CN103663967B - 一种玉石状微晶玻璃的制备方法 - Google Patents

一种玉石状微晶玻璃的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种玉石状微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：1）将原料称重后混合获得基础料；2）将步骤1）中得到的基础料在1400℃～1500℃下熔化12h～16h，澄清后获得玻璃液；3）将步骤2）中的玻璃液制成直径为2mm～5mm的半成品颗粒后放入模具中；4）将步骤3）中装有半成品颗粒的模具经过8h～12h升温至1000℃～1080℃后保温2h～4h，降温至800℃～860℃后保温2h～4h进行晶化处理，再进行匀速退火即制得玉石状微晶玻璃。本发明提供的方法步骤简单，可制得具有天然玉石纹理，呈现半透明玉质状，具有天然玉石的润泽度和蜡质感的玉石状微晶玻璃；制得的玉石状微晶玻璃韧性好、强度高，可切削雕刻，应用于室内外装饰，工艺品、家具、器皿制作等。

Description

一种玉石状微晶玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃-陶瓷领域，特别涉及一种玉石状微晶玻璃的制备方法。
背景技术
随着我国国民经济稳定持续发展，人们生活水平随之提高，对高档建材的需求日益扩大，特别是对无辐射高档石材的替代产品需求更为迫切，但国内的高档石材的替代产品脆性大，不容易加工成型，导致很多高档石材需要从国外进口，成本大为提升。
微晶玻璃又称为陶瓷玻璃，具有玻璃和陶瓷的双重特性，微晶玻璃由晶体组成，其原子排列有规律，因此，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，而又比玻璃韧性强。微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优于天然石材和陶瓷，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等，成为理想的高档石材的替代产品。
目前成熟的微晶玻璃的生产方法制得的微晶玻璃均存在着色调单一、没有纹理；表面气孔率高、耐用性差；脆性大、不容易加工成型等缺点，导致微晶玻璃利用空间小，市场占有率低，严重抑制了微晶玻璃产业的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种韧性好、强度高的玉石状微晶玻璃的玉石状微晶玻璃的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的玉石状微晶玻璃的制备方法包括如下步骤：
1）将原料称重后混合获得基础料；
2）将步骤1）中得到的基础料在1400℃～1500℃下熔化12h～16h，澄清后获得玻璃液，所述基础料在上述温度下熔化可有效保证充分溶化，降低玻璃液中的气泡率，从而降低玉石状微晶玻璃的表面气孔率；
3）将步骤2）中的玻璃液制成直径为2mm～5mm的半成品颗粒后放入模具中，模具中的半成品颗粒间有大量的空隙，在后续的热处理过程中通过表面析晶，有利于制得韧性高的玉石状微晶玻璃；
4）将步骤3）中装有半成品颗粒的模具经过8h～12h升温至1000℃～1080℃后保温2h～4h，降温至800℃～860℃后保温2h～4h进行晶化处理，再进行匀速退火即制得玉石状微晶玻璃，经过上述热处理后能进一步减少玉石状微晶玻璃的表面气孔率，有效提高玉石状微晶玻璃的韧性和强度，增强加工成型性能。本发明制得的玉石状微晶玻璃的主要晶相为Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4，这种晶相呈板条状，大大提高了玉石状微晶玻璃的韧性及抗折抗压强度，且易于加工切割。
优选地，所述玉石状微晶玻璃按重量百分比计包括如下成分：二氧化硅50%～70%，氧化铝0～5%，氧化钙15%～25%，氧化硼1%～2%，氧化钾5%～10%，氧化锌0～4%，氟2%～5%，余量为氧化钠。
本发明制得的玉石状微晶玻璃的各成分按重量百分比计限定如下：
二氧化硅赋予微晶玻璃良好的化学稳定性和热稳定性，能提高微晶玻璃的强度，降低微晶玻璃的膨胀系数，但随着含量增大，会导致玻璃液的粘度增大，微晶玻璃的熔制温度升高，因此二氧化硅的含量设定为：二氧化硅50%～70%。
