CN102838278A - 一种负热膨胀微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于制造精密光学器件的负热膨胀微晶玻璃及其制备方法，该微晶玻璃组成为：50-70%的SiO₂；15-30%的Al₂O₃；2-10%的Li₂O；0-9%的B₂O₃；0-5%的R₂O，其中R₂O可为Li₂O、Na₂O、K₂O；0-10%的RO，其中RO可为MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO。制备方法是：首先称量所需原料的重量，然后放入搅拌器内充分搅拌；再投入熔融炉内，加热超过1400℃并保持24h以上，将固态玻璃原料溶解为高温玻璃原液，将原液通过浮法或者压型法制成玻璃原片；将玻璃原片放入高温炉里进行热处理，热处理结束后即可在玻璃原片中生成均一的负膨胀β-石英固溶体微晶，获得符合要求的微晶玻璃。

Description

一种负热膨胀微晶玻璃及其制备方法

 

技术领域

本发明涉及一种负热热膨胀微晶玻璃及其制备方法，负热膨胀微晶玻璃是指在一定的温度范围内其线膨胀系数(αT ) 或体膨胀系数(βT ) 为负值的微晶玻璃。根据其特性可用于航空航天、光电子等高科技领域,制造精密光学器件等,具有广阔的应用前景.

背景技术

微晶玻璃是化学成份和熔化要求很高的特定组成玻璃，在一定温度下经热处理后变成有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料，也称作陶瓷玻璃。微晶玻璃中的玻璃相与结晶相两者的分布状况随其比例而变化，当玻璃相占的比例大时，玻璃相为连续的基体，晶相孤立地均匀地分布在其中；如玻璃相较少时，玻璃相分散在晶体网架之间，呈连续网状；若玻璃相数量很低，则玻璃相以薄膜状态分布在晶体之间。微晶玻璃具有低膨胀系数、机械强度高、化学稳定性及热稳定性好、使用温度高及坚硬耐磨等优良性能。

国内外很多机构和企业对负热膨胀微晶玻璃的组成、结构、性能、研究状况及其发展也做了较多研究，但由于组成复杂、熔制温度高、熔制工艺条件较为苛刻、而且对于大尺寸的整体晶化控制较为困难，所以制备超低膨胀微晶玻璃的难度较大。

到目前为止，对于微晶玻璃的应用，国内很多企业只局限在建筑材料、微波炉材料等低端产品。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种耐热冲击温度高、熔融温度低、抗压强度高、可见光透射率高的微晶玻璃的配备方法，用该方法制备的微晶玻璃可用于航空航天、光电子等高科技领域,用于制造精密光学器件。

一种负热膨胀微晶玻璃，其特征在于，包括以下成分及含量：50-70wt%的SiO₂；15-30wt%的 Al₂O₃；2-10wt% 的Li₂O；0-9wt%的B₂O₃；0-5wt%的R₂O，其中R₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或几种；0-10wt%的RO，其中RO为MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO中的一种或几种。

2、一种权利要求1所述负热膨胀微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）原料制备：按上述比例称量所需原料的重量，然后放入搅拌器内充分搅拌混合后作为固态玻璃原料；

2）原料熔融：将配制好的固态玻璃原料投入熔融炉内，加热使熔融炉内的温度超过1400℃并保持24h以上，将固态玻璃原料溶解为高温玻璃原液，同时除去固态玻璃原料溶解时产生的气泡和异物；

3）玻璃成型：将熔融好的高温玻璃原液通过浮法或者压型法制成玻璃原片；

4）热处理：将玻璃原片放入高温炉里进行热处理，热处理结束后即可在玻璃原片中生成均一的负膨胀β-石英固溶体微晶，获得符合要求的微晶玻璃。

本发明的有益效果：

1、负热膨胀微晶玻璃利用其负膨胀性可以生产出可控热膨胀材料，最大限度的减少高温材料的内应力，增加材料的抗热冲击和机械强度，改善了电绝缘性能，使得介电常数，耐磨、耐腐蚀等特性。

2、通过晶化热处理，可以彻底消除气泡、条纹等问题。

3、降低了熔融温度，节约了生产时间，降低了生产成本。

4、负热膨胀微晶玻璃的系数在 800-900°C的范围内，抗弯强度为180MPA,光谱透过率95%以上，热膨胀系数为  -3*10^-8  ，镀膜后微晶玻璃表面和膜层结合牢固，增加其硬度及抗磨性能。完全可以满足航空航天、光电子等高科技领域,精密机械、光学和电子器件等。

具体实施方式

负热膨胀微晶玻璃原料配方，按照以下百分比组成：56%的SiO₂、19%的Al₂O₃、8% 的Li₂O、3%的B₂O₃、3%的Na₂O和K₂O的混合物、3%的MgO和CaO的混合物以及1.5% 的TiO₂、1%的ZrO₂、2.5%的P₂O₅和1%的F。然后将其全部放入V型搅拌器充分搅拌混合后作为固态玻璃原料；接着将配制好的固态玻璃原料投入电炉或坩埚炉内，加热使炉内的温度超过1400℃并保持24h以上，即可将固态玻璃原料溶解为高温玻璃原液，同时除去固态玻璃原料溶解时产生的气泡和异物；然后将熔融好的高温玻璃原液通过浮法或者压型法制成玻璃原片；最后将制得的玻璃原片放入高温炉内进行热处理，该热处理过程包括微晶核析出和微晶成长两个阶段，其中微晶核析出阶段中，使高温炉内的温度保持在600℃，并持续2.5h使玻璃原片中产生尽可能多微晶核，接着将高温炉内的温度升高到750℃进入到微晶成长阶段并持续1.5h，即可在玻璃原片中生成均一的负膨胀β-石英固溶体微晶，获得符合要求的微晶玻璃，在此阶段玻璃原片则将由基础玻璃转化为以微晶结构为主的微晶玻璃，其内含有β-石英固溶体的成分为Li₂O-Al₂O₃-2SiO₂。

    本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种负热膨胀微晶玻璃，其特征在于，包括以下成分及含量：50-70wt%的SiO₂；15-30wt%的 Al₂O₃；2-10wt% 的Li₂O；0-9wt%的B₂O₃；0-5wt%的R₂O，其中R₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或几种；0-10wt%的RO，其中RO为MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO中的一种或几种。

2.一种权利要求1所述负热膨胀微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）原料制备：按上述比例称量所需原料的重量，然后放入搅拌器内充分搅拌混合后作为固态玻璃原料；

2）原料熔融：将配制好的固态玻璃原料投入熔融炉内，加热使熔融炉内的温度超过1400℃并保持24h以上，将固态玻璃原料溶解为高温玻璃原液，同时除去固态玻璃原料溶解时产生的气泡和异物；

3）玻璃成型：将熔融好的高温玻璃原液通过浮法或者压型法制成玻璃原片；

4）热处理：将玻璃原片放入高温炉里进行热处理，热处理结束后即可在玻璃原片中生成均一的负膨胀β-石英固溶体微晶，获得符合要求的微晶玻璃。