长。
3.根据权利要求1所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃由下述重量含量的成分组成：SiO2：45.0-75.0％，Al2O3：1.0-25.0％，碱土金属氧化物：0-20.0％，碱金属氧化物：3.0-15.0％，TiO2：0～4.0％，ZrO2：0～2.5％，F：0-8.0％，其余为助熔剂和澄清剂。
4.根据权利要求1所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中主晶相为钠霞石，该微晶玻璃由下述重量含量的成分组成：SiO2：60.0～75.0％，Al2O3：15.0～25.0％，(Na2O+K2O)：10.0～20.0％，碱土金属氧化物：0～5.0％，其余为助熔剂和澄清剂。
5.根据权利要求2所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中主晶相为枪晶石和黄长石，次晶相为硅灰石，该微晶玻璃由下述重量含量的成分组成：SiO2：45.0-65.0％，Al2O3：1.0-8.0％，MgO：0-18.0％，CaO：8.0-20.0％，(K2O+Na2O)：10.0-15.0％，F：4.0-8.0％，其余为助熔剂和澄清剂。
6.根据权利要求2所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中主晶相为β-石英，次晶相为锂辉石，该微晶玻璃由下述重量含量的成分组成：SiO2：60.0～65.0％，Al2O3：20.0～24.0％，MgO：0.5～4.0％，LiO：3.5～4.5％，TiO2：2.0～4.0％，ZrO2：1.0～2.5％，ZnO：0～3.0％，F：0～3.0％，其余为助熔剂和澄清剂。
7.权利要求3-6中的任一项所述玉石型微晶玻璃的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)根据微晶玻璃中所含晶相的类型，设计基本化学成分；
(2)选料：根据步骤(1)中设计的基本化学成分选择原料；
(3)配料：按照步骤(1)中设计的基本化学成分的含量，精确称取所需原料，粉碎后混合均匀，并加入助熔剂和澄清剂。
(4)熔化：将混合好的原料分批加入到熔窑中，在1300-1600℃熔化1.0-8.0h，控制熔化程度，得到混合料液，然后在1200～1520℃澄清0-5.0h；
(5)成形：将澄清后的混合料液用压延法、平拉法或浮法制成板，或浇注成块，或水淬成微珠；
(6)热处理：将成形的玻璃板、块或微珠加热到600-800℃，核化2.0-8.0h，然后升高温度至700-1150℃，晶化2.0-10.0h，再在100-800℃退火1.0-20.0h，慢冷出炉；
(7)精加工：将热处理后的材料磨抛、切割或雕刻，使产品符合使用尺寸的要求。
8.根据权利要求7所述的玉石型微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的原料由主要原料和辅助原料组成，其中，主要原材料占原料总重量的60.0～85.0％，辅助原料占原料总重量的15.0～40.0％。
9.根据权利要求8所述的玉石型微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述主要原料为石英砂、长石、石灰石、锂辉石、白云石和萤石；或者为粉煤灰、煤矸石、高炉炉渣、磷渣、电石渣、硼泥和尾矿；或者为黄沙或黄土。
10.根据权利要求8所述的玉石型微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述的辅助原料为纯碱、碳酸钾、碳酸钡、硼酸、氧化锌、氧化钛、氧化锆和氧化铈中的一种或一种以上。
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