CN111087174B - 一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷、强化玻璃陶瓷及其制备方法 - Google Patents
一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷、强化玻璃陶瓷及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111087174B CN111087174B CN201911316633.2A CN201911316633A CN111087174B CN 111087174 B CN111087174 B CN 111087174B CN 201911316633 A CN201911316633 A CN 201911316633A CN 111087174 B CN111087174 B CN 111087174B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceramic
- glass
- glass ceramic
- strengthened
- elastic modulus
- 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
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 40
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N Li2O Inorganic materials [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M dilithium;hydroxide Chemical compound [Li+].[Li+].[OH-] XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 16
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims abstract description 13
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- WVMPCBWWBLZKPD-UHFFFAOYSA-N dilithium oxido-[oxido(oxo)silyl]oxy-oxosilane Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Si](=O)O[Si]([O-])=O WVMPCBWWBLZKPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- HEHRHMRHPUNLIR-UHFFFAOYSA-N aluminum;hydroxy-[hydroxy(oxo)silyl]oxy-oxosilane;lithium Chemical compound [Li].[Al].O[Si](=O)O[Si](O)=O.O[Si](=O)O[Si](O)=O HEHRHMRHPUNLIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N lithium metasilicate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Si]([O-])=O PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052912 lithium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052670 petalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 34
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Inorganic materials [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical group [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 25
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 25
- 239000006058 strengthened glass Substances 0.000 claims description 20
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical group [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 16
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 14
- 238000003426 chemical strengthening reaction Methods 0.000 claims description 13
