CN108706885A - 一种多晶相微晶玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多晶相微晶玻璃，按重量份计包括如下成分：40‑65份二氧化硅，3‑8份氧化钾，25‑30份氧化钙，10‑11份氟，8‑12份氧化钠，4‑6份五氧化二磷，10‑13份氧化铝，6‑8份氧化锆，1.4‑5份氧化锌，多晶相微晶玻璃的主晶相为Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和Ca5F(PO4)3。本发明的多晶相微晶玻璃观感呈现半透明玉质状，具有天然玉石的润泽度和蜡质感，硬度、韧性和耐磨性俱佳。

Description

一种多晶相微晶玻璃
技术领域
本发明涉及玻璃-陶瓷领域，特别涉及一种多晶相微晶玻璃。
背景技术
微晶玻璃又称为陶瓷玻璃，是将原料熔融后控制晶化而制得的固体材料，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。
现有的微晶玻璃难以兼顾硬度、韧性和耐磨性等多种不同的力学性能，降低了微晶玻璃的可加工性，导致微晶玻璃的应用范围较小，严重抑制了微晶玻璃产业的发展。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种硬度、韧性和耐磨性俱佳的多晶相微晶玻璃的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种多晶相微晶玻璃。
该多晶相微晶玻璃按重量份计包括如下成分：
所述多晶相微晶玻璃的主晶相为Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和Ca5F(PO4)3。
可选的，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和Ca5F(PO4)3的重量比为(3-4):(1-2)。
可选的，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4具有片状结构，所述Ca5F(PO4)3具有针状结构，且所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和所述Ca5F(PO4)3构成网状结构。
可选的，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4的晶体长为1μm-25μm，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4的晶体厚度小于等于1μm，所述Ca5F(PO4)3的晶体长小于等于100μm。
可选的，所述多晶相微晶玻璃按重量份计还包括1-3份的硝酸钠。
可选的，所述多晶相微晶玻璃的冲击韧性为5.2kj/cm2～5.8kj/cm2。
可选的，所述多晶相微晶玻璃的莫氏硬度为6.5～7.5。
可选的，所述多晶相微晶玻璃的弯曲强度为90MPa～160MPa。
可选的，所述多晶相微晶玻璃的抗压强度为600MPa～800MPa。
可选的，所述多晶相微晶玻璃的耐磨性为0.03g/cm2-0.06g/cm2。
本发明的多晶相微晶玻璃的主晶相为Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4(硅碱钙石)和Ca5F(PO4)3(氟磷灰石)，有效提高了多晶相微晶玻璃的硬度、韧性和耐磨性，使得微晶玻璃容易进一步加工成型，可广泛应用在管道、衬板、阀门和刹车盘等领域。
本发明的多晶相微晶玻璃观感呈现半透明玉质状，具有天然玉石的润泽度和蜡质感，硬度、韧性和耐磨性俱佳。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
为了解决现有的微晶玻璃难以兼顾硬度、韧性和耐磨性等多种不同的力学性能的问题，本发明提供了一种多晶相微晶玻璃。
本发明的多晶相微晶玻璃的各组份按重量份计可限定如下：
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，因此二氧化硅的含量设定为：40-65份二氧化硅。
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：3-8份氧化钾。
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：25-30份氧化钙。
氟是一种优良的乳浊剂，因此氟的含量设定为：10-11份氟。
氧化钠能降低玻璃液的粘度，促进玻璃液的熔化和澄清，因此氧化钠的含量设定为：8-12份氧化钠。
五氧化二磷是形成Ca5F(PO4)3晶相的晶核剂，并且可降低玻璃熔体的粘度，有助于氧化锆的熔解，因此五氧化二磷的含量设定为：4-6份五氧化二磷。
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，因此氧化铝的含量设定为：10-13份氧化铝。
氧化锆能够增加微晶玻璃的化学稳定性，因此氧化锆的含量设定为：6-8份氧化锆。
氧化锌可降低微晶玻璃的软化点温度，改善微晶玻璃的化学稳定性，因此氧化锌的含量设定为：1.4-5份氧化锌。
硝酸钠可提高微晶玻璃的耐磨性，因此硝酸钠的含量设定为：1-3份硝酸钠。
下述实施方式中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的材料和试剂，如无特殊说明，均可从商业途径得到，实验中使用的设备如无特殊说明，均为本领域技术人员熟知的设备。
在知晓具体成分含量的条件下，按本领域已知的方法可制得本发明的多晶相微晶玻璃，可选的按如下方法制备：
1、选择石英砂、萤石、氧化铝、方解石、纯碱、碳酸钾、硝酸钠、五氧化二磷、氧化锆、氧化锌中的一种或多种作为原料提供多晶相微晶玻璃的成分组成。按表1中实施例的成分配比计算原料的用量，称重后混合得到基础料。
对本领域技术人员而言，制备多晶相微晶玻璃所用的原料不仅限于上述公开的原料，还可选择钾长石、钠长石或石灰石等常用原料。
2、将基础料在1300℃～1400℃下熔化16h～20h，澄清后得到玻璃液。
3、将玻璃液制成2mm～5mm的颗粒后放入模具中，制成胚体。
4、将胚体经过2h～6h升温至500℃～550℃后保温1h～2h进行一次核化处理，再经过10min-30min升温至600℃～650℃后保温0.5h～1h进行二次核化处理，接着经过0.5h-1.5h升温至700℃-850℃后保温0.5h-2h进行一次晶化处理，再接着经过10min-30min升温至900℃-950℃后保温0.5h-2h进行二次晶化处理。
5、匀速退火即制得多晶相微晶玻璃。
表1为在不同成分组成下多晶相微晶玻璃的性能参数表。
如表1所示，本发明的多晶相微晶玻璃具有较高的弯曲强度和抗压强度，硬度高，冲击韧性强，耐磨性好。成品多晶相微晶玻璃具有天然玉石的润泽度和蜡质感，可制备成不同形状和尺寸的型材以方便加工。
表1
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种多晶相微晶玻璃，其特征在于，按重量份计包括如下成分：
所述多晶相微晶玻璃的主晶相为Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和Ca5F(PO4)3。
2.根据权利要求1所述的多晶相微晶玻璃，其特征在于，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和Ca5F(PO4)3的重量比为(3-4):(1-2)。
3.根据权利要求1所述的多晶相微晶玻璃，其特征在于，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4具有片状结构，所述Ca5F(PO4)3具有针状结构，且所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和所述Ca5F(PO4)3构成网状结构。
4.根据权利要求1所述的多晶相微晶玻璃，其特征在于，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4的晶体长为1μm-25μm，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4的晶体厚度小于等于1μm，所述Ca5F(PO4)3的晶体长小于等于100μm。
5.根据权利要求1所述的多晶相微晶玻璃，其特征在于，所述多晶相微晶玻璃按重量份计还包括1-3份的硝酸钠。
6.根据权利要求1所述的多晶相微晶玻璃，其特征在于，所述多晶相微晶玻璃的冲击韧性为5.2kj/cm2～5.8kj/cm2。
7.根据权利要求1所述的多晶相微晶玻璃，其特征在于，所述多晶相微晶玻璃的莫氏硬度为6.5～7.5。
8.根据权利要求1所述的多晶相微晶玻璃，其特征在于，所述多晶相微晶玻璃的弯曲强度为90MPa～160MPa。
9.根据权利要求1所述的多晶相微晶玻璃，其特征在于，所述多晶相微晶玻璃的抗压强度为600MPa～800MPa。
10.根据权利要求1所述的多晶相微晶玻璃，其特征在于，所述多晶相微晶玻璃的耐磨性为0.03g/cm2-0.06g/cm2。
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