CN102173589A - 一种利用熔体冷却自发析晶的透明微晶玻璃 - Google Patents

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Abstract

一种利用熔体冷却过程中自发析晶制备透明微晶玻璃的方法，属于玻璃新材料领域。玻璃材料组成为SiO2-Al2O3-P2O5-Na2O-MgO-CaO。制备方法包括原料混和制成均匀的配合料，将配合料在1480～1510℃熔融保温3小时后，将均化的玻璃熔体浇铸在25℃的钢板上，在空气中自然冷却即成透明微晶玻璃材料。本发明的制造方法，通过调整系统组成，熔体冷却过程中可以析出NaCaPO4或Na2MgSiO4晶体，而且晶体尺寸小于300nm，在可见光600～780nm范围的透过率大于90％。该微晶玻璃不需要对成型后的玻璃制品再进行热处理的步骤，可以有效节约能源，是一类具有广泛应用前景的实用微晶玻璃新材料。

Description

一种利用熔体冷却自发析晶的透明微晶玻璃
技术领域
本发明涉及一种利用熔体冷却过程中自发析晶制备透明微晶玻璃的方法，属于玻璃新材料领域。
背景技术
微晶玻璃是由晶相和玻璃相组成的一种复合材料，与母相玻璃相比，微晶玻璃在力学和热学等方面都有较大提高。其中透明微晶玻璃由于其良好的透光性能广泛应用于炊具、陀螺仪、平板显示器和激光增益介质材料等。一般来说，透明微晶玻璃的制造通常包括两个步骤，先是将均化的玻璃熔体通过各种成型方法得到母相玻璃，然后再经热处理使母相玻璃析晶而制得透明微晶玻璃(参见文献：Scheidler H.Li2O-Al2O3-SiO2 Glass-Ceramics.Am.Ceram.Soc.Bull.，1989，68(11)：1926)。利用熔融冷却法制备母相玻璃时要求尽量防止析晶现象的发生，因为一旦玻璃熔体发生析晶会导致粘度迅速增大，给成型过程带来困难。玻璃成型的最佳粘度随制品的种类而不同，大致在101.5～103.0Pa·S之间。在玻璃熔体冷却过程中，如果析晶现象出现在成型温度以下，也就是说熔体析晶时的粘度大于成型操作所对应的粘度，则玻璃制品的成型就不会受到影响。另外如果析晶程度和晶体类型能够通过调节系统的组成进行控制，则成型后的热处理过程就可以省却了，从而达到节约能源及保护环境的目的。乳浊玻璃就是利用这一特点制备的(参见专利：Borrelli N F.Fast response photosensitive opal glasses.U.S.Patent4,979,975，(1990))，但是这种乳浊玻璃析出的晶体的折射率与母相玻璃的相差较大，容易造成强烈的光散射，因此是不透明的。到目前为止，还未见利用玻璃熔体冷却过程中自发析晶制备透明微晶玻璃的报道。
发明内容
本发明就是针对上述问题提供一种利用玻璃熔体冷却时自发析晶获得透明微晶玻璃的制备方法。这种方法省却了制品成型后的热处理过程，原材料易得而且制备方法简单。
一种自发析晶透明微晶玻璃，其微晶玻璃材料组成为SiO2-Al2O3-P2O5-Na2O-MgO-CaO。具体组成质量百分数为：SiO2：(57.64～58.98)，Al2O3：(4.18～4.22)，P2O5：(7.0～9.31)，Na2O：(18.29～18.48)，MgO：(7.96～10.68)，CaO：(0～3.69)。玻璃熔化温度为1480～1510℃，保温3个小时，将均化的玻璃熔体浇铸在25℃的钢板上，在空气中自然冷却。
本发明的制造方法，利用玻璃熔体冷却过程时自发析晶而获得透明微晶玻璃。在玻璃熔体冷却过程中，由旋转法测得粘度为103.0Pa·S时仍没有出现析晶现象，能够满足玻璃制品各种成型的需要。通过调整系统组成，熔体冷却过程中可以析出NaCaPO4或Na2MgSiO4晶体，而且晶体尺寸小于300nm，在可见光600～780nm范围的透过率大于90％。该微晶玻璃不需要对成型后的玻璃制品再进行热处理的步骤，可以有效节约能源，是一类具有广泛应用前景的实用微晶玻璃新材料。
附图说明
图1是实施例1中透明微晶玻璃的X射线粉末衍射图谱。
图2是实施例2中透明微晶玻璃的X射线粉末衍射图谱。
图3是实施例3中透明微晶玻璃的X射线粉末衍射图谱。
具体实施方式
实施例1：
玻璃组成(wt％)为：
SiO2     Al2O3    P2O5    Na2O     MgO     CaO
58.81    4.19     7.0     18.35    7.96    3.69
以二氧化硅、三氧化二铝、磷酸氢二铵、碳酸钠、氧化镁、碳酸钙为原料，按上述组分称量、混和均匀，然后在1510℃的电炉中保温3小时，将均化的玻璃熔体浇铸在25℃的钢板上，在空气中自然冷却即成淡兰色透明微晶玻璃材料。其密度是2.51g·cm-3，室温至300℃之间的热膨胀系数是97.42×10-7/℃，厚度为3.0mm时在650nm波长处的透过率为90％，析出的晶体是NaCaPO4。
实施例2：
玻璃组成(wt％)为：
SiO2     Al2O3    P2O5    Na2O     MgO
58.98    4.22     7.64    18.48    10.68
以二氧化硅、三氧化二铝、磷酸氢二铵、碳酸钠、氧化镁为原料，按上述组分称量、混和均匀，然后在1500℃的电炉中保温3小时，将均化的玻璃熔体浇铸在25℃的钢板上，在空气中自然冷却即成无色透明微晶玻璃材料。其密度是2.48g·cm-3，室温至300℃之间的热膨胀系数是97.53×10-7/℃，厚度为3.0mm时在650nm波长处的透过率为92％，析出的晶体是Na2MgSiO4。
实施例3：
玻璃组成(wt％)为：
SiO2     Al2O3    P2O5    Na2O     MgO
57.64    4.18     9.31    18.29    10.58
以二氧化硅、三氧化二铝、磷酸氢二铵、碳酸钠、氧化镁为原料，按上述组分称量、混和均匀，然后在1480℃的电炉中保温3小时，将均化的玻璃熔体浇铸在25℃的钢板上，在空气中自然冷却即成无色透明微晶玻璃材料。其密度是2.46g·cm-3，室温至300℃之间的热膨胀系数是96.64×10-7/℃，厚度为3.0mm时在650nm波长处的透过率为93％。析出的晶体是Na2MgSiO4。

Claims (2)

1.一种利用玻璃熔体冷却自发析晶获得透明微晶玻璃材料，其特征在于：玻璃材料组成为SiO2-Al2O3-P2O5-Na2O-MgO-CaO。具体组成质量百分比为：SiO2：(57.64～58.98)，Al2O3：(4.18～4.22)，P2O5：(7.0～9.31)，Na2O：(18.29～18.48)，MgO：(7.96～10.68)，CaO：(0～3.69)。
2.一种利用玻璃熔体冷却自发析晶获得透明微晶玻璃材料，其特征在于：按权利要求1所述配比称取二氧化硅、三氧化二铝、磷酸氢二铵、碳酸钠、氧化镁、碳酸钙等为原料，混合制成均匀的配合料，于1480～1510℃熔融保温3小时后，在25℃的钢板上浇铸成型，在空气中自然冷却，析出NaCaPO4或Na2MgSiO4晶体。
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