氧化铝能够降低微晶玻璃的析晶倾向，提高化学稳定性和机械强度及硬度，改善热稳定性，降低电绝缘性，但随着氧化铝含量的提升，会导致微晶玻璃表面产生条纹，并会提高玻璃液的粘度，使熔化和澄清发生困难，反而增加析晶倾向，因此氧化铝的含量设定为：氧化铝0～5%。
氧化钙能降低玻璃液的高温粘度，促进玻璃液的熔化和澄清，增加微晶玻璃的化学稳定性、机械强度和硬度，因此氧化钙的含量设定为：氧化钙15%～25%。
氧化硼能降低微晶玻璃的热膨胀系数，提高热稳定性，以及降温玻璃液的高温黏度，因此氧化硼的含量设定为：氧化硼1%～2%。
氧化钾为良好的助溶剂，能提高微晶玻璃的光泽度，促进玻璃液的熔化和澄清，还能降低玻璃液的粘度，因此氧化钾的含量设定为：氧化钾5%～10%。
氧化锌能提高微晶玻璃的化学稳定性，降低微晶玻璃的热膨胀系数，但随着氧化锌含量的增加，会增大微晶玻璃析晶倾向，因此氧化锌的含量设定为：氧化锌0～4%。
氟是一种优良的乳浊剂，氟含量过高时微晶玻璃的化学稳定性降低，易失透，因此氟的含量设定为：氟2%～5%。
氧化钠能降低玻璃液的粘度，促进玻璃液的熔化和澄清，因此微晶玻璃剩余的成分设定为氧化钠。
更优选地，所述步骤1）中选择石英砂、萤石、氧化铝、方解石、纯碱、碳酸钾、硝酸钠、硼酸、氧化锌中的一种或多种作为原料提供玉石状微晶玻璃的成分组成。
优选地，所述步骤3）中的模具为莫来石材质，这主要是因为莫来石耐高温，耐急冷急热性能好，且易于加工成不同形状的模具。
优选地，所述步骤3）中将直径为5mm～20mm的色料颗粒和半成品颗粒混合均匀后一起放入模具中，可制得不同颜色的玉石状微晶玻璃。
本发明提供的方法步骤简单，可制得具有天然玉石纹理，呈现半透明玉质状，具有天然玉石的润泽度和蜡质感的玉石状微晶玻璃；制得的玉石状微晶玻璃韧性好、强度高，可切削雕刻，应用于室内外装饰，工艺品、家具、器皿制作等。
具体实施方式
为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明实施例中所使用的原料为购买得到的矿物原料和化工原料，允许有微量不可避免的杂质；基础料熔化使用高温熔化炉；晶化处理过程在隧道窑或梭式窑中进行。
实施例1
选用石英砂58份、萤石7份、氧化铝2份、方解石15份、纯碱8份、碳酸钾5份、硝酸钠2份、硼酸3份、氧化锌2份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1400℃下熔化16h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液通过滴料工艺制成直径为2mm～5mm的半成品颗粒后放入莫来石模具中；将装有半成品颗粒的莫来石模具经过8h匀速升温至1000℃后保温4h，再通过排烟风机降温至800℃保温4h进行晶化处理，形成其主要晶相为硅碱钙石（Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4）的玉石状微晶玻璃。
本实施例制得的玉石状微晶玻璃的体积密度为2.6g/cm3，抗折强度为68MPa，抗压强度为650MPa，莫氏硬度为6.7，冲击韧性为5.4kj/cm3，可见光透过率为40%，具有天然玉石纹理，呈现半透明玉质状，具有天然玉石的润泽度和蜡质感。
实施例2
选用石英砂55份、萤石6份、钾长石10份、方解石14份、纯碱7份、碳酸钾4份、硝酸钠2份、硼酸3份、氧化锌4份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1440℃下熔化14h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液通过滴料工艺制成直径为2mm～5mm的半成品颗粒后放入莫来石模具中；将装有半成品颗粒的莫来石模具经过12h匀速升温至1020℃后保温3h，再通过排烟风机降温至820℃保温3h进行晶化处理，形成其主要晶相为硅碱钙石（Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4）的玉石状微晶玻璃。
本实施例制得的玉石状微晶玻璃的体积密度为2.7g/cm3，抗折强度为70MPa，抗压强度为620MPa，莫氏硬度为6.8，冲击韧性为5.4kj/cm3，可见光透过率为35%，具有天然玉石纹理，呈现半透明玉质状，具有天然玉石的润泽度和蜡质感。