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 7
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 239000006064 precursor glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 2
- LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M sodium nitrite Substances [Na+].[O-]N=O LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 15
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract description 3
- 229910000500 β-quartz Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 8
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
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
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/097—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing phosphorus, niobium or tantalum
-
- 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
- C03C10/0018—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 containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents
- C03C10/0027—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 containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3, Li2O as main constituents
-
- 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
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
- C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
本发明提供了一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷主晶相为硅酸锂、二硅酸锂、透锂长石、ZrO2中的至少两种，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为18％～30％的Li2O，所述玻璃陶瓷中的晶体尺寸为10～80nm；所述玻璃陶瓷的弹性模量至少为90Gpa。其各组分包括摩尔百分比SiO255～70％、Al2O33～10％、P2O51～6％、ZrO2 0.5～5％、Na2O 0.5～5％、Li2O18～30％，Ta2O5 0～3％，所述玻璃陶瓷还含有以下至少一种氧化物CeO2 0～0.5％、SnO2 0～0.5％、B2O3 0～5％、ZnO 0～5％、MgO0～5％。本发明涉及的高Li含量微晶玻璃，网络结构紧密，获得的主晶相为二硅酸锂和β石英固溶体，因本身较高的结晶比例和晶体类型，可以获得弹性模量高于90Gpa材料，并且通过控制晶体尺寸，可得到可见光透过率高于90％的微晶玻璃材料，可用于航空飞机、高铁、地铁、轿车等视窗材料。
Description
技术领域
本发明属于玻璃制品技术领域，尤其涉及一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷。
背景技术
陶瓷玻璃又称微晶玻璃，是经过高温融化、成型、热处理而制成的一类晶相与玻璃相结合的复合材料。
具有机械强度高、热膨胀性能可调、耐热冲击、耐化学腐蚀、低介电损耗等优越性能，被广泛用于机械制造、光学、电子与微电子、航天航空、化学、工业、生物医药及建筑等领域；由于玻璃陶瓷面板的制造工艺复杂，技术要求高，高质量玻璃陶瓷生产工艺及控制技术基本上被国外所垄断，国内玻璃陶瓷生产工艺存在质量品质差、成品率低等问题。
随着无线充电和5G的逐渐普及，手机外观件需要采用非金属材料。而与玻璃相比，陶瓷具有超强的抗折强度、超常的断裂韧性、良好的刚性、高耐磨性、信号无屏蔽性等多方面优点，非常适用于智能手机后盖，符合未来外观件发展的大趋势。
弹性模量是表征材料应力与应变的关系的物理量，表示材料对变形的抵抗能力，弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。
陶瓷晶体一般有共价键和离子键结合，在室温静拉伸时，除少数几个具有简单晶体结构的晶体如KCL、MgO外，一般陶瓷晶体结构复杂，在室温下没有塑性，即弹性变形阶段结束后，立即发生脆性断裂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：普通高铝硅玻璃的弹性模量在60～75Gpa，锂铝硅玻璃的弹性模量在75～85Gpa，在抗冲击、抗弯强度等性能上有局限，尤其是在航空飞机、高铁、轿车等挡风玻璃的应用上，存在强度差易破裂的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷由玻璃基体经过热处理工艺制得，所述玻璃陶瓷主晶相为硅酸锂、二硅酸锂、透锂长石、ZrO2中的至少两种，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为18％～30％的Li2O，所述玻璃陶瓷中的晶体尺寸为10～80nm，所述玻璃陶瓷的弹性模量至少为90Gpa。
进一步的，所述玻璃陶瓷晶体尺寸优选20～60nm，所述弹性模量优选大于等于95Gpa。
进一步的，所述玻璃陶瓷以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2 55～70％、Al2O33～10％、P2O5 1～6％、ZrO2 0.5～5％、Na2O 0.5～5％、Li2O 18～30％，Ta2O5 0～3％，所述玻璃陶瓷还含有以下至少一种氧化物CeO2、SnO2、MgO、B2O3和ZnO。
进一步的，所述CeO2、SnO2、P2O5和ZnO的摩尔百分比分别为CeO2 0～0.5％、SnO2 0～0.5％、B2O3 0～5％、ZnO 0～5％、MgO 0～5％。
本发明还提供一种强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷由所述玻璃陶瓷经过化学强化处理而形成，所述强化玻璃陶瓷的弹性模量大于等于95Gpa，优选的大于等于100Gpa。
进一步的，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度在25000～60000Mpa/mm，应力深度大于等于100μm；所述强化玻璃陶瓷的表面应力大于等于300Mpa。
进一步的，所述玻璃陶瓷平均可见光透过率大于等于89％、雾度小于等于0.3％。
进一步的，所述强化玻璃陶瓷等双轴挠曲强度大于等于1200N，维氏硬度大于等于700kgf/mm2。
本发明提供一种制备所述的强化玻璃陶瓷的方法，所述强化玻璃陶瓷的方法包括如下步骤：
S1、制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
S2、对S1制得的玻璃基板进行热处理，制得玻璃陶瓷；
S3、对所述步骤S2形成的玻璃陶瓷进行离子交换制备出强化玻璃陶瓷。
进一步的，所述S2热处理工艺分两段进行，第一次热处理的温度为500-600℃，热处理时间为0.5～10小时；第二次热处理的温度为600～700℃，热处理时间为0.5～10小时。
进一步的，所述离子交换是在盐浴中进行的一次或两次化学强化，所述盐浴包括钾盐、钠盐、锂盐中的至少一种；所述钾盐为KNO3，所述钠盐为NaNO3/NaNO2，所述锂盐为LiNO3。
进一步的，所述一次化学强化的盐浴比例为：钠盐的质量分数为0.5～30％，锂盐的质量分数为0～5％，钾盐的质量分数为65～100％。
进一步的，所述一次化学强化离子交换的温度为400℃～520℃、时间为2h～20h。
进一步的，所述两次化学强化包括第一混合盐浴和第二混合盐浴；
所述第一混合盐浴NaNO3的质量分数为30％～100％，所述KNO3的质量分数为0～70％；
所述第二混合盐浴NaNO3的质量分数为0～15％，LiNO3的质量分数为0～5％，所述KNO3的质量分数为80％～100％。
进一步的，所述两次化学强化过程离子交换的温度为400℃～520℃、总时间为2h～20h。
本发明的有益效果在于：本文涉及的高Li含量微晶玻璃，网络结构紧密，获得的主晶相为二硅酸锂和β石英固溶体，因本身较高的结晶比例和晶体类型，可以获得弹性模量高于90Gpa材料；并且通过控制晶体尺寸，可得到可见光透过率高达90％的微晶玻璃材料，可用于航空飞机、高铁、地铁、轿车等视窗材料。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下文相关专用名称的解释：
CS：表示玻璃表面的应力值；
DOL：应力深度；
CT-LD：张应力线密度；
ROR：双轴挠曲强度。
一方面，本发明提供了一种高弹性模量的玻璃陶瓷，通过SiO2、Al2O3、P2O5、ZrO2、Na2O、Li2O，Ta2O5以及CeO2、SnO2、MgO、B2O3和ZnO中的至少一种氧化物制得；以所述玻璃陶瓷所含组分总量为100mol％计，各所述氧化物组分的摩尔含量满足如下关系：
所述SiO2含量在55～77％，具体的，其组成成分摩尔比含量为：
SiO2 55～70％、Al2O33～10％、P2O51～6％、ZrO2 0.5～5％、Na2O 0.5～5％、Li2O18～30％，Ta2O5 0～3％；
其他氧化物摩尔比含量为：
CeO2 0～0.5％、SnO2 0～0.5％、B2O3 0～5％、ZnO 0～5％、MgO0～5％。
制备所述玻璃陶瓷，包括：
制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
对制得的玻璃基板进行热处理，制得玻璃陶瓷；
其中热处理工艺分两段进行，第一次热处理的温度为500-600℃，热处理时间为0.5-10小时；第二次热处理的温度为600-700℃，第二次热处理时间为0.5-10小时。
所制得的玻璃陶瓷具有高于90Gpa的弹性模量，优选的，弹性模量高于95Gpa，所述玻璃陶瓷晶相的晶体尺寸在10～80nm，优选的，晶体尺寸达到20～60nm。
其玻璃陶瓷在此组分含量比例关系的前提下，对所述玻璃陶瓷进行离子交换处理强化，所述离子交换处理是在混合盐浴中进行一次或多次化学强化，包括一步离子交换和两步离子交换的化学处理方法；
一次化学强化过程中，混合盐浴中钠盐的质量分数为0.5～30％，锂盐的质量分数为0～5％，钾盐的质量分数为65～100％；所述离子交换的温度为400℃～520℃，所述离子交换的时间为2h～20h；
两次化学强化过程中，包括第一混合盐浴和第二混合盐浴，在第一混合盐浴中NaNO3的质量分数为30％～100％，KNO3的质量分数为0～70％；在第二混合盐浴中NaNO3的质量分数为0～15％，LiNO3的质量分数为0～5％，KNO3的质量分数为80％～100％；上述两次化学强化过程所处的温度在400℃～520℃之间；总时间为2h～20h。
经过强化后的玻璃陶瓷表面压缩应力深度dol≥100um，获得的张应力线密度可以达到25000～60000Mpa/mm，测试强化陶瓷玻璃表面的应力CS>300Mpa，弯曲强度双轴挠曲强度＞1200N，维氏硬度≥700kgf/mm2；强化玻璃陶瓷的弹性模量大约等于95Gpa，更加优选为100Gpa，1mm厚的所述玻璃陶瓷的可见光平均透过率大于等于89％、雾度小于等于0.3％。
下面具体公布几种玻璃陶瓷各组成成分不同摩尔含量比的实施例及强化参数及结果：
实施例1
本实施例提供一种高弹性模量的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为30％的Li2O，
具体地，以摩尔百分比计，所述玻璃陶瓷由如下组分制备而得：SiO2 55％、Al2O35％、P2O5 2％、B2O30％、MgO 1.1％、ZnO 0％、ZrO2 5％、Na2O 1.5％、Li2O30％、CeO20.3％、SnO2 1％、Ta2O50％。
第一次热处理温度500℃，时间2h；第二次热处理温度620℃，时间1h；制得以二硅酸锂+ZrO2为主晶相的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷晶体尺寸在25～30nm之间，杨氏模量110Gpa。
上述制得的玻璃陶瓷在NaNO3:KNO3:LiNO3为10:90：0的混合盐浴中以450℃的温度进行离子交换4h，所得的强化玻璃陶瓷张应力线密度为60000Mpa/mm；应力层深度为140um；表面压应力350Mpa；强化后杨氏模量115Gpa；双轴挠曲强度1800；强化后维氏硬度750kgf/mm2；透过率91.0％；雾度0.10％。
实施例2
本实施例提供一种高弹性模量的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为18％的Li2O，
具体地，以摩尔百分比计，所述玻璃陶瓷由如下组分制备而得：SiO2 70％、Al2O33％、P2O51％、B2O31％、MgO 0％、ZnO 0.5％、ZrO21.5％、Na2O 3％、Li2O18％、CeO20.05％、SnO20.15％、Ta2O51.8％。
第一次热处理温度600℃，时间0.5h；第二次而处理温度700℃，时间2h；制得以二硅酸锂+硅酸锂为主晶相的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷晶体尺寸在70～80nm之间，杨氏模量90Gpa。
上述制得的玻璃陶瓷在NaNO3:KNO3:LiNO3为100:0：0的第一混合盐浴中以450℃的温度进行离子交换3h，而后在NaNO3:KNO3:LiNO3为15:80:5的第二混合盐浴中以450℃进行离子交换2h；所得的强化玻璃陶瓷张应力线密度为55000Mpa/mm；应力层深度为125um；表面压应力550Mpa；强化后杨氏模量为95Gpa；双轴挠曲强度1200；强化后维氏硬度为760kgf/mm2；透过率89.0％；雾度0.30％。
实施例3
本实施例提供一种高弹性模量的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为20％的Li2O，
SiO2 65％、Al2O37％、P2O53％、B2O30.8％、MgO 0％、ZnO 0％、ZrO22％、Na2O 2％、Li2O 20％、CeO20.2％、SnO20％、Ta2O50％。
第一次热处理温度580℃，时间4h；第二次而处理温度650℃，时间6h；制得以二硅酸锂+透锂长石为主晶相的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷晶体尺寸在30～40nm之间，杨氏模量95Gpa。
上述制得的玻璃陶瓷在NaNO3:KNO3:LiNO3为98:2：0的第一混合盐浴中以500℃的温度进行离子交换4h，而后在NaNO3:KNO3:LiNO3为0:100:0的第二混合盐浴中以500℃进行离子交换4h；所得的强化玻璃陶瓷张应力线密度为40000Mpa/mm；应力层深度为120um；表面压应力420Mpa；强化后杨氏模量100Gpa；双轴挠曲强度300；强化后维氏硬度719kgf/mm2；透过率90.6％；雾度0.12％。
实施例4
本实施例提供一种高弹性模量的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为20.5％的Li2O，
SiO2 60％、Al2O310％、P2O56％、B2O30％、MgO 0％、ZnO 0％、ZrO22.2％、Na2O0.5％、Li2O 20.5％、CeO20.1％、SnO20.2％、Ta2O50.5％。
第一次热处理温度530℃，时间10h；第二次而处理温度640℃，时间3h；制得以透锂长石+硅酸锂为主晶相的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷晶体尺寸在10～20nm之间，杨氏模量92Gpa。
上述制得的玻璃陶瓷在NaNO3:KNO3:LiNO3为90:10：0的第一混合盐浴中以400℃的温度进行离子交换5h，而后在NaNO3:KNO3:LiNO3为2:97.5:0.5的第二混合盐浴中以400℃进行离子交换15h；所得的强化玻璃陶瓷张应力线密度为27000MPa/mm；应力层深度为130um；表面压应力500Mpa；强化后杨氏模量97Gpa；双轴挠曲强度1250；强化后维氏硬度709kgf/mm2；透过率91.8％；雾度0.09％。
实施例5
本实施例提供一种高弹性模量的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为22％的Li2O，
SiO2 62.5％、Al2O34％、P2O50％、B2O3/5％、MgO 2.5％、ZnO 0％、ZrO23.5％、Na2O1％、Li2O 22％、CeO20％、SnO2 0.5％、Ta2O50％。
第一次热处理温度550℃，时间5h；第二次而处理温度660℃，时间5h；制得以二硅酸锂+ZrO2为主晶相的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷晶体尺寸在60～70nm之间，杨氏模量100Gpa。
上述制得的玻璃陶瓷在NaNO3:KNO3:LiNO3为30:70：0的混合盐浴中以470℃的温度进行离子交换6h，所得的强化玻璃陶瓷张应力线密度为35000Mpa/mm；应力层深度为112um；表面压应力300Mpa；强化后杨氏模量105Gpa；双轴挠曲强度1550；强化后维氏硬度730kgf/mm2；透过率89.9％；雾度0.25％。
实施例6
本实施例提供一种高弹性模量的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为15％的Li2O；
SiO257.5％、Al2O36.5％、P2O50％、B2O30％、MgO 0％、ZnO 5％、ZrO2 0.5％、Na2O5％、Li2O 25％、CeO20.5％、SnO20％、Ta2O51％。
第一次热处理温度540℃，时间6h；第二次而处理温度670℃，时间0.5h；制得以二硅酸锂+透锂长石为主晶相的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷晶体尺寸在50～60nm之间，杨氏模量103Gpa。
上述制得的玻璃陶瓷在NaNO3:KNO3:LiNO3为30:70：0的第一混合盐浴中以480℃的温度进行离子交换3h，而后在NaNO3:KNO3:LiNO3为7.5:90:2.5的第二混合盐浴中以480℃进行离子交换1h；所得的强化玻璃陶瓷张应力线密度为30000Mpa/mm；应力层深度为129um；表面压应力610Mpa；强化后杨氏模量107Gpa；双轴挠曲强度1750；强化后维氏硬度760kgf/mm2；透过率90.2％；雾度0.2％。
实施例7
本实施例提供一种高弹性模量的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为15％的Li2O；
SiO2 56％、Al2O33.5％、P2O50％、B2O30％、MgO 5％、ZnO 2.5％、ZrO21％、Na2O1.6％、Li2O 27％、CeO20.2％、SnO20.2％、Ta2O53％。
第一次热处理温度520℃，时间8h；第二次而处理温度600℃，时间10h；制得以二硅酸锂+硅酸锂为主晶相的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷晶体尺寸在40～50nm之间，杨氏模量105Gpa。
上述制得的玻璃陶瓷在NaNO3:KNO3:LiNO3为0.5:99.5：0的混合盐浴中以450℃的温度进行离子交换3h所得的强化玻璃陶瓷张应力线密度为25000Mpa/mm；应力层深度为100um；表面压应力530Mpa；强化后杨氏模量110Gpa；双轴挠曲强度1600；强化后维氏硬度725kgf/mm2；透过率90.5％；雾度0.19％。
需要补充说明的是：本发明利用日本ORIHARA公司制造波导光应力仪FSM-6000LE和散射光SLP-1000应力仪分别测试强化样品表面压应力和压应力深度。以维氏硬度表征玻璃陶瓷的表面硬度。维氏硬度分别使用市售的维氏硬度仪。
综上所述，本发明提供的一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷，涉及高Li含量微晶玻璃，网络结构紧密，获得的主晶相为二硅酸锂和β石英固溶体，因本身较高的结晶比例和晶体类型，可以获得弹性模量高于90Gpa材料。并且通过控制晶体尺寸，可得到可见光透过率高于90％的微晶玻璃材料，可用于航空飞机、高铁、地铁、轿车等视窗材料。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (16)
1.一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷，其特征在于，所述玻璃陶瓷由玻璃基体经过热处理工艺制得，所述玻璃陶瓷主晶相包括ZrO2，所述玻璃陶瓷主晶相还包括硅酸锂、二硅酸锂、透锂长石中至少一种，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为18％～30％的Li2O，所述玻璃陶瓷中的晶体尺寸为10～80nm；所述玻璃陶瓷的弹性模量至少为90Gpa。
2.如权利要求1所述的具有高弹性模量的玻璃陶瓷，其特征在于，所述玻璃陶瓷晶体尺寸20～50nm，所述弹性模量大于等于95Gpa。
3.如权利要求1所述的具有高弹性模量的玻璃陶瓷，其特征在于：所述玻璃陶瓷以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2 55～70％、Al2O33～10％、Li2O18％～30％、P2O5 1～6％、ZrO2 0.5～5％、Na2O 0.5～5％、0～3％的Ta2O5，所述玻璃陶瓷还含有以下至少一种氧化物CeO2、SnO2、MgO、B2O3和ZnO。
4.如权利要求3所述的具有高弹性模量的玻璃陶瓷，其特征在于：所述CeO2、SnO2、P2O5和ZnO的摩尔百分比分别为CeO2 0～0.5％、SnO2 0～0.5％、B2O3 0～5％、ZnO 0～5％、MgO0～5％。
5.一种强化玻璃陶瓷，其特征在于：所述强化玻璃陶瓷由权利要求1-4任一项具有高弹性模量的玻璃陶瓷经过化学强化处理而形成；所述强化玻璃陶瓷的弹性模量大于等于95Gpa。
6.如权利要求5所述的强化玻璃陶瓷，其特征在于，所述强化玻璃陶瓷的弹性模量大于等于100Gpa。
7.如权利要求6所述的强化玻璃陶瓷，其特征在于，1mm厚的所述强化玻璃陶瓷的可见光平均透过率大于等于89％、雾度小于等于0.3％。
8.如权利要求7所述的强化玻璃陶瓷，其特征在于：所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度在25000～60000MPa/mm，应力深度大于等于100μm；所述强化玻璃陶瓷的表面应力大于等于300MPa。
9.如权利要求8所述的强化玻璃陶瓷，其特征在于，所述强化玻璃陶瓷等双轴挠曲强度大于等于1200N，维氏硬度大于等于700kgf/mm2。
10.一种制备如权利要求5所述的强化玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述强化玻璃陶瓷的制备方法包括如下步骤：
S1、制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
S2、对S1制得的玻璃基板进行热处理，制得玻璃陶瓷；
S3、对所述步骤S2形成的玻璃陶瓷进行离子交换制备出强化玻璃陶瓷。
11.如权利要求10所述的强化玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于：所述S2热处理工艺分两段进行，第一次热处理的温度为500～600℃，热处理时间为0.5～10小时；第二次热处理的温度为600～700℃，热处理时间为0.5～10小时。
12.如权利要求11所述的强化玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于：所述离子交换是在盐浴中进行的一次化学强化或两次化学强化，所述盐浴包括钾盐、钠盐、锂盐中的至少一种；所述钾盐为KNO3，所述钠盐为NaNO3/NaNO2，所述锂盐为LiNO3。
13.如权利要求12所述的强化玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述一次化学强化的盐浴比例为：钠盐的质量分数为0.5～30％，锂盐的质量分数为0～5％，钾盐的质量分数为65～100％。
14.如权利要求13所述的强化玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述一次化学强化离子交换的温度为400℃～520℃、时间为2h～20h。
15.如权利要求12所述的强化玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述两次化学强化的盐浴包括第一混合盐浴和第二混合盐浴；
所述第一混合盐浴中NaNO3的质量分数为30％～100％，KNO3的质量分数为0～70％；
所述第二混合盐浴中，NaNO3的质量分数为0～15％，LiNO3的质量分数为0～5％，KNO3的质量分数为80％～100％。
16.如权利要求15所述的强化玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述两次化学强化离子交换的温度为400℃～520℃、总时间为2h～20h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911316633.2A CN111087174B (zh) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | 一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷、强化玻璃陶瓷及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911316633.2A CN111087174B (zh) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | 一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷、强化玻璃陶瓷及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111087174A CN111087174A (zh) | 2020-05-01 |
| CN111087174B true CN111087174B (zh) | 2022-03-18 |
Family
ID=70395215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911316633.2A Active CN111087174B (zh) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | 一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷、强化玻璃陶瓷及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111087174B (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111620555B (zh) * | 2020-05-27 | 2022-07-29 | 维达力实业（赤壁）有限公司 | 微晶玻璃及其钢化方法和应用 |
| CN112321162B (zh) * | 2020-11-13 | 2023-05-30 | 重庆鑫景特种玻璃有限公司 | 蓝紫光低透过率玻璃陶瓷及其制备方法、玻璃制品 |
| CN112408803B (zh) * | 2020-12-09 | 2023-01-20 | 河北光兴半导体技术有限公司 | 一种晶种增韧锂铝硅酸微晶玻璃复合材料及其制备方法 |
| CN116589193A (zh) * | 2021-01-29 | 2023-08-15 | 重庆鑫景特种玻璃有限公司 | 憎水憎油性优异的镀膜微晶玻璃及其制法 |
| CN114835400B (zh) * | 2021-01-30 | 2023-03-31 | 华为技术有限公司 | 化学强化微晶玻璃及其制备方法和电子设备 |
| CN113402172B (zh) * | 2021-08-06 | 2023-09-22 | 成都光明光电有限责任公司 | 玻璃陶瓷和玻璃陶瓷制品 |
| CN113387586A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-09-14 | 成都光明光电股份有限公司 | 微晶玻璃、微晶玻璃制品及其制造方法 |
| CN113831019B (zh) * | 2021-08-31 | 2023-05-30 | 重庆鑫景特种玻璃有限公司 | 一种微晶玻璃及防护件 |
| CN114262156A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-04-01 | 深圳旭安光学有限公司 | 一种结晶玻璃、强化结晶玻璃及其制备方法 |
| CN114230183B (zh) * | 2021-12-24 | 2024-01-12 | 晋城市光机电产业协调服务中心(晋城市光机电产业研究院) | 陶瓷玻璃、曲面陶瓷玻璃及其制备方法 |
| WO2023206002A1 (zh) * | 2022-04-25 | 2023-11-02 | 清远南玻节能新材料有限公司 | 微晶玻璃、强化玻璃及其制备方法与应用 |
| CN115028365B (zh) * | 2022-06-24 | 2023-08-08 | 成都光明光电有限责任公司 | 玻璃陶瓷、玻璃陶瓷制品及其制造方法 |
| CN117466535A (zh) * | 2022-07-22 | 2024-01-30 | 重庆鑫景特种玻璃有限公司 | 一种耐酸碱性优异的微晶玻璃及其制备方法和用途 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012020921A (ja) * | 2010-06-18 | 2012-02-02 | Asahi Glass Co Ltd | ディスプレイ装置用のガラスおよびガラス板 |
| CN115259673A (zh) * | 2014-10-08 | 2022-11-01 | 康宁股份有限公司 | 具有透锂长石和硅酸锂结构的高强玻璃-陶瓷 |
| JP2019123658A (ja) * | 2018-01-19 | 2019-07-25 | Ａｇｃ株式会社 | 化学強化ガラスの製造方法および化学強化ガラス |
| CN112166091A (zh) * | 2018-06-01 | 2021-01-01 | 日本电气硝子株式会社 | 强化玻璃以及强化用玻璃 |
| CN110104954B (zh) * | 2019-05-28 | 2022-08-23 | 科立视材料科技有限公司 | 一种低温晶化的可离子交换玻璃陶瓷 |
| CN110510879A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-29 | 成都光明光电股份有限公司 | 微晶玻璃制品、微晶玻璃及其制造方法 |
