CN105859143A - 一种具有高抗折强度的微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高抗折强度的微晶玻璃及其制备方法，所述微晶玻璃的配合料按重量百分比计含有如下成分：SiO2 60～75％，Al2O3 1～15％，Li2O 10～20％，Na2O 1～3％，KBr 1～5％，P2O5 0～5％，ZrO2 1～5％，CeO2 0～3％，V2O5 0～1％。其制备方法包括配料、熔化澄清、成型、退火及微晶化处理；其中熔化澄清温度为1400～1550℃保温4～8小时；微晶化处理工艺参数为：室温下升温至580～600℃保温10～30分钟，再升温至650～750℃保温15～60分钟，然后升温至800～850℃保温15～60分钟。
Description
技术领域
本发明属于无机材料技术领域，涉及一种具有高抗折强度的微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
目前，对于大量特定环境中使用的玻璃，如实验台面、烹饪器具、微波餐具、电子器件模块或太阳能模块的基材、防火窗等，不仅需要具备一定的透明性能，同时需要具有优良的力学性能如具有较高的抗折强度。这类材料一般是通过微晶化处理最后得到具有一定透明性的微晶玻璃，其中最受人们青睐、应用最多的是锂铝硅体系微晶玻璃，且围绕该体系也出现了许多专利：CN102976616，介绍了一种锂铝硅微晶玻璃浮法制备方法；CN104108883，介绍了一种高强度二硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法；CN101538118，介绍了一种激光陀螺仪用超低膨胀微晶玻璃及其制备方法；CN104169232，介绍了透明的低色锂铝硅酸盐玻璃陶瓷和其用途。上述方法所得微晶玻璃的力学性能一般，其报道的抗折强度往往低于200Mpa。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种抗折强度高的微晶玻璃及其制备方法，所制备的微晶玻璃抗折强度达200～600Mpa。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种具有高抗折强度的微晶玻璃，所述微晶玻璃的配合料按重量百分比计含有如下成分：SiO2 60～75％，Al2O3 1～15％，Li2O 10～20％，Na2O 1～3％，KBr 1～5％，P2O5 0～5％，ZrO2 1～5％，CeO2 0～3％，V2O5 0～1％。
优选的是，所述微晶玻璃的配合料按重量百分比计含有如下成分：SiO260～70％，Al2O3 5～12％，Li2O 10～15％，Na2O 1～3％，KBr 1～5％，P2O5 1～3％，ZrO21～5％，CeO2 0.5～2％，V2O5 0.1～0.5％。
按上述方案，所述微晶玻璃主要晶相为Li2Si2O5、β-锂辉石以及少量的锂霞石，晶相含量60～80％。
按上述方案，所述微晶玻璃抗折强度为200～600Mpa，在可见光波段的透过率为50～70％。
本发明具有高抗折强度的微晶玻璃的制备方法包括：将配合料混合均匀，在1400～1550℃保温4～8小时进行熔化，经澄清后浇注成型、退火处理，然后进行微晶化处理，微晶化处理结束后随炉自然冷却,得到微晶玻璃；
所述微晶化处理工艺参数为：室温下升温至580～600℃保温10～30分钟，再升温至650～750℃保温15～60分钟，然后升温至800～850℃保温15～60分钟。
优选的是，所述退火处理工艺为：退火温度为560℃，退火时间为30分钟。
按上述方案，所述升温速率为1℃/min。
本发明的有益效果在于：
本发明通过控制玻璃组成中的SiO2含量(60～75％)，一方面可以提高玻璃的透明度，同时可以提高玻璃的稳定性；与现有技术相比，本发明加入Al2O3的量较少，仅为1～15％，Al2O3的引入可以抑制玻璃的析晶，提高玻璃的化学稳定性、机械强度、硬度及耐热性能，本发明通过降低基础玻璃中氧化铝的用量，适当提高石英的比例以适当降低玻璃的熔融温度，另外，氧化铝含量降低，也使得玻璃在析晶处理过程中，玻璃会生成不同的晶相颗粒，这些晶相颗粒相互制约，从而更容易产生颗粒度细小的晶粒。
本发明为降低玻璃的熔制温度，增加Li2O含量至10～20％、Na2O含量至1～3％，这些碱金属氧化物是有效的玻璃助熔剂，特别是氧化锂既可以起到助熔的作用，同时也能有效降低玻璃的热膨胀系数，从而提高玻璃的热稳定性能。另外，该玻璃热处理后生成的主晶相为Li2Si2O5、β-锂辉石以及少量的锂霞石，晶相含量60～80％，这些不同晶相相互制约在材料内部形成一个交叉的网络结构，使得样品的力学性能得到很好的提高。
本发明中引入P2O5、ZrO2作为晶核剂，作为玻璃在晶化过程中产生晶粒的促进剂。现有技术中大多采用二氧化钛作为晶核剂，由于二氧化钛的钛离子很容易变价而使玻璃着色，使得产品合格率低。而氧化锆化学性能稳定，不会出现元素离子的变价问题，使得其适用范围得到了很大的扩充。本发明引入的P2O5不仅可以促进玻璃的析晶，而且对于玻璃析出晶体的大小也有很大的影响，随着P2O5使用量在一定范围内不断增加，玻璃析出晶体颗粒的粒度会不断减小，热处理后微晶玻璃中晶体颗粒大小可以控制到50-90纳米，因此，所得到的微晶玻璃产品在具有透过性的基础上能够获得更高的机械强度。大量实验研究表明，两种氧化物的最佳含量分别为：P2O5 0～5％、ZrO21～5％。
本发明以溴化钾的方式在玻璃组成中引入溴离子，溴离子的引入可以大大促进玻璃中晶体颗粒的生成，从而缩减了样品的热处理保温时间。本发明中该体系玻璃微晶化处理工艺参数分别为：580～600℃保温10～30分钟，650～750℃保温15～60分钟，800～850℃保温15～60分钟，而现有技术中每个温度阶段的保温时间一般都大于1小时。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
1)称取原料：玻璃配合料按照氧化物质量百分比组成为：SiO2 60.00％、Al2O3 15.00％、Li2O 20.00％、Na2O 1.00％、KBr 1.00％、ZrO2 1.00％、CeO2 1.90％、V2O5 0.10％；
2)将配合料混合均匀，在1520℃保温4小时进行熔化，经澄清后浇注成型、退火处理(560℃保温30分钟)，然后进行微晶化处理，微晶化处理具体工艺参数为：室温下升温至580℃保温10分钟，再升温至610℃保温30分钟，然后升温至815℃保温30分钟，升温速率为1℃/min，微晶化处理结束后随炉自然冷却,得到微晶玻璃。
经测试，微晶玻璃主要晶相为Li2Si2O5、β-锂辉石以及少量的锂霞石，晶相含量60％。其抗折强度220Mpa，在可见光波段的透过率达到60％。
实施例2
1)称取原料：玻璃配合料按照氧化物质量百分比组成为：SiO2 75.0％、Al2O3 1.0％、Li2O 15.0％、Na2O 1.0％、KBr 4.6％、P2O5 2.0％、ZrO2 1.0％、CeO20.25％、V2O5 0.15％；
2)将配合料混合均匀，在1500℃保温4小时进行熔化，经澄清后浇注成型、退火处理(560℃保温30分钟)，然后进行微晶化处理，微晶化处理具体工艺参数为：室温下升温至580℃保温10分钟，再升温至650℃保温15分钟，然后升温至800℃保温15分钟，升温速率为1℃/min。微晶化处理结束后随炉自然冷却，得到微晶玻璃。
经测试，微晶玻璃主要晶相为Li2Si2O5、β-锂辉石以及少量的锂霞石，晶相含量60％。其抗折强度310Mpa，在可见光波段的透过率达到60％。
实施例3
1)称取原料：玻璃配合料按照氧化物质量百分比组成为：SiO2 70.0％、Al2O3 1.0％、Li2O 16.5％、Na2O 1.0％、KBr 4.6％、P2O5 3.5％、ZrO2 2.0％、CeO21.25％、V2O5 0.15％；
2)将配合料混合均匀，在1450℃保温4小时进行熔化，经澄清后浇注成型、退火处理(560℃保温30分钟)，然后进行微晶化处理，微晶化处理具体工艺参数为：室温下升温至580℃保温10分钟，再升温至650℃保温15分钟，然后升温至800℃保温15分钟，升温速率为1℃/min。微晶化处理结束后随炉自然冷却，得到微晶玻璃。
经测试，微晶玻璃主要晶相为Li2Si2O5、β-锂辉石以及少量的锂霞石，晶相含量60％。其抗折强度380Mpa，在可见光波段的透过率达到60％。
实施例4
1)称取原料：玻璃配合料按照氧化物质量百分比组成为：SiO2 65.0％、Al2O3 6.0％、Li2O 15.0％、Na2O 1.0％、KBr 4.6％、P2O5 3.0％、ZrO2 2.5％、CeO21.25％、V2O5 0.15％；
2)将配合料混合均匀，在1500℃保温4小时进行熔化，经澄清后浇注成型、退火处理(560℃保温30分钟)，然后进行微晶化处理，微晶化处理具体工艺参数为：室温下升温至580℃保温10分钟，再升温至680℃保温20分钟，然后升温至810℃保温15分钟，升温速率为1℃/min，微晶化处理结束后随炉自然冷却,得到微晶玻璃。
经测试，微晶玻璃主要晶相为Li2Si2O5、β-锂辉石以及少量的锂霞石，晶相含量60％。其抗折强度450Mpa，在可见光波段的透过率达到65％。
实施例5
1)称取原料：玻璃配合料按照氧化物质量百分比组成为：SiO2 65.0％、Al2O3 7.0％、Li2O 13.0％、Na2O 2.0％、KBr 4.6％、P2O5 3.0％、ZrO2 4.0％、CeO21.2％、V2O5 0.2％；
2)将配合料混合均匀，在1550℃保温5小时进行熔化，经澄清后浇注成型、退火处理(560℃保温30分钟)，然后进行微晶化处理，微晶化处理具体工艺参数为：室温下升温至580℃保温10分钟，再升温至720℃保温30分钟，然后升温至820℃保温30分钟，升温速率为1℃/min，微晶化处理结束后随炉自然冷却,得到微晶玻璃。
经测试，微晶玻璃主要晶相为Li2Si2O5、β-锂辉石以及少量的锂霞石，晶相含量55％。其抗折强度460Mpa，在可见光波段的透过率达到70％。
实施例6
1)称取原料：玻璃配合料按照氧化物质量百分比组成为：SiO2 68.0％、Al2O3 5.0％、Li2O 15.0％、Na2O 3.0％、KBr 4.4％、P2O5 3.0％、ZrO2 1.0％、CeO20.5％、V2O5 0.1％；
2)将配合料混合均匀，在1530℃保温4小时进行熔化，经澄清后浇注成型、退火处理(560℃保温30分钟)，然后进行微晶化处理，微晶化处理具体工艺参数为：室温下升温至580℃保温10分钟，再升温至750℃保温15分钟，然后升温至800℃保温30分钟，升温速率为1℃/min，微晶化处理结束后随炉自然冷却,得到微晶玻璃。
经测试，微晶玻璃主要晶相为Li2Si2O5、β-锂辉石以及少量的锂霞石，晶相含量70％。其抗折强度520Mpa，在可见光波段的透过率达到50％。
Claims (7)
1.一种具有高抗折强度的微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的配合料按重量百分比计含有如下成分：SiO2 60～75％，Al2O3 1～15％，Li2O10～20％，Na2O 1～3％，KBr 1～5％，P2O5 0～5％，ZrO2 1～5％，CeO2 0～3％，V2O5 0～1％。
2.根据权利要求1所述的具有高抗折强度的微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的配合料按重量百分比计含有如下成分：SiO2 60～70％，Al2O35～12％，Li2O 10～15％，Na2O 1～3％，KBr 1～5％，P2O5 1～3％，ZrO2 1～5％，CeO2 0.5～2％，V2O5 0.1～0.5％。
3.根据权利要求1所述的具有高抗折强度的微晶玻璃，其特征在于：其主要晶相为Li2Si2O5、β-锂辉石以及少量的锂霞石，晶相含量60～80％。
4.根据权利要求1所述的具有高抗折强度的微晶玻璃，其特征在于：其抗折强度为200～600Mpa，在可见光波段的透过率为50～70％。
5.一种权利要求1-4任一所述的具有高抗折强度的微晶玻璃的制备方法，包括：将配合料混合均匀，在1400～1550℃保温4～8小时进行熔化，经澄清后浇注成型、退火处理，然后进行微晶化处理，微晶化处理结束后随炉自然冷却,得到微晶玻璃；
所述微晶化处理工艺参数为：室温下升温至580～600℃保温10～30分钟，再升温至650～750℃保温15～60分钟，然后升温至800～850℃保温15～60分钟。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理工艺为：退火温度为560℃，退火时间为30分钟。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述升温速率为1℃/min。
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