CN106630636B - 一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃及制备方法和应用 - Google Patents
一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃及制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106630636B CN106630636B CN201610829568.3A CN201610829568A CN106630636B CN 106630636 B CN106630636 B CN 106630636B CN 201610829568 A CN201610829568 A CN 201610829568A CN 106630636 B CN106630636 B CN 106630636B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glass
- temperature
- crystalline phase
- principal crystalline
- sio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
Abstract
本发明一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃及其制备方法和应用。所述微晶玻璃是将基础玻璃经核化、晶化处理后得到；所述基础玻璃包括下述氧化物按摩尔百分比组成：La2O3：22～26％、MgO：3～5％、Al2O3：11～13％、SiO2：58～62％。其制备方法为：将各原料于1520～1530℃熔化，熔融液体倒入模具中于650～680℃退火，得到基础玻璃，然后将基础玻璃加热至高于玻璃转变温度40～60℃进行核化，核化后继续加热到析晶温度±10℃进行晶化，即制备所述微晶玻璃材料。本发明制备方法简单、能耗低、对环境友好、生产成本低，所得材料可用做热障涂层材料，高温结构材料，抗摩擦磨损材料等。
Description
技术领域
本发明属于材料科学领域，涉及一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃及其制备方法和应用。
背景技术
La2O3-SiO2二元系统常见的化合物有正硅酸镧(La2SiO5)、磷石灰型硅酸镧(La9.33(SiO4)6O2)以及二硅酸镧(La2Si2O7)等。其中，二硅酸镧有两种晶型，一种为低温下形成的四方晶相，另一种为高温下形成的单斜晶相，其高温单斜晶体具有优良的综合性能。例如，具有低的热膨胀系数，低的热导率、优良的抗热腐蚀性能和抗摩擦磨损性能，并且其具有良好的高温性能，如抗高温氧化性好、高温力学性能优良，抗高温蠕变性好等特点。
目前科技文献中已有关于二硅酸镧陶瓷的相关报导。二硅酸镧陶瓷中的晶相含量高，化学稳定性和力学性能优良，并且具有良好的高温性能，但其烧结成型需在高温条件下采用热压烧结法进行(二硅酸镧陶瓷的烧结温度高达1700-1800℃)，制备非常困难，且陶瓷中存在气孔和晶界。但关于主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的技术，目前鲜有报导。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、制备的基础玻璃的熔化温度、玻璃转变温度和析晶温度较低，有效提高微晶玻璃中晶相含量的主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃及其制备方法。
本发明所采用的具体的技术方案如下：
本发明一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，是将La2O3-MgO-Al2O3-SiO2基础玻璃经核化、晶化处理后得到；所述基础玻璃包括下述氧化物按摩尔百分比组成：
La2O3：22.0～26.0％；
MgO：3.0～5.0％；
Al2O3：11.0～13.0％；
SiO2：58.0～62.0％。
作为优选方案一；所述基础玻璃包括下述氧化物按摩尔百分比组成：
La2O3：26.0％；
MgO：5.0％；
Al2O3：11.0％；
SiO2：58.0％。
作为优选方案二；所述基础玻璃包括下述氧化物按摩尔百分比组成：
La2O3：26.0％；
MgO：3.0％；
Al2O3：13.0％；
SiO2：58.0％。
作为优选方案三；所述基础玻璃包括下述氧化物按摩尔百分比组成：
La2O3：24.0％；
MgO：4.0％；
Al2O3：11.0％；
SiO2：61.0％。
本发明一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的制备方法，包括下述步骤：
第一步：基础玻璃制备
按设计的基础玻璃组分配比取各组分作为原料，将各原料混合均匀后；加热至熔化温度1520～1530℃保温2～3小时，得到熔融液体，将其倒入模具中于650～680℃保温2～3小时退火，退火结束后随炉冷却至室温，制得La2O3-MgO-Al2O3-SiO2基础玻璃；
第二步：微晶玻璃的制备
将所得基础玻璃加热到高于玻璃转变温度40～60℃进行核化，然后，继续升温至析晶温度±10℃进行晶化，经8～10小时均匀冷却至室温，即制备出主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃。
本发明一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的制备方法，制备基础玻璃所用原料的目粒度为200目。
作为优选方案，第一步中，各原料均为氧化物。
在工业化应用时，取各原料，通过球磨混合均匀后过200目筛，取筛下物。
作为优选方案，所述模具优选为不锈钢模具。
本发明一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的制备方法，得到块状基础玻璃。根据基础玻璃的差热分析(DSC)测试结果，将基础玻璃加热至高于玻璃转变温度40～60℃进行核化，然后继续加热到析晶温度±10℃晶化，即制备出主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料。
本发明一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的制备方法，第一步中，加热至熔化温度的升温速率为5～10℃/分钟。
作为优选，本发明一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的制备方法，第二步中，以5℃/min的速率加热到高于玻璃转变温度40～60℃进行核化，核化时间2小时；然后，再以5℃/min的速率加热到析晶温度±10℃晶化4小时。
本发明一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的应用，所述应用包括将其用作热障涂层材料、高温结构材料、抗摩擦磨损材料。
本发明通过在La2O3-Al2O3-SiO2体系玻璃中引入MgO，部分取代Al2O3，使得基础玻璃能在较低的温度下析晶，并设计了合适的阳离子比，既降低基础玻璃的熔化温度，同时也降低了玻璃的转变温度和析晶温度，使得基础玻璃更容易析晶，所制备的微晶玻璃中二硅酸镧晶相含量有所提高。同时，申请人对玻璃的组成配方和热处理工艺进行了大量的实验，经过反复对比和筛选，最终制得性能优异的主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃。
原理和优势
本发明所开发的微晶玻璃与相应的二硅酸镧陶瓷相比，其制备工艺流程较为简单，易获得大尺寸形状复杂产品，原料组成范围宽，且性能可随玻璃的成分连续变化而连续可调，相对于陶瓷而言，优势非常明显。
本发明将特定组成的La2O3-Al2O3-SiO2基础玻璃进行热处理，可制得以二硅酸镧为主晶相的微晶玻璃。所得以二硅酸镧为主晶相的微晶玻璃具有二硅酸镧陶瓷的低热膨胀系数，低热导率、优良的抗热腐蚀、抗摩擦磨损以及高温性能优良等特性。同时，本发明所开发的微晶玻璃中次晶相为莫来石，这进一步提高了微晶玻璃的显微硬度并降低了热膨胀系数，可作为理想的耐高温材料。
本发明由于晶相含量高、玻璃相含量少，微晶玻璃的理化性能可接近于二硅酸镧陶瓷。而且由于微晶玻璃是由适当组成的基础玻璃经核化-晶化处理而制得的固体材料，晶相从基础玻璃中析出，不存在气孔及明显的晶界。本发明通过科学的组成设计和工艺控制，使得基础玻璃中析出理想的晶体。
同时，本发明所开发的二硅酸镧微晶玻璃具有良好的可机械加工性能，能够加工成复杂形状的工件，可用于热障涂层材料，高温结构材料，抗摩擦磨损材料等。
总之本发明所开发的微晶玻璃材料，其制备方法简单，熔化温度、转变温度和析晶温度较低，对环境友好，生产成本较低，具有热膨胀系数低、耐高温、耐烧蚀、高强度等优异性能，其在热障涂层材料、高温结构材料、抗摩擦磨损材料等领域具有潜在的应用前景。
附图说明
附图1为本发明实施例3制备的基础玻璃的DSC曲线图；
附图2为本发明实施例3所制备的微晶玻璃的XRD图；
附图3为本发明实施例3所制备的微晶玻璃放大10000倍的SEM图像。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：本发明涉及的制备主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，其基础玻璃中各氧化物的摩尔百分比(mol％)组成为：La2O3：22.0％，MgO：3.0％，Al2O3：13.0％，SiO2：62.0％。
实施例2：制备本发明涉及的主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，其基础玻璃中各氧化物的摩尔百分比(mol％)组成为：La2O3：26.0％，MgO：5.0％，Al2O3：11.0％，SiO2：58.0％。
实施例3：制备本发明涉及的主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，其基础玻璃中各氧化物的摩尔百分比(mol％)组成为：La2O3：24.0％，MgO：4.0％，Al2O3：12.0％，SiO2：60.0％。
实施例4：制备本发明涉及的主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，其基础玻璃中各氧化物的摩尔百分比(mol％)组成为：La2O3：26.0％，MgO：3.0％，Al2O3：13.0％，SiO2：58.0％。
实施例5：制备本发明涉及的主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，其基础玻璃中各氧化物的摩尔百分比(mol％)组成为：La2O3：24.0％，MgO：4.0％，Al2O3：11.0％，SiO2：61.0％。
实施例1、2、3、4和5玻璃的化学组成不同，但玻璃的熔制工艺相近，从基础玻璃到微晶玻璃的具体过程为：
第一步：基础玻璃的制备
按设计的基础玻璃组分配比取各组分混合；过200目筛后混合，置于坩埚中，所有原料均以氧化物的形式加入，加热至熔化温度1520～1530℃保温2～3小时，得到玻璃液，将玻璃液倒入不锈钢模具中于650～680℃退火3小时，退火结束后随炉冷却至室温，制得La2O3-MgO-Al2O3-SiO2基础玻璃；
第二步：微晶玻璃的制备
将所得基础玻璃加热到高于玻璃转变温度40～60℃进行核化，然后，继续升温至析晶温度±10℃进行晶化，经8～10小时均匀冷却至室温，即制备出主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃。
具体实施过程中：
实施例1、3、4的熔化温度为1530℃，保温3小时；退火温度为680℃，保温3小时；
实施例2、4的熔化温度为1520℃，保温2小时；退火温度为650℃，保温3小时；
实施例1的核化温度是730℃，晶化温度是1110℃；
实施例2的核化温度是720℃，晶化温度是1060℃；
实施例3的核化温度是740℃，晶化温度是1100℃；
实施例4的核化温度是720℃，晶化温度是1050℃；
实施例5的核化温度是740℃，晶化温度是1110℃。
采用STA449C型同步热分析仪测量玻璃样品的析晶峰温度和玻璃转变温度。由HV-5型显微硬度计测定材料的维氏显微硬度，由CSS-44100型多功能力学性能测定仪测定材料的抗弯强度，由MTS Insight 30型生物力学试验机测定材料的断裂韧性。由DIL 402C型热学性能测试仪测定材料的热膨胀系数。本发明实施例1-5制备的产物的性能参数指标及处理工艺参数见表1。
表1
从表1中可以看出，本发明所开发的主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，适用作热障涂层材料、高温结构材料、抗摩擦磨损材料。
Claims (10)
1.一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，其特征在于：将La2O3-MgO-Al2O3-SiO2基础玻璃经核化、晶化处理后得到；
所述La2O3-MgO-Al2O3-SiO2基础玻璃包括下述氧化物按摩尔百分比组成：
La2O3：22.0～26.0％；
MgO：3.0～5.0％；
Al2O3：11.0～13.0％；
SiO2：58.0～62.0％。
2.根据权利要求1所述的一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，其特征在于： 所述La2O3-MgO-Al2O3-SiO2基础玻璃包括下述氧化物按摩尔百分比组成：
La2O3：26.0％；
MgO：5.0％；
Al2O3：11.0％；
SiO2：58.0％。
3.根据权利要求1所述的一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，其特征在于： 所述La2O3-MgO-Al2O3-SiO2基础玻璃包括下述氧化物按摩尔百分比组成：
La2O3：26.0％；
MgO：3.0％；
Al2O3：13.0％；
SiO2：58.0％。
4.根据权利要求1所述的一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃材料，其特征在于： 所述La2O3-MgO-Al2O3-SiO2基础玻璃包括下述氧化物按摩尔百分比组成：
La2O3：24.0％；
MgO：4.0％；
Al2O3：11.0％；
SiO2：61.0％。
5.一种制备如权利要求1-4任意一项所述的一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的方法，其特征在于包括下述步骤：
第一步：基础玻璃的制备
按设计的基础玻璃组分配比取各组分作为原料，将各原料混合均匀后加热至熔化温度1520～1530℃保温2～3小时，得到熔融液体，将熔融液体倒入模具中于650～680℃保温2～3小时退火，退火结束后随炉冷却至室温，制得La2O3-MgO-Al2O3-SiO2基础玻璃；
第二步：微晶玻璃的制备
将所得基础玻璃加热到高于玻璃转变温度40～60℃进行核化，然后，继续升温至析晶温度±10℃进行晶化，经8～10小时均匀冷却至室温，即制备出主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃。
6.根据权利要求5所述的一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的制备方法，其特征在于：各原料均为氧化物。
7.根据权利要求5所述的一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的制备方法，其特征在于：制备基础玻璃所用原料的目粒度为-200目。
8.根据权利要求5所述的一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的制备方法，其特征在于：第一步中，加热至熔化温度的升温速率为5～10℃/分钟。
9.根据权利要求5所述的一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的制备方法，其特征在于：第二步中，以5℃/min的速率加热到高于玻璃转变温度40～60℃进行核化，核化时间2小时；然后，再以5℃/min的速率加热到析晶温度±10℃晶化4小时。
10.一种如权利要求1-4任意一项所述的主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃的应用，其特征在于：所述应用包括将其用作热障涂层材料、高温结构材料、抗摩擦磨损材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610829568.3A CN106630636B (zh) | 2016-09-18 | 2016-09-18 | 一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃及制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610829568.3A CN106630636B (zh) | 2016-09-18 | 2016-09-18 | 一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃及制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106630636A CN106630636A (zh) | 2017-05-10 |
| CN106630636B true CN106630636B (zh) | 2019-03-15 |
Family
ID=58852131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610829568.3A Active CN106630636B (zh) | 2016-09-18 | 2016-09-18 | 一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃及制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106630636B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108558390A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-09-21 | 九江职业技术学院 | 一种刀具用增强纳米复合涂层及其制备方法 |
| CN109265011A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-01-25 | 中南大学 | 一种镁铝硅体系玻璃和高结晶度透明微晶玻璃的制备方法 |
| CN113698082B (zh) * | 2021-09-10 | 2023-03-21 | 成都光明光电股份有限公司 | 微晶玻璃成型体的制造方法 |
| CN115305366A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-08 | 李洪明 | 一种硅酸稀土矿的生产方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101243018A (zh) * | 2005-08-17 | 2008-08-13 | 康宁股份有限公司 | 高应变点玻璃 |
| CN102849954A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-02 | 中南大学 | 主晶相为Y2Si2O7的Y-Al-Si-O-N-F氧氮微晶玻璃及制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5640092B2 (zh) * | 1973-10-31 | 1981-09-18 | ||
| NO314897B1 (no) * | 2000-08-23 | 2003-06-10 | Norsk Hydro As | Barium-lantan-silikat baserte glasskeramer og deres anvendelse |
-
2016
- 2016-09-18 CN CN201610829568.3A patent/CN106630636B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101243018A (zh) * | 2005-08-17 | 2008-08-13 | 康宁股份有限公司 | 高应变点玻璃 |
| CN102849954A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-02 | 中南大学 | 主晶相为Y2Si2O7的Y-Al-Si-O-N-F氧氮微晶玻璃及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106630636A (zh) | 2017-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106630636B (zh) | 一种主晶相为二硅酸镧的微晶玻璃及制备方法和应用 | |
| Reddy et al. | Study of calcium–magnesium–aluminum–silicate (CMAS) glass and glass-ceramic sealant for solid oxide fuel cells | |
| Lahl et al. | Crystallisation kinetics in AO-Al2O3-SiO2-B2O3 glasses (A= Ba, Ca, Mg) | |
| Guo et al. | Crystallization and microstructure of CaO–MgO–Al2O3–SiO2 glass–ceramics containing complex nucleation agents | |
| Kang et al. | Crystallization behavior and properties of CaO-MgO-Al2O3-SiO2 glass-ceramics synthesized from granite wastes | |
| Kim et al. | Processing and properties of a glass-ceramic from coal fly ash from a thermal power plant through an economic process | |
| Hyatt et al. | Crystal growth kinetics in BaOAl 2 O 3 2SiO 2 and SrOAl 2 O 3 2SiO 2 glasses | |
| Yu et al. | Effect of Fe2O3 on non-isothermal crystallization of CaO–MgO–Al2O3–SiO2 glass | |
| Zhao et al. | High-performance, reaction sintered lithium disilicate glass–ceramics | |
| US9359244B2 (en) | Alumina-rich glasses and methods for making the same | |
| Wang et al. | Effect of TiO2 on the crystallization and properties of MgO-Al2O3-SiO2 glass-ceramics prepared by an" one-step" method from laterite ore | |
| Kang et al. | Effect of Y2O3 content on the crystallization behaviors and physical properties of glasses based on MgO-Al2O3-SiO2 system | |
| Mishra et al. | Study on thermophysical properties and phase evolution in Nd doped Li2O-Al2O3-SiO2 glass nucleated by multiple nucleating agents | |
| CN106316134B (zh) | 一种透辉石和长石主晶相微晶玻璃及其制备方法 | |
| Mirhadi et al. | Crystallization behavior and microstructure of (CaO· ZrO2· SiO2)–Cr2O3 based glasses | |
| Qing et al. | Crystallization kinetics, sintering, microstructure, and properties of low temperature co-fired magnesium aluminum silicate glass-ceramic | |
| Xia et al. | Mechanical and thermal expansion properties of β-eucryptite prepared by sol–gel methods and hot pressing | |
| Liu et al. | Network structure evolution and properties of CaO–MgO–Al2O3–SiO2 glass-ceramics from BaO-bearing blast furnace slag | |
| CN102249545A (zh) | 金矿渣微晶玻璃及其制备方法 | |
| CN101125735B (zh) | 一种热态浇注法制备黄磷矿渣微晶玻璃的方法 | |
| Geng et al. | Non-equilibrium cooling regulating vitrification and crystallization of Canasite-A glass-ceramics from high sodium solar silicon waste slag | |
| Guo et al. | Crystallization behaviour of 25Bi2O3–75B2O3 glass braze and strengthening mechanism of crystallization-reinforced sapphire/25Bi2O3–75B2O3/sapphire joints | |
| CN102234746B (zh) | 一种锌基大块非晶合金及其制备方法 | |
| Tian et al. | Crystallization behavior and mechanical properties of high strength mica-containing glass-ceramics from granite wastes | |
| TWI527784B (zh) | 利用活性陶瓷化製造磷釔礦陶瓷材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |