CN111592225A - 锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷、其制备方法及产品 - Google Patents

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CN111592225A CN202010359081.XA CN202010359081A CN111592225A CN 111592225 A CN111592225 A CN 111592225A CN 202010359081 A CN202010359081 A CN 202010359081A CN 111592225 A CN111592225 A CN 111592225A
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罗恺
袁晓波
刘庆
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Abstract

一种锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包括玻璃相和混合于所述玻璃相中的结晶相；所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包括以下质量分数的组分：40％‑75％的二氧化硅、5％‑35％的氧化铝、2％‑20％的氧化钠、2％‑20％的氧化锂以及1％‑10％的二氧化钛。本申请还提供一种所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的制备方法以及包括所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的产品。

Description

锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷、其制备方法及产品
技术领域
本申请涉及化工领域，尤其涉及一种锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷、其制备方法及产品。
背景技术
当前，随着5G通信、无线充电及柔性OLED曲面屏等高新技术的蓬勃发展，人们对手机、平板电脑等3C智能产品的外观及性能有了更高的要求。在材料应用方面，传统的金属材料会对信号传输造成屏蔽或干扰作用；塑料材质特性较差，且较难满足人们对于中高端手机外观要求，从而无机非金属透明材料成为显示盖板的主流材质，如玻璃和陶瓷。而陶瓷造价成本高且不易加工，目前应用较广泛的是铝硅酸盐玻璃盖板，但透明度较低，且具有较高的热膨胀系数。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种透明度高、热膨胀系数低的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，以解决上述问题。
另，还有必要提供一种所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的制备方法。
另，还有必要提供一种产品。
一种锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包括玻璃相和混合于所述玻璃相中的结晶相；所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包括以下质量分数的组分：40％-75％的二氧化硅、 5％-35％的氧化铝、2％-20％的氧化钠、2％-20％的氧化锂以及1％-10％的二氧化钛。
在本申请一实施方式中，所述结晶相中包括主晶相，所述主晶相选自β-石英固溶体、β-锂辉石、二硅酸锂、偏硅酸锂、尖晶石、莫来石以及霞石中的至少一种；所述主晶相的质量大于或等于所述结晶相总质量的90％。
在本申请一实施方式中，每种所述主晶相在所述主晶相中的质量分数大于或等于5％。
在本申请一实施方式中，所述主晶相包括β-石英固溶体，所述β-石英固溶体的质量大于或等于所述结晶相总质量的50％。
在本申请一实施方式中，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为0％-10％的氧化镁以及0％-10％的氧化锌。
在本申请一实施方式中，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为0％-10％的五氧化二磷以及0％-8％的氧化锆。
在本申请一实施方式中，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为0％-5％的二氧化锡、0％-5％的氧化锑以及0％-5％的三氧化二砷。
在本申请一实施方式中，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷中还包括质量分数为0％-10％的氧化钙、0％-10％的氧化钡、0％-8％的氧化硼以及0％-8％的三氧化二铁。
一种锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
将二氧化硅、氧化铝、氧化钠、氧化锂以及二氧化钛按比例混合后进行熔融处理，得到熔融物；
将所述熔融物进行成型，得到一半成品；以及
将所述半成品进行热处理，使得结晶相析出，从而得到所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷。
在本申请一实施方式中，所述热处理包括第一阶段热处理以及第二阶段热处理，所述第一阶段热处理的温度为600℃-950℃，所述第一阶段热处理的时间为0.5h-12h，所述第二阶段热处理的温度为700℃-1250℃，所述第二阶段热处理的时间为0.5h-12h。
一种产品，所述产品包括所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷。
本申请提供的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包括结晶相，所述结晶相有利于防止锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷内部产生裂纹或微裂纹的扩展，提升了锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的强度以及断裂韧性；另外，通过设计不同的结晶相，发挥各自结晶相的优势，以提升锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的性能；通过不同成分的配比，能够在保持锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的机械强度、表面硬度以及耐磨抗冲击等性能不降低的情况下，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷具有较低的热膨胀系数以及较高的透明度。
如下具体实施方式进一步说明本申请。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面的具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。
本申请实施例提供一种锂铝硅纳米晶透明陶瓷，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包含玻璃相以及结晶相，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷是由特定组成的玻璃经过热处理后，在玻璃相中结晶并生长出结晶相，从而形成具有玻璃相以及结晶相的复合材料。其中，所述结晶相细小且均匀分布于所述玻璃相中，从而使所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷具有优异的性能。
所述结晶相中的晶粒粒径为小于或等于100nm。
优选地，所述结晶相中的晶粒粒径为小于或等于20nm。
所述结晶相包括主晶相，所述主晶相的质量大于或等于所述结晶相总质量的90％。其中，所述主晶相可以选自β-石英固溶体、β- 锂辉石(Li2O.Al2O3.nSiO2)、二硅酸锂(Li2Si2O5)、偏硅酸锂 (Li2SiO3)、尖晶石、莫来石以及霞石中的至少一种，即，所述主晶相可以由一种或者一种以上晶体组成。其中，二硅酸锂与偏硅酸锂均属亚稳态晶体，可以向β-石英相转化。在一具体实施例中，所述主晶相为锂霞石(Li2O.Al2O3.2SiO2)，所述钾霞石为所述β-锂辉石中的一种。
所述结晶相中还包括次晶相，所述次晶相可以选自β-石英固溶体、β-锂辉石、二硅酸锂、偏硅酸锂、尖晶石、莫来石以及霞石中的至少一种，且在同一种锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷中，所述次晶相不同于所述主晶相。其中，每种所述次晶相的质量均小于所述结晶相总质量的5％，即每种所述主晶相的质量均大于或等于所述结晶相总质量的5％。
优选地，当所述主晶相中仅含有一种晶体时，所述主晶相为β- 石英固溶体、β-锂辉石或者二硅酸锂中的一种。当所述主晶相中含有两种或者两种一种的晶体时，则所述主晶相可以是β-石英固溶体与锂辉石、β-石英固溶体与尖晶石、β-石英固溶体与莫来石或者β- 石英固溶体与霞石等。
优选地，锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷中的主晶相包括β-石英固溶体，所述β-石英固溶体的质量大于或等于所述结晶相总质量的 50％，所述β-石英固溶体的质量大于或等于所述主晶相总质量的 45％。其中，β-石英固溶体具有较高的透过率以及超低的热膨胀系数，以β-石英固溶体为主晶相，有利于提高锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的透过率以及降低热膨胀系数。
结晶相的存在，一方面，阻碍了锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷内部产生裂纹或微裂纹的扩展，提升锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的强度，并提高了锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的断裂韧性；另一方面，不同的结晶相具有各异的优良性能，多种结晶相的组合，使得锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷也因晶相种类及含量不同而具有各异的优良特性，在机械强度、表面硬度、热膨胀性能、耐化学腐蚀、耐磨抗冲击及热稳定性等方面表现优越。所述锂铝硅纳米晶透明陶瓷尤其在高强度、高硬度、高抗冲击性及耐热稳定性等性能具有突出优势。
所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包括以下质量分数的组分： 40％-75％的二氧化硅(SiO2)、5％-35％的氧化铝(Al2O3)、2％-20％的氧化钠(Na2O)、2％-20％的氧化锂(Li2O)以及1％-10％的二氧化钛(TiO2)。
所述SiO2用于构成所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的基础骨架，SiO2含量过低会使得锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷中生成的晶相不稳定或结构变粗，且会使得锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷缺少光泽甚至失透，而SiO2含量过高会使得原料难以熔融，使得锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷制备过程需要较高的熔融温度，因此，SiO2的质量分数应控制在40％-75％之间。
所述Al2O3用于增加锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的机械强度和稳定性。但是，当Al2O3含量过高时可能导致锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷熔融过程发生困难或其透过率降低，因此，Al2O3的质量分数应控制在5％-35％之间。
所述Na2O作为锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷结构网络外的氧化物，可以有效降低锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的粘度以降低熔融温度。但是，过量的Na2O会使得锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的热膨胀系数变大，进而导致锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的机械强度和化学稳定性降低；因此，Na2O的质量分数控制在2％-20％之间。
所述Li2O是作为所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的重要成分之一，所述Li2O用于调节锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的结构和性能。
所述TiO2作为成核剂，有利于促进晶体的析出以及晶体析出后稳定存在。
进一步地，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为 0％-10％的氧化钾(K2O)，所述K2O的作用同Na2O，作为锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷结构网络外的氧化物，可以进一步有效降低锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的粘度以降低熔融温度。
进一步地，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为 0％-10％的氧化镁(MgO)以及0％-10％的氧化锌(ZnO)，所述MgO 以及所述ZnO用于使锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷形成高强度、稳定的结晶相，且所述MgO和所述ZnO还可以增强纳米晶玻璃陶瓷的机械强度和化学稳定性。
进一步地，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为 0％-10％的氧化钙(CaO)、0％-10％的氧化钡(BaO)、0％-10％的氧化硼(B2O3)以及0％-8％的三氧化二铁(Fe2O3)。所述CaO、BaO、 B2O3以及Fe2O3作为助熔剂，可以有效降低原料熔融的温度以及熔融液的粘度。其中，所述Fe2O3还可以作为成核剂，有利于促进晶体的析出以及晶体析出后稳定存在，过多的Fe2O3(大于8％)会影响锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的透明度，因此Fe2O3的质量分数控制在0％-8％。
进一步地，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为 0％-10％的五氧化二磷(P2O5)以及0％-8％的氧化锆(ZrO2)，所述 P2O5以及所述ZrO2作为成核剂，有利于促进晶体的析出以及晶体析出后稳定存在。
进一步地，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为 0％-5％的二氧化锡(SnO2)、0％-5％的氧化锑(Sb2O3)、0％-5％的三氧化二砷(As2O3)。所述SnO2、Sb2O3以及As2O3作为澄清剂，有利于在锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷制备过程中，促进熔融后的原料澄清和均化，有利于提高锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的致密性。
进一步地，含氟化合物也可以作为澄清剂，例如氟化钙(CaF2)。
所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷在可见光为400nm-760nm范围内透过率大于或等于91％。
所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的线性热膨胀系数为20*10-7/ ℃-90*10-7/℃，且所述热膨胀系数可以根据调节锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷中个成分以及比例进行调整。
所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的密度为2.3g/cm3-2.6g/cm3。
所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷可进行表面研磨与抛光处理，锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷表面粗糙度最小可小于或等于1nm。
所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷可进行强化处理，强化后的表面压应力(CS)为300MPa-1200Mpa。所制得的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷化学增强效果好，其中，霞石晶体可进行离子交换在晶体表面形成压应力层，压应力层厚度(DOL)为40μm-150μm，强化后抗弯强度大于或等于1000MPa，抗冲击强度大于或等于2.5J，相较于普通铝硅酸玻璃强化后，其抗冲击强度约高出一倍。
所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷在强化前的维氏硬度大于或等于638kgf/mm2，强化后的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的维氏硬度大于或等于860kgf/mm2。
所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还可以再热成型为多曲面或 3D曲面结构等。所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还可以加工成不同产品的形状，例如屏幕盖板、手表盖、表盘、镜头等。
本申请还提供一种所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将上述原料按比例混合并置于一反应釜中，将混合后的所述原料熔融，得到熔融物。
其中，所述原料均为氧化物，所述原料的纯度大于或等于 99.5％。所述原料中至少包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO以及P2O5。
具体地，按一定的比例称取所述原料，然后在混料机中进行混合；将混合后的所述原料投至熔炼炉中，加热至1200℃-1800℃，以使所述原料熔融，得到所述熔融物。
优选的，将混合后的所述原料加热先加热至1400℃-1600℃以使所述原料熔融，然后再加热至1500℃-1700℃并保温2h-10h，以使熔融物澄清并均化。其中澄清是为了去除加热过程中产生的气体以及杂质，均化是为了消除熔融物中的不均匀体。
步骤S2：将所述熔融物进行成型，得到一半成品。
成型的方式有多种，例如将熔融的所述熔融物通过流道注入一模具中冷却成型，或者将熔融的所述熔融物供给成型机压制成型，或者将熔融的所述熔融物沿流料槽流出至平面台，用耐热辊压延成平板型材，或者将熔融的所述熔融物沿着耐火板拉制成平板型材等。以上仅供举例说明，并不以此为限定，本领域技术人员可以根据需要进行调整，以得到需要的产品形状，所述产品包括但不限于器皿、杯具及厨具等，所述形状包括但不限于长方体以及圆柱体等。
在成型过程中需控制好所述熔融物在冷却过程，防止冷却时受热不均匀而引起结构以及性能的差异性。
步骤S3：将所述半成品进行热处理，使得结晶相析出。
具体的，将所述半成品置于一晶化炉中，首先将控制在600℃ -950℃，并保温0.5h-12h，以进行第一阶段热处理，在此过程中，析出晶体。然后将温度控制在700℃-1250℃，并保温0.5h-12h，以进行第二阶段热处理，在此过程中，析出的晶体长大。最后冷却至常温，得到所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷。其中，在热处理过程中，晶体在析出和长大过程中需要严格控制温度、时间以及升温速率，不同的晶体晶型所需要的温度和时间会有一定的差异。
在本申请一实施方式中，所述第一阶段热处理的温度为600℃ -850℃，第一阶段热处理的时间为0.5h-8h，所述第二阶段热处理的温度为700℃-950℃，第二阶段热处理的时间为0.5h-8h。在本实施方式中，制备的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的主晶相为β-石英固溶体，即β-石英固溶体的质量大于或等于所述结晶相总质量的90％，其中，所述β-石英固溶体的粒径小于或等于20nm；结晶相中还具有少量的β-锂辉石、尖晶石、霞石、二硅酸锂以及偏硅酸锂等次晶相，β-锂辉石、尖晶石、霞石、二硅酸锂以及偏硅酸锂等次晶相的质量均小于所述结晶相总质量的5％。其中，随着热处理的温度进一步升高，β-石英固溶体会向β-锂辉石晶体转化，β-锂辉石晶粒尺寸相对较大，且随着β-锂辉石晶体结晶度的提高，锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷会出现失透现象，呈半透明状态，因此需控制热处理的温度。
在本申请一实施方式中，所述第一阶段热处理的温度为650℃ -850℃，第一阶段热处理的时间为0.5h-10h，所述第二阶段热处理的温度为700℃-950℃，第二阶段热处理的时间为0.5h-10h。在本实施方式中，制备的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的主晶相为β-石英固溶体与尖晶石，即β-石英固溶体与尖晶石的总质量大于或等于所述结晶相总质量的90％，其中，β-石英固溶体与尖晶石的质量比为 1:1-15:1；结晶相中还具有少量的β-锂辉石、二硅酸锂、偏硅酸锂以及霞石等次晶相，β-锂辉石、二硅酸锂、偏硅酸锂以及霞石等次晶相的质量均小于所述结晶相总质量的5％。其中，尖晶石晶体具有较高的机械强度和较高的表面硬度等优点，主晶相中包括β-石英固溶体与尖晶石，在具有较低的热膨胀系数以及较高的透过率的基础上，能够进一步提升锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的机械强度和抗冲击性能。
在本申请一实施方式中，所述第一阶段热处理的温度为600℃ -800℃，第一阶段热处理的时间为0.5h-8h，所述第二阶段热处理的温度为700℃-900℃，第二阶段热处理的时间为0.5h-8h。在本实施方式中，制备的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的主晶相为β-石英固溶体与霞石，即β-石英固溶体与霞石的总质量大于或等于所述结晶相总质量的90％，其中，β-石英固溶体与霞石的质量比为1:1-15:1；结晶相中还具有少量的尖晶石、二硅酸锂以及偏硅酸锂等次晶相，尖晶石、二硅酸锂以及偏硅酸锂等次晶相的质量均小于所述结晶相总质量的5％。
在本申请一实施方式中，所述第一阶段热处理的温度为650℃ -850℃，第一阶段热处理的时间为1h-8h，所述第二阶段热处理的温度为750℃-950℃，第二阶段热处理的时间为1h-8h。在本实施方式中，制备的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的主晶相为β-石英固溶体与莫来石，即β-石英固溶体与莫来石的总质量大于或等于所述结晶相总质量的90％，其中，β-石英固溶体与莫来石的质量比为1:1-15:1；结晶相中还具有少量的尖晶石、霞石、二硅酸锂以及偏硅酸锂等次晶相，尖晶石、霞石、二硅酸锂以及偏硅酸锂等次晶相的质量均小于所述结晶相总质量的5％。其中，莫来石晶体具有高硬度、耐高温的特性，主晶相中包括β-石英固溶体与莫来石，在具有较低的热膨胀系数以及较高的透过率的基础上，能够进一步提升锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的硬度和耐高温性能。
请参阅表1，为热处理的条件以及制备的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的主晶相的种类。
表1
Figure RE-GDA0002589463920000121
进一步的，所述制备方法还包括对所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷进行切割、表面处理及强化等后处理步骤。
切割所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷获得一定形状的产品后，进行打磨、抛光等表面处理步骤，以去除锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷表面的杂质以及缺陷。
进一步地，通过强化处理步骤以增强所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的性能。在一实施方式中，将所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷置于一熔盐中进行离子交换，所述熔盐中包括钾盐(例如硝酸钾) 或者钠盐(例如硝酸钠)，以在所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷表面形成压应力层，达到增强效果，例如，部分霞石在硝酸钾熔盐中进行离子交换形成钾霞石，钾霞石生长于霞石周围，从而达到增强效果。在另一实施方式中，还可以通过在所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷涂覆涂层，以增强所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的性能。
本申请还提供一种产品，所述产品包括所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，例如，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷可以制成所述产品的背壳。所述产品可以是消费性电子产品(如移动通信装置、平板电脑、笔记本电脑等)、电动工具、无人机、储能装置、动力装置以及光学镜头等，也可以是机械磁盘、仪表盘、牙科材料、厨具、设备仪器等，以上仅为举例说明，并不以此为限制。
以下通过具体的实施例来对本申请进行说明。
实施例
按照以下组分以及质量比称取原料并混合：52％的SiO2、21％的Al2O3、8.5％的Na2O、0.5％的K2O、2％的MgO、0.5％的CaO、 6％的Li2O、1％的ZnO、0.5％的BaO、0.5％的Fe2O3、1.5％的TiO2、 5％的P2O5、0.5％的ZrO2、0.1％的Sb2O3以及0.4％的As2O3。将混合后的原料倒入熔炼炉，逐步加热至1600℃以使原料呈熔融，然后继续加热至1650℃保温8h，以使熔融液澄清、均化，得到所述熔融物。将所述熔融物置于模具中冷却成型，得到半成品。
然后将所述半成品放入晶化炉进行热处理。首先，以一定的升温速率将晶化炉加热至750℃，保温3h；然后再以一定的升温速率将晶化炉加热至850℃，保温2h，冷却至合适温度后取出，并对制得的材料置于一熔盐中进行离子交换以进行强化处理，得到所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷。
对比例1
按照以下组分以及质量比称取原料并混合：48％的SiO2、26％的Al2O3、10％的Na2O、0.5％的K2O、2％的MgO、0.5％的CaO、 4％的Li2O、1.5％的ZnO、0.4％的B2O3、0.1％的Fe2O3、0.3％的TiO2、 6％的P2O5、0.1％的ZrO2以及0.1％的SnO2。将混合后的原料倒入熔炼炉，逐步加热至1600℃以使原料呈熔融，然后继续加热至1650 ℃保温8h，以使熔融液澄清、均化，得到所述熔融物。将所述熔融物置于模具中冷却成型，得到半成品。
然后将所述半成品放入晶化炉进行热处理。首先，以一定的升温速率将晶化炉加热至600℃，保温4h；冷却至合适温度后取出，并对制得的材料置于一熔盐中进行离子交换以进行强化处理，得到所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷。
对比例2
按照以下组分以及质量比称取原料并混合：58％的SiO2、27％的Al2O3、8％的Na2O、0.3％的K2O、3％的MgO、0.1％的CaO、2.5％的ZnO、0.2％的Fe2O3、0.3％的TiO2、0.2％的P2O5以及0.1％的SnO2。将混合后的原料倒入熔炼炉，逐步加热至1600℃以使原料呈熔融，然后继续加热至1650℃保温8h，以使熔融液澄清、均化，得到所述熔融物。将所述熔融物置于模具中冷却成型，得到半成品。
然后将所述半成品放入晶化炉进行热处理。首先，以一定的升温速率将晶化炉加热至600℃，保温4h；冷却至合适温度后取出，并对制得的材料置于一熔盐中进行离子交换以进行强化处理，得到所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷。
对实施例以及对比例1-2制备的材料进行测试，所述测试包括对材料中的晶体测试以及对材料进行性能测试，所述性能测试包括材料的热膨胀系数、透过率、密度、强化前的维氏硬度、强化后的维氏硬度、抗冲击强度以及抗弯强度测试。请参阅表2，表2为上述材料的性能测试结果。
表2
Figure RE-GDA0002589463920000141
Figure RE-GDA0002589463920000151
从表2的测试结果可以看出，实施例制备的材料中有晶体析出，晶体中的主晶相为β-石英固溶体；而对比例1以及对比例2制备的材料中无晶体析出。从性能测试结果看出，实施例制备的材料的热膨胀系数较低，相较于对比例1以及对比例2具有较大的改善，且实施例制备的材料的透过率较高，在91％以上；材料的维氏硬度(强化后)、抗冲击强度以及抗弯强度相较于对比例1以及对比例2均具有较大的提升，其中，实施例制备的材料在强化前的维氏硬度低于对比例1，但是在强化后，其维氏硬度大幅度提升，这是由于实施例制备的材料中含有大量的β-石英固溶体，β-石英固溶体中具有锂离子，锂离子可以与钠离子和/或钾离子进行离子交换后形成的晶体能够起到强化作用。
本申请提供的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包括结晶相，所述结晶相有利于防止锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷内部产生裂纹或微裂纹的扩展，提升了锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的强度以及断裂韧性；另外，通过设计不同的结晶相，发挥各自结晶相的优势，以提升锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的性能；通过不同成分的配比，能够在保持锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的机械强度、表面硬度以及耐磨抗冲击等性能不降低的情况下，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷具有较低的热膨胀系数以及较高的透明度。
以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，其特征在于，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包括玻璃相和混合于所述玻璃相中的结晶相；所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷包括以下质量分数的组分：40％-75％的二氧化硅、5％-35％的氧化铝、2％-20％的氧化钠、2％-20％的氧化锂以及1％-10％的二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，其特征在于，所述结晶相中包括主晶相，所述主晶相选自β-石英固溶体、β-锂辉石、二硅酸锂、偏硅酸锂、尖晶石、莫来石以及霞石中的至少一种；所述主晶相的质量大于或等于所述结晶相总质量的90％。
3.根据权利要求2所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，其特征在于，每种所述主晶相在所述主晶相中的质量分数大于或等于5％。
4.根据权利要求3所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，其特征在于，所述主晶相包括β-石英固溶体，所述β-石英固溶体的质量大于或等于所述结晶相总质量的50％。
5.根据权利要求1所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，其特征在于，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为0％-10％的氧化镁以及0％-10％的氧化锌。
6.根据权利要求1所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，其特征在于，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为0％-10％的五氧化二磷以及0％-8％的氧化锆。
7.根据权利要求1所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，其特征在于，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷还包括质量分数为0％-5％的二氧化锡、0％-5％的氧化锑以及0％-5％的三氧化二砷。
8.根据权利要求1所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷，其特征在于，所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷中还包括质量分数为0％-10％的氧化钙、0％-10％的氧化钡、0％-8％的氧化硼以及0％-8％的三氧化二铁。
9.一种如权利要求1至8任意一项所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的制备方法，其中，包括以下步骤：
将二氧化硅、氧化铝、氧化钠、氧化锂以及二氧化钛按比例混合后进行熔融处理，得到熔融物；
将所述熔融物进行成型，得到一半成品；以及
将所述半成品进行热处理，使得结晶相析出，从而得到所述锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷。
10.根据权利要求9所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷的制备方法，其特征在于，所述热处理包括第一阶段热处理以及第二阶段热处理，所述第一阶段热处理的温度为600℃-950℃，所述第一阶段热处理的时间为0.5h-12h，所述第二阶段热处理的温度为700℃-1250℃，所述第二阶段热处理的时间为0.5h-12h。
11.一种产品，其特征在于，所述产品包括权利要求1至8任意一项所述的锂铝硅酸盐纳米晶透明陶瓷。
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