CN112745027A - 一种仿玉微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种仿玉微晶玻璃及其制备方法，属于微晶玻璃技术领域。所述的仿玉微晶玻璃包含以下原料：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、ZnO、P2O5、ZrO2；所述SiO2的含量小于62％，CaO的含量大于18％，Na2O+K2O的含量为8‑16％，P2O5+ZrO2的用量为5‑16％。本发明的微晶玻璃用于绿色环保装饰材料，具有板面平整洁净、色调均匀一致、文理清晰雅致、光泽柔和晶莹、不吸水防污染、耐酸碱抗老化、绿色环保、无放射线毒害的特点，是当今世界高档，豪华装饰材料的代表，可广泛用于宾馆、商场、写字楼、地铁站、飞机场、别墅等高端建筑的内外墙面、地面、柱面及台面的装饰装修。
Description
技术领域
本发明属于微晶玻璃技术领域，具体涉及一种仿玉微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
微晶玻璃是当今世界方兴未艾的新型无机材料，是玻璃家庭中的新秀。它的学名叫做玻璃陶瓷，也叫微晶石，具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃是通过将玻璃进行一定的热处理，使内部析出均匀的晶相，从而比陶瓷光亮，比玻璃强度高。它的硬度可制得比钢还硬，如果用一根微晶玻璃管当榔头，可以把钉子敲进木头里，玻璃管却丝毫无损。它也几乎受热不涨，遇冷不缩，将微晶玻璃杯放在冰块上，再倒入沸水中，玻璃杯依然无漾，用他做的刀具，能够削铁如泥，用它做导弹头的外罩，能够抵得住高速飞行产生的高温，它也是一种绿色环保装饰材料，具有板面平整洁净，色调均匀一致，文理清晰雅致，光泽柔和晶莹，色彩绚丽璀璨，不吸水防污染，耐酸碱抗老化，绿色环保，无放射线毒害的优良物质，是当今世界高档，豪华装饰材料的代表，广泛用于宾馆，商场，写字楼，地铁站，飞机场，别墅等高端建筑的内外墙面，地面，柱面及台面的装饰装修。根据微晶玻璃的组成结构不同，它在建筑，军工，生物科学等多方面都有应用，应用前景广阔。
发明专利“高逼真度仿玉微晶玻璃陶瓷复合板制备方法，专利号：201210196180.6”公开了一种仿玉微晶玻璃，该仿玉微晶玻璃中含有氟化物，氟化物污染环境，破坏臭氧层，对人有害，并且对耐火材料腐蚀很大，极大降低窑炉使用年限。
发明内容
本发明通过提供一种仿玉微晶玻璃及其制备方法，解决了如何提供一种不含氟化物的仿玉微晶玻璃的技术问题。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种仿玉微晶玻璃，所述仿玉微晶玻璃包含以下原料：SiO2、Al2O3、CaO、 MgO、Na2O、K2O、ZnO、P2O5、ZrO2；所述SiO2的含量小于62％，CaO的含量大于18％，Na2O+K2O的含量为8-16％，P2O5+ZrO2的用量为5-16％。
优选的，所述仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO248-62％、Al2O32-10％、CaO 18-25％、MgO 1-4％、Na2O6-10％、K2O2-6％、ZnO 0.5-2％、 P2O52-8％、ZrO23-8％。
优选的，所述仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO250％、Al2O36％、CaO20％、MgO 2％、Na2O8％、K2O4％、ZnO 1％、P2O54％、ZrO25％。
本发明还提供一种所述的仿玉微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：按质量百分比称量原料，SiO248-62％、Al2O32-10％、CaO 18-25％、MgO 1-4％、Na2O6-10％、K2O2-6％、ZnO 0.5-2％、P2O52-8％、ZrO23-8％，混合均匀，得到配合料；
(2)基础玻璃的制备：将步骤(1)得到的配合料于1400-1450℃温度下进行熔制，将熔制好的玻璃液的温度降至1000-1100℃，经过压延机成型后，得到基础玻璃；
(3)将得到的基础玻璃送入晶化窑炉，经过620-720℃核化2-3小时，780-880℃晶化3-5小时，退火处理后，在经过切割，抛光处理，得到成品微晶玻璃。
本发明的作用原理为：
SiO2和Al2O3作为微晶玻璃的强度的支架，在配合料中，Al2O3含量不能太高，否则形成的[AlO4]会引起补网作用，抑制玻璃的分相与析晶，但Al2O3含量太少，导致原料中SiO2和Al2O3含量减少，会降低玻璃的稳定性。为保证微晶玻璃制品的精细结构，必须使晶体的生长速度和晶核的生长速度与温度的关系曲线，即lr曲线和Iv曲线有一定的重叠区，同时希望核化速率最大的温度区段与晶化速率最大的温度区段之差较小，以有利于晶化过程，为此必须引入适当的稳定剂，这里主要采用 SiO2，以增加熔体高温粘度，减缓高温析晶倾向，但SiO2含量过高，则粘度又太大，对结晶又有不利影响。
CaO对熔体结晶能力影响相当大。以往的研究表明，CaO含量低于18％时，制品结晶能力很差，甚至不结晶；CaO含量超过27％时则料性太短，成型时温度高、粘度小，难以压延成型，一般引入18％-25％。
MgO可以使玻璃中产生一定量的透辉石，MgO含量过多，会增大透辉石在主晶相中的相对含量，降低微晶玻璃的最终物化性能。
Na2O和K2O可调节玻璃料性并拓宽玻璃的分相范围，引人适量的R2O可保持玻璃主晶相不变而改善玻璃工艺及晶化特性，成品通透，玉质感强。
ZnO在微晶玻璃熔化中促进了玻璃的液相形成，少量加入利于氧锌四面体进入玻璃体的结构网络，起到稳定玻璃结构，增加成品白度。
P2O5和ZrO2作为微晶玻璃晶核剂，并且可以增加微晶玻璃玉质感。
本发明的有益效果是：
1.本发明仿玉微晶玻璃不含氟化物，颜色柔和，通体通透，理化性能优于天然石材，适合压延。
2.本发明的大板微晶玻璃，用于绿色环保装饰材料，具有板面平整洁净、色调均匀一致、文理清晰雅致、光泽柔和晶莹、不吸水防污染、耐酸碱抗老化、绿色环保、无放射线毒害的特点，是当今世界高档，豪华装饰材料的代表，可广泛用于宾馆、商场、写字楼、地铁站、飞机场、别墅等高端建筑的内外墙面、地面、柱面及台面的装饰装修。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
一种仿玉微晶玻璃，所述仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO260％、Al2O32％、CaO 19％、MgO 1％、Na2O7％、K2O5％、ZnO 1％、P2O52％、 ZrO23％。
以上所述的仿玉微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：按质量百分比称量原料，SiO260％、Al2O32％、CaO 19％、MgO 1％、Na2O7％、K2O5％、ZnO 1％、P2O52％、ZrO23％，混合均匀，得到配合料；
(2)基础玻璃的制备：将步骤(1)得到的配合料于1450℃温度下进行熔制，将熔制好的玻璃液的温度降至1100℃，经过压延机成型后，得到基础玻璃；
(3)将得到的基础玻璃送入晶化窑炉，经过720℃核化2小时，850℃晶化5 小时，退火处理后，在经过切割，抛光处理，得到成品微晶玻璃。
实施例2
一种仿玉微晶玻璃，所述仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO250％、Al2O36％、CaO20％、MgO 2％、Na2O8％、K2O4％、ZnO 1％、P2O54％、 ZrO25％。
以上所述的仿玉微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：按质量百分比称量原料，SiO250％、Al2O36％、CaO20％、MgO 2％、Na2O8％、K2O4％、ZnO 1％、P2O54％、ZrO25％，混合均匀，得到配合料；
(2)基础玻璃的制备：将步骤(1)得到的配合料于1420℃温度下进行熔制，将熔制好的玻璃液的温度降至1000℃，经过压延机成型后，得到基础玻璃；
(3)将得到的基础玻璃送入晶化窑炉，经过700℃核化2.5小时，820℃晶化4 小时，退火处理后，在经过切割，抛光处理，得到成品微晶玻璃。
实施例3
一种仿玉微晶玻璃，所述仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO251％、Al2O310％、CaO 18％、MgO4％、Na2O7％、K2O3％、ZnO 0.5％、P2O53％、 ZrO23.5％。
以上所述的仿玉微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：按质量百分比称量原料，SiO250％、Al2O39％、CaO 18％、MgO3％、Na2O7％、K2O3％、ZnO 0.5％、P2O53％、ZrO26.5％，混合均匀，得到配合料；
(2)基础玻璃的制备：将步骤(1)得到的配合料于1430℃温度下进行熔制，将熔制好的玻璃液的温度降至1100℃，经过压延机成型后，得到基础玻璃；
(3)将得到的基础玻璃送入晶化窑炉，经过700℃核化2小时，850℃晶化3 小时，退火处理后，在经过切割，抛光处理，得到成品微晶玻璃。
实施例4
一种仿玉微晶玻璃，所述仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO248％、Al2O34％、CaO24％、MgO 2％、Na2O6％、K2O2％、ZnO2％、P2O58％、 ZrO24％。
以上所述的仿玉微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：按质量百分比称量原料，SiO248％、Al2O34％、CaO24％、MgO 2％、Na2O6％、K2O2％、ZnO2％、P2O58％、ZrO24％，混合均匀，得到配合料；
(2)基础玻璃的制备：将步骤(1)得到的配合料于1400℃温度下进行熔制，将熔制好的玻璃液的温度降至1050℃，经过压延机成型后，得到基础玻璃；
(3)将得到的基础玻璃送入晶化窑炉，经过620℃核化3小时，800℃晶化4 小时，退火处理后，在经过切割，抛光处理，得到成品微晶玻璃。
对比例1
仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO276％、Al2O312％、CaO5.9％、MgO 2％、Na2O 1％、K2O 1％、ZnO 0.1％、P2O51％、ZrO21％。
对比例2
仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO240％、Al2O32％、CaO 10％、MgO 10％、Na2O 15％、K2O 10％、ZnO5％、P2O54％、ZrO24％。
对比例3
采用烧结法制备微晶玻璃：烧结法是通过使玻璃粉末与其他物质粘结在一起, 然后经过物质迁移的这个过程后使玻璃粉末产生一定的强度后并使其致密化和再结晶的过程。玻璃粉末因为有较高的比表面所以更容易晶化,析晶能力再差也可通过表面析晶制得晶化程度较好的微晶玻璃,烧结法的优点就是可以不使用晶核剂。烧结法微晶玻璃装饰板材