-
2019
- 2019-12-19 CN CN201911316633.2A patent/CN111087174B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111087174A (zh) | 2020-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111087174B (zh) | 一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷、强化玻璃陶瓷及其制备方法 | |
| KR102536351B1 (ko) | 페탈라이트 및 리튬 실리케이트 구조를 갖는 고강도 유리-세라믹 | |
| JP7258555B2 (ja) | 高強度の超薄ガラスおよびその製造方法 | |
| KR20220065854A (ko) | 리튬-지르코늄계 알루미노실리케이트 유리, 강화유리, 이의 제조방법 및 표시장치 | |
| CN101508524B (zh) | 适于化学钢化的玻璃及其化学钢化玻璃 | |
| WO2021135992A1 (zh) | 一种高晶体含量的微晶玻璃及其制备方法 | |
| CN111320391B (zh) | 一种无色透明堇青石微晶玻璃及其制备方法 | |
| KR20220117309A (ko) | 다결정핵 복합 투명 유리 세라믹 및 그 제조 방법 | |
| CN108503213B (zh) | 铝硅酸盐玻璃及强化玻璃 | |
| CN102745896A (zh) | 用来制造化学强化玻璃的方法以及用于化学强化的玻璃 | |
| WO2008044694A1 (en) | Reinforced glass substrate | |
| US10669187B2 (en) | Pink aluminosilicate glass | |
| JPS6364944A (ja) | 化学強化ガラス | |
| CN102351420B (zh) | 一种高强度超薄浮法玻璃 | |
| CN107673602B (zh) | 一种可高效化学强化的无碱土金属氧化物的高碱铝硅酸盐玻璃 | |
| US3485702A (en) | Mechanical strengthening of glass by ion exchange | |
| CN111099841B (zh) | 一种可以缩小玻璃尺寸的强化工艺 | |
| WO2022166028A1 (zh) | 铝硅酸盐强化玻璃及其制备方法 | |
| US9789665B2 (en) | Alkali-aluminosilicate glass | |
| CN110937823B (zh) | 一种可以减少翘曲和尺寸膨胀的玻璃强化工艺 | |
| CN112142323B (zh) | 具有表面裂纹修复能力的锂铝硅酸盐玻璃及其制备方法 | |
| JP2023504787A (ja) | ３次元ガラスセラミック物品及びその製造方法 | |
| CN115490423B (zh) | 铝硅酸盐玻璃及其制备方法 | |
| JP7339605B2 (ja) | アルミノケイ酸塩ガラス | |
| CN111116040A (zh) | 一种具有非单一表面压应力斜率的钢化玻璃制品及其制备方法 |
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 | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200811 Address after: 404100 No.78, Yunwu Road, Beibei District, Chongqing Applicant after: Xiameixi technology partnership (L.P.) of Liangjiang New District, Chongqing Address before: 3, building 4, 518000, Baohua Industrial Park, 45 Hua Sheng Road, Longhua New District, Guangdong, Shenzhen Applicant before: Shenzhen Donglihua Technology Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200902 Address after: No.5-138, Yunhan Avenue, Shuitu hi tech Industrial Park, Beibei District, Chongqing Applicant after: CHONGQING XINJING SPECIAL GLASS Co.,Ltd. Address before: 404100 No.78, Yunwu Road, Beibei District, Chongqing Applicant before: Xiameixi technology partnership (L.P.) of Liangjiang New District, Chongqing |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |