CN104445952A - 一种高硬度透明微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高硬度透明微晶玻璃，按重量百分比计，包含以下组份：二氧化硅50％～69.6％，三氧化二铝15％～25％，氧化镁5～10％，三氧化二钇0.1％～0.3％，二氧化锆6％～7％，氧化锌3％～8％，三氧化二锑0.2％～0.8％，三氧化二硼1％～3％及五氧化二磷0.1％～0.4％。本发明还公开了高硬度透明微晶玻璃的制备方法。采用本方法制备的微晶玻璃具有无色透明，硬度高，机械性能优异，可见光透过性好等特点。

Description

一种高硬度透明微晶玻璃及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料领域，尤其涉及一种高硬度透明微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
微晶玻璃，又称玻璃陶瓷，是将玻璃在适当的热处理制度下晶化处理而成的多晶固体，是微晶体和玻璃相均匀分布的材料，它综合了玻璃和陶瓷及天然石材的优越性能，如机械强度高、耐腐蚀、耐磨、热稳定性好等优点，可用于建筑幕墙或室内装饰。还可作为机械结构材料，电子绝缘材料，化学防腐及生物医学材料，是当今世界一种新兴的高档建筑装饰材料，因而广泛应用于航空航天、电子、机械、生物医学等领域。
目前市场上的微晶玻璃，具有表面平整，纹理清晰，平滑光亮等优点。由于微晶玻璃的表面光泽度高，因此其遭遇到的划痕特别容易显现出来，一般微晶玻璃的莫氏硬度只能达到6，所以，微晶玻璃极其容易被划伤，耐磨性较低，这一缺点极大的限制了微晶玻璃的应用。与此同时，微晶玻璃极易出现异相析晶，导致微晶玻璃透明度降低，严重影响其可见光透过性，这一点极大的限制了其在光学材料方面的应用。
微晶玻璃的性质主要由主晶相的种类、尺寸和数量以及剩余玻璃相的性质决定，而剩余玻璃相的组成决定于析出晶相的种类和数量，故对微晶玻璃性能起决定作用的是玻璃的析晶，因此，晶核剂的选择决定着微晶玻璃的最终性能。中国专利“申请号201310692264.3”介绍了一种微晶玻璃，以二氧化硅、氧化镁、三氧化二铝、氧化钠及余量杂质为组成成分，虽然制得了莫氏硬度为7的微晶玻璃，但玻璃透明度低，可见光透过性差，极大的限制了其在光学领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硬度透明微晶玻璃及其制备方法，该方法制备的微晶玻璃具有硬度高，耐磨性好等优异的机械性能，同时兼备透明度高，可见光透过性好等光学性能。
本发明为解决上述技术问题所采用的方案为:
一种高硬度透明微晶玻璃，按重量百分比计，包含以下组份：二氧化硅50％～69.6％，三氧化二铝15％～25％，氧化镁5～10％，三氧化二钇0.1％～0.3％，二氧化锆6％～7％，氧化锌3％～8％，三氧化二锑0.2％～0.8％，三氧化二硼1％～3％及五氧化二磷0.1％～0.4％。
上述方案中，按重量百分比计，包含以下组份：二氧化硅55％～60％，三氧化二铝18％～22％，氧化镁7～9％，三氧化二钇0.15％～0.2％，二氧化锆6％～6.5％，氧化锌4％～6％，三氧化二锑0.4％～0.6％，三氧化二硼1.5％～2％及五氧化二磷0.15％～0.25％。
上述方案中，按重量百分比计，三氧化二钇0.15％～0.17％，二氧化锆6.3％～6.5％，五氧化二磷0.15％～0.2％。
上述的高硬度透明微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述微晶玻璃的组分按照重量百分比研磨均匀后制成混合料，置于熔炉中升温至1650～1700℃熔制，保温2～4h，进行充分熔制澄清；
2)将熔制好的玻璃液成型，后进行退火处理；
3)将成型退火后的玻璃经过830～850℃核化处理2～4h，然后升温至950～1000℃晶化处理1～2h，制得无色透明高硬度的微晶玻璃。
本发明的有益效果是：本发明通过对玻璃化学组成及晶核剂的研究，采用三氧化二钇、二氧化锆、五氧化二磷作为复合晶核剂，其中三氧化二钇有较强的积聚作用，可以促进玻璃结构的致密化，此外，三氧化二钇可以起到稳定剂的作用，将二氧化锆稳定在四方相，提高成核效果；五氧化二磷可以增加二氧化锆在硅酸盐熔体中的溶解度，同时可以降低二氧化锆的融化温度；而二氧化锆作为晶核剂，可以降低成核和析晶活化能，加快成核速率，促进玻璃核化和晶化，三氧化二钇稳定的四方氧化锆效果更优，并可组织晶核的过分长大，减少异相析晶。三者作为复合晶核剂，可以降低成核势垒，促进成核和晶化，改善玻璃的析晶性能，辅以三氧化二硼为助熔剂，三氧化二锑为澄清剂，可以更好的得到晶相单一稳定的微晶玻璃，极大的限制了其在晶化过程中的异相析晶，同时可以减少微晶玻璃中的缺陷，提高微晶玻璃的硬度及机械性能，成功的制得莫氏硬度为8的微晶玻璃，可满足不同行业对微晶玻璃高硬度、耐磨、耐腐蚀的要求；与此同时，该微晶玻璃无色透明，具有高的可见透过性和优异的光学性能，可用作建筑装饰材料及其他光学材料使用。
附图说明
图1是本发明实施例1、2、3所得的高硬度透明微晶玻璃的晶相示意图。
由图1可以看出本发明实施例1至3所得到的微晶玻璃晶相单一稳定。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种高硬度透明微晶玻璃，其组成重量百分比为：二氧化硅60％，三氧化二铝18％，氧化镁8％，三氧化二钇0.2％，二氧化锆6％，二氧化锌5％，三氧化二锑0.55％，三氧化二硼2％，五氧化二磷0.25％。
上述高硬度透明微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照以下重量百分比配方称取原料混合均匀，二氧化硅60％，三氧化二铝18％，氧化镁8％，三氧化二钇0.2％，二氧化锆6％，二氧化锌5％，三氧化二锑0.55％，三氧化二硼2％，五氧化二磷0.25％。
(2)将上述微晶玻璃的组分成分研磨均匀后制成混合料，置于坩埚中升温至1650～1700℃熔制，保温2～4h，进行充分熔制澄清。
(3)将玻璃液倒入预热的模具中成型，退火。
(4)将成型退火后的玻璃再经过830～850℃核化处理2～4h，然后升温至950～1000℃晶化处理1～2h，制得无色透明高硬度的微晶玻璃。
本实施例制备的微晶玻璃，晶相稳定单一，硬度高，耐磨性好，硬度可达莫氏硬度7.5，机械性能优异，并且制得的微晶玻璃无色透明，可见光透过率可达45％以上，光学性能优异。
实施例2：
一种高硬度透明微晶玻璃，其组成重量百分比为：二氧化硅55％，三氧化二铝20％，氧化镁10％，三氧化二钇0.15％，二氧化锆6.35％，二氧化锌6％，三氧化二锑0.5％，三氧化二硼1.8％，五氧化二磷0.2％。
上述高硬度透明微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照以下重量百分比配方称取原料混合均匀，二氧化硅55％，三氧化二铝20％，氧化镁10％，三氧化二钇0.15％，二氧化锆6.35％，二氧化锌6％，三氧化二锑0.5％，三氧化二硼1.8％，五氧化二磷0.2％。
(2)将上述微晶玻璃的组分成分研磨均匀后制成混合料，置于坩埚中升温至1650～1700℃熔制，保温2～4h，进行充分熔制澄清。
(3)将玻璃液倒入预热的模具中成型，退火。
(4)将成型退火后的玻璃再经过830～850℃核化处理2～4h，然后升温至950～1000℃晶化处理1～2h，制得无色透明高硬度的微晶玻璃。
本实施例制备的微晶玻璃，从XRD图谱可知，异种晶相更少，所需晶相单一稳定；并兼备硬度高，耐磨性好的优点，硬度可达莫氏硬度8，机械性能优异，并且制得的微晶玻璃无色透明，可见光透过率可达50％以上，光学性能优异。
实施例3：
一种高硬度透明微晶玻璃，其组成重量百分比为：二氧化硅58％，三氧化二铝20％，氧化镁8％，三氧化二钇0.17％，二氧化锆6.15％，二氧化锌5％，三氧化二锑0.5％，三氧化二硼2％，五氧化二磷0.18％。
上述高硬度透明微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照以下重量百分比配方称取原料混合均匀，二氧化硅58％，三氧化二铝20％，氧化镁8％，三氧化二钇0.17％，二氧化锆6.15％，二氧化锌5％，三氧化二锑0.5％，三氧化二硼2％，五氧化二磷0.18％。
(2)将上述微晶玻璃的组分成分研磨均匀后制成混合料，置于坩埚中升温至1650～1700℃熔制，保温2～4h，进行充分熔制澄清。
(3)将玻璃液倒入预热的模具中成型，退火。
(4)将成型退火后的玻璃再经过830～850℃核化处理2～4h，然后升温至950～1000℃晶化处理1～2h，制得无色透明高硬度的微晶玻璃。
本实施例制备的微晶玻璃，晶相稳定单一，硬度高，耐磨性好，硬度可达莫氏硬度7.8，机械性能优异，并且制得的微晶玻璃无色透明，可见光透过率可达45％以上，光学性能优异。

Claims (4)

1.一种高硬度透明微晶玻璃，其特征在于：按重量百分比计，包含以下组份：二氧化硅50％～69.6％，三氧化二铝15％～25％，氧化镁5～10％，三氧化二钇0.1％～0.3％，二氧化锆6％～7％，氧化锌3％～8％，三氧化二锑0.2％～0.8％，三氧化二硼1％～3％及五氧化二磷0.1％～0.4％。
2.根据权利要求1所述的高硬度透明微晶玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包含以下组份：二氧化硅55％～60％，三氧化二铝18％～22％，氧化镁7～9％，三氧化二钇0.15％～0.2％，二氧化锆6％～6.5％，氧化锌4％～6％，三氧化二锑0.4％～0.6％，三氧化二硼1.5％～2％及五氧化二磷0.15％～0.25％。
3.根据权利要求2所述的高硬度透明微晶玻璃，其特征在于：按重量百分比计，三氧化二钇0.15％～0.17％，二氧化锆6.3％～6.5％，五氧化二磷0.15％～0.2％。
4.根据权利要求1所述的高硬度透明微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将权利要求1中所述微晶玻璃的组分按照重量百分比研磨均匀后制成混合料，置于熔炉中升温至1650～1700℃熔制，保温2～4h，进行充分熔制澄清；
2)将熔制好的玻璃液成型，后进行退火处理；
3)将成型退火后的玻璃经过830～850℃核化处理2～4h，然后升温至950～1000℃晶化处理1～2h，制得无色透明高硬度的微晶玻璃。
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