实施例3
选用石英砂60份、萤石4份、氧化铝4份、方解石15份、纯碱8份、碳酸钾5份、硝酸钠2份、硼酸4份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1450℃下熔化14h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液通过滴料工艺制成直径为2mm～5mm的半成品颗粒后放入莫来石模具中；将装有半成品颗粒的莫来石模具经过10h匀速升温至1040℃后保温2h，再通过排烟风机降温至840℃保温2h进行晶化处理，形成其主要晶相为硅碱钙石（Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4）的玉石状微晶玻璃。
本实施例制得的玉石状微晶玻璃的体积密度为2.65g/cm3，抗折强度为72MPa，抗压强度为700MPa，莫氏硬度为7.0，冲击韧性为5.2kj/cm3，可见光透过率为40%，具有天然玉石纹理，呈现半透明玉质状，具有天然玉石的润泽度和蜡质感。
实施例4
选用石英砂52份、萤石8份、钾长石10份、方解石13份、纯碱8份、硝酸钠2份、硼酸3份、氧化锌4份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1480℃下熔化12h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液通过滴料工艺制成直径为2mm～5mm的半成品颗粒后放入莫来石模具中；将装有半成品颗粒的莫来石模具经过10h匀速升温至1060℃后保温3h，再通过排烟风机降温至860℃保温2h进行晶化处理，形成其主要晶相为硅碱钙石（Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4）的玉石状微晶玻璃。
本实施例制得的玉石状微晶玻璃的体积密度为2.8g/cm3，抗折强度为80MPa，抗压强度为750MPa，莫氏硬度为7.5，冲击韧性为5.6kj/cm3，可见光透过率为30%，具有天然玉石纹理，呈现半透明玉质状，具有天然玉石的润泽度和蜡质感。
实施例5
选用石英砂62份、萤石8、氧化铝5份、方解石15份、纯碱6份、碳酸钾10份、硝酸钠2份、硼酸4份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1500℃下熔化12h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液通过滴料工艺制成直径为2mm～5mm的半成品颗粒后放入莫来石模具中；将装有半成品颗粒的莫来石模具经过8h匀速升温至1080℃后保温2h，再通过排烟风机降温至830℃保温3h进行晶化处理，形成其主要晶相为硅碱钙石（Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4）的玉石状微晶玻璃。
本实施例制得的玉石状微晶玻璃的体积密度为2.9g/cm3，抗折强度为80MPa，抗压强度为800MPa，莫氏硬度为7.5，冲击韧性为5.4kj/cm3，可见光透过率为35%，具有天然玉石纹理，呈现半透明玉质状，具有天然玉石的润泽度和蜡质感。
虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受所附权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (1)

1.一种玉石状微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选用石英砂52份、萤石8份、钾长石10份、方解石13份、纯碱8份、硝酸钠2份、硼酸3份、氧化锌4份为原料，混合后获得基础料；
2)将基础料在1480℃下熔化12h，澄清后获得玻璃液；
3)将玻璃液通过滴料工艺制成直径为2mm～5mm的半成品颗粒后放入莫来石模具中；
4)将装有半成品颗粒的莫来石模具经过10h匀速升温至1060℃后保温3h，再通过排烟风机降温至860℃保温2h进行晶化处理，再进行匀速退火即制得玉石状微晶玻璃。
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