CN110803868A - 一种透辉石增强云母基可加工微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

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李安健
岳云龙
尹立卿
安越
李升�
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • 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
    • C03C10/16—Halogen containing crystalline phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
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Abstract

本发明涉及一种具有高硬度、高韧性的可加工云母微晶玻璃及其制备方法，所描述的云母微晶玻璃配料组成按质量百分比计含有如下成分：SiO245%‑65%，MgO 16%‑26%，CaF24%‑10%，Na2O+K2O 8%‑14%，Li2O+BaO 2%‑9%。本发明采用整体析晶法制备复相增强云母微晶玻璃，其特点在于采用整体析晶法制备的云母微晶玻璃相比较烧结法，结构紧密，结晶度高，适合大规模连续化生产。制备的微晶玻璃硬度可达5.51‑6.94 GPa，断裂韧性可达1.4‑2.5 MPa m1/2。本发明通过控制云母和透辉石晶体的析出，能在不影响云母微晶玻璃可加工性能的前提下，切实提高微晶玻璃的硬度和韧性，会在齿科材料、建筑装饰材料和移动终端设备材料等领域有很广阔的应用前景。

Description

一种透辉石增强云母基可加工微晶玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及微晶玻璃领域，具体是一种具有高硬度、高韧性的可加工云母微晶玻璃材料及其制作方法。
背景技术
微晶玻璃又被称为玻璃陶瓷，是玻璃在加热过程中对其进行控制晶化而得到的一种含有大量微晶体的材料，具有玻璃和陶瓷各自的优点。经过近四五十年的研究，这种新型的材料在制备和实际生产应用中得到了飞速的发展。
微晶玻璃具有很高的抗折强度和显微硬度，但其断裂韧性较低、可加工性能较差，在机械加工过程中容易产生裂纹，导致断口参差不齐，影响美观，甚至会引起产品的报废。
在机械力学材料上的应用中，利用微晶玻璃耐高温、抗热、减震、热膨胀性可控等力学和热学性能，制造出各种满足机械力学要求的材料。利用云母的可切削性和定向取向性制备出高强度和可切削加工的微晶玻璃。但是云母的层片结构使得云母微晶玻璃的强度小、硬度低（莫氏硬度2-4）、耐磨性差，因此提高云母微晶玻璃的硬度、韧性成为本项目最核心的技术难题。
复相增强微晶玻璃是最近几年发展的一种新方法。通过晶核剂、玻璃组成以及热处理制度的优化，可以实现云母晶体和增强相的可控析出，从而实现微晶玻璃的增强、增韧。整体析晶法相比较烧结法制备微晶玻璃，工序少、工艺简单、更易大规模工业生产。。
发明内容
本发明的目的是制备一种高硬度、高韧性的云母微晶玻璃，所制备的微晶玻璃断裂韧性可达1.4-2.5 MPa m1/2。
一种高硬度、高韧性的云母微晶玻璃，按照以下质量百分比的配料组成：
SiO2 45%-65%；
MgO 16%-26%；
CaF2 4%-10%；
Na2O+ K2O 8%-14%；
Li2O+ BaO 2%-9%。
优选的是，按照质量百分数，包含下列组分：
SiO2 58.6%；
MgO 23.1%；
CaF2 6.7%；
Na2O+ K2O 12%；
Li2O+ BaO 5%。
按上述方案，所述的微晶玻璃的晶相为KAl2（AlSi3O10）F2和CaMg（SiO3）2。
制备工艺：（1）配料：按照上述配比准确配料，将原料研磨，混合均匀；
（2）熔化：将配合料在1400-1550℃下熔化，随后降温至1000-1200℃成型（可采用的成型方法：浇注法、压延法和浮法）；
（3）退火：将上述玻璃板立即转移到450-550℃的退火炉中，并冷却到室温，得到基础玻璃板；
（4）热处理：将上述玻璃板在550-700℃的温度下保温0.5-2h，然后将温度升高至880-1030℃保温0.5-2h，升温速率为5-16℃/min。
优选地，所描述的微晶玻璃的生产方法包括以下步骤：
（1）配料：按照上述配比准确配料，将原料研磨，再混合均匀；
（2）熔化：将配合料在1430℃下熔化，随后降温至1150℃成型（可采用的成型方法：浇注法、压延法和浮法）；
（3）退火：将上述玻璃板立即转移到500℃退火炉中，并冷却到室温；
（4）热处理：将上述玻璃板在600℃的温度下保温1h，然后将温度升高至950℃保温0.5h，升温速率为10℃/min。
本发明所述的微晶玻璃采用的原料配比合理，原料互相协同，具体如下：
（1）上述发明对微晶玻璃的结构变化与晶体演变机制进行了研究，实现了云母和透辉石晶体的可控析出，并且析出的云母晶体的长径比、相互交错程度较大，玻璃的可加工性能较好，很好地解决了云母微晶玻璃在生产应用中的技术难题；
（2）该发明采用整体析晶法制备云母微晶玻璃，简化了生产工艺，提高了产品性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，这些实例仅用于更好地说明本发明的技术方案，而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1：
原料：该微晶玻璃按照质量百分比有如下组成为
SiO2 53%；
MgO 22%；
CaF2 6%；
Na2O+ K2O 9%；
Li2O+ BaO 3%。
工艺：（1）配料：按照上述配比准确配料，将原料研磨，混合均匀；
（2）熔化：将配合料在1450℃下熔化，随后降温至1100℃成型（可采用的成型方法：浇注法、压延法和浮法）；
（3）退火：将上述玻璃板立即转移到500℃退火炉中，并冷却到室温；
（4）热处理：将上述玻璃板在620℃的温度下保温1h，然后将温度升高至940℃保温0.5h，升温速率为10℃/min。
实施例2：
原料：该微晶玻璃按照质量百分比有如下组成为
SiO2 55%；
MgO 24%；
CaF2 7%；
Na2O+ K2O 13%；
Li2O+ BaO 4%。
工艺：（1）配料：按照上述配比准确配料，将原料研磨成，混合均匀；
（2）熔化：将配合料在1410℃下熔化，随后降温至1050℃成型（可采用的成型方法：浇注法、压延法和浮法）；
（3）退火：将上述玻璃板立即转移到530℃退火炉中，并冷却到室温；
（4）热处理：将上述玻璃板在630℃的温度下保温1h，然后将温度升高至930℃保温0.5h，升温速率为10℃/min。
实施例3：
原料：该微晶玻璃按照质量百分比有如下组成
SiO2 56%；
MgO 23%；
CaF2 5.7%；
Na2O+ K2O 8%；
Li2O+ BaO 8%。
工艺：（1）配料：按照上述配比准确配料，将原料研磨成粉末，混合均匀；
（2）熔化：将配合料在1470℃下熔化，随后降温至1130℃成型（可采用的成型方法：浇注法、压延法和浮法）；
（3）退火：将上述玻璃板立即转移到510℃退火炉中，并冷却到室温；
（4）热处理：将上述玻璃板在610℃的温度下保温1h，然后将温度升高至1010℃保温0.5h，升温速率为10℃/min。
以上对本发明的具体实施进行描述，需要注意的是本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求范围内做出的各种变形或者修改，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.本发明涉及一种高硬度、高韧性的云母微晶玻璃，所述的微晶玻璃配料组成按照质量百分比有如下成分：
SiO2 45%-65%；
MgO 16%-26%；
CaF2 4%-10%；
Na2O+ K2O 8%-14%；
Li2O+ BaO 2%-9%。
2.根据权利要求1所述微晶玻璃，其特征在于，CaF2的质量百分比为4%-10%，优选6%。
3.根据权利要求1-2所述微晶玻璃，其特征在于，MgO 和CaF2的质量比为8：5-13：2，优选4:1。
4.根据权利要求1-3所述玻璃的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：按照上述配比准确配料，将原料研磨，混合均匀；
（2）熔化：将配合料在1400-1550℃下熔化，随后降温至1000-1200℃成型（可采用的成型方法：浇注法、压延法和浮法）；
（3）退火：将上述玻璃板立即转移到450-550℃的退火炉中，并冷却到室温，得到基础玻璃板；
（4）热处理：将上述玻璃板在550-700℃的温度下保温0.5-2h，然后将温度升高至880-1030℃保温0.5-2h，升温速率为5-16℃/min。
5.根据权利要求1-4所述微晶玻璃，其特征在于，其主晶相为云母（KAl2（AlSi3O10）F2）和透辉石（CaMg（SiO3）2），且晶相含量＞30%。
6.根据权利要求1-5所述微晶玻璃，其特征在于，其断裂韧性可达1.4-2.5 MPa m1/2 。
7.根据权利要求1-6所述微晶玻璃，其特征在于，其硬度为5.51-6.94 GPa。
8.根据权利要求1-7所述微晶玻璃，其特征在于，其会在齿科材料、建筑装饰材料和移动终端设备材料等领域有很广阔的应用前景。
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