CN103663974A - 一种压延法制备微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压延法制备微晶玻璃的方法，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1450℃～1500℃下熔化16h～24h，澄清后得到玻璃液；3）将步骤2）中得到的玻璃液在1050℃～1100℃下压延成型，制成厚度为5mm～30mm的半成品板材；4）将步骤3）中得到的半成品板材在650℃～900℃下保温6h～12h进行晶化处理，再进行退火处理即制得微晶玻璃。本发明提供的方法步骤简单，可制得质感细腻、晶莹剔透；韧性好、抗折抗压强度高；易加工切割，和大理石、花岗岩一样可广泛用于室里外装修，还可雕刻、精加工用于家居装饰等的微晶玻璃产品。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃-陶瓷领域，特别涉及一种压延法制备微晶玻璃的方法。
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、微波炉耐热裂器皿、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、强度高的微晶玻璃的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的压延法制备微晶玻璃的方法包括如下步骤：
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1450℃～1500℃下熔化16h～24h，澄清后得到玻璃液，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，从而降低微晶玻璃的表面气孔率；
3）将步骤2）中得到的玻璃液在1050℃～1100℃下压延成型，制成厚度为5mm～30mm的半成品板材；
4）将步骤3）中得到的半成品板材在650℃～900℃下保温6h～12h进行晶化处理，再进行退火处理即制得微晶玻璃，由于此步骤中所使用的半成品板材是在步骤3）中特定温度下压延成型的特定厚度范围内的半成品板材，有利于进一步减少微晶玻璃的表面气孔率，且可有效提高微晶玻璃的韧性和强度，增强加工成型性能。本发明制得的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，所述步骤4）中晶化处理的具体过程为：依次在650℃保温1～2h，700℃保温1～2h，750℃保温1～2h，800℃保温1～2h，850℃保温1～2h及900℃保温1～2h，分段保温的晶化处理过程有利于进一步提高微晶玻璃的韧性和强度，得到观感呈现半透明玉质状，质感细腻，晶莹剔透的微晶玻璃。
优选地，所述微晶玻璃按重量百分比计包括如下成分：二氧化硅55%～75%，氧化钾5%～12%，氧化钙13%～20%，氟1%～3%，氧化铝0～5%，氧化锌0～4%，氧化钛0～2%，余量为氧化钠。
本发明制得的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55%～75%。
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%～12%。
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13%～20%。
氟是一种优良的乳浊剂，氟含量过高时微晶玻璃的生产稳定性低，脆性大，易失透，因此氟的含量设定为：氟1%～3%。
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%。
氧化钛能降低微晶玻璃的热膨胀系数，但引入过多时，会增大微晶玻璃的析晶能力，因此氧化钛的含量设定为：氧化钛0～2%。
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、纯碱、碳酸钾、方解石、氧化铝、氟化钙、氧化锌、氧化钛中的一种或多种作为原料提供微晶玻璃的成分组成。
本发明提供的方法步骤简单，可制得质感细腻、晶莹剔透；韧性好、抗折抗压强度高；易加工切割，和大理石、花岗岩一样可广泛用于室里外装修，还可雕刻、精加工用于家居装饰等的微晶玻璃产品。
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；压延成型使用压延机；晶化处理过程在辊道窑中进行。
实施例1
选用石英砂60份、纯碱16份、碳酸钾20份、方解石30份、氧化铝2份、氟化钙4份、氧化钛2份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1450℃下熔化24h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液在1050℃下压延成型，制成厚度为20mm的半成品板材；将半成品板材在650℃保温2h，700℃保温1h，750℃保温1.5h，800℃保温1h，850℃保温1h，900℃保温1h，再进行退火处理即制得微晶玻璃。
本实施例制得的微晶玻璃体积密度为2.5g/cm3，抗折强度为68MPa，抗压强度为650MPa，莫氏硬度为6.3，冲击韧性为5.2kj/cm3，吸水率0.01%，无辐射。
实施例2
选用石英砂62份、纯碱14份、碳酸钾18份、方解石28份、氧化铝3份、氟化钙6份、氧化锌2份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1460℃下熔化20h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液在1060℃下压延成型，制成厚度为10mm的半成品板材；将半成品板材在650℃保温1h，700℃保温1h，750℃保温1h，800℃保温1h，850℃保温1h，900℃保温1h，再进行退火处理即制得微晶玻璃。
本实施例制得的微晶玻璃体积密度为2.6g/cm3，抗折强度为70MPa，抗压强度为650MPa，莫氏硬度为6.5，冲击韧性为5.5kj/cm3，吸水率0.01%，无辐射。
实施例3
选择石英砂65份、纯碱18份、碳酸钾18份、方解石25份、氧化铝4份、氟化钙4份、氧化钛2份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1470℃下熔化22h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液在1070℃下压延成型，制成厚度为20mm的半成品板材；将半成品板材在650℃保温2h，700℃保温1h，750℃保温2h，800℃保温1h，850℃保温1h，900℃保温1h，再进行退火处理即制得微晶玻璃。
本实施例制得的微晶玻璃体积密度为2.5g/cm3，抗折强度为75MPa，抗压强度为700MPa，莫氏硬度为6.8，冲击韧性为5.4kj/cm3，吸水率0.01%，无辐射。
实施例4
选择石英砂68份、纯碱18份、碳酸钾20份、方解石20份、氧化铝5份、氟化钙6份、氧化锌2份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1480℃下熔化18h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液在1080℃下压延成型，制成厚度25mm的半成品板材；将半成品板材在650℃保温2h，700℃保温2h，750℃保温2h，800℃保温2h，850℃保温1h，900℃保温1h，再进行退火处理即制得微晶玻璃。
本实施例制得的微晶玻璃体积密度为2.8g/cm3，抗折强度为70MPa，抗压强度为680MPa，莫氏硬度为7.0，冲击韧性为5.6kj/cm3，吸水率0.01%，无辐射。
实施例5
选择石英砂70份、纯碱23份、碳酸钾16份、方解石18份、氧化铝2份、氟化钙5份、氧化钛2份为原料，混合后获得基础料；将基础料在1500℃下熔化16h，澄清后获得玻璃液；将玻璃液在1100℃下压延成型，制成厚度为30mm的半成品板材；将半成品板材在650℃保温2h，700℃保温2h，750℃保温2h，800℃保温2h，850℃保温2h，900℃保温2h，再进行退火处理即制得微晶玻璃。
本实施例制得的微晶玻璃体积密度为2.7g/cm3，抗折强度为85MPa，抗压强度为600MPa，莫氏硬度为6.5，冲击韧性为5.3kj/cm3，吸水率0.01%，无辐射。
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 (4)
1.一种压延法制备微晶玻璃的方法，其特征在于，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1450℃～1500℃下熔化16h～24h，澄清后得到玻璃液；
3）将步骤2）中得到的玻璃液在1050℃～1100℃下压延成型，制成厚度为5mm～30mm的半成品板材；
4）将步骤3）中得到的半成品板材在650℃～900℃下保温6h～12h进行晶化处理，再进行退火处理即制得微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4）中晶化处理的具体过程为：依次在650℃保温1～2h，700℃保温1～2h，750℃保温1～2h，800℃保温1～2h，850℃保温1～2h及900℃保温1～2h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微晶玻璃按重量百分比计包括如下成分：二氧化硅55%～75%，氧化钾5%～12%，氧化钙13%～20%，氟1%～3%，氧化铝0～5%，氧化锌0～4%，氧化钛0～2%，余量为氧化钠。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤1）中选择石英砂、纯碱、碳酸钾、方解石、氧化铝、氟化钙、氧化锌、氧化钛中的一种或多种作为原料提供微晶玻璃的成分组成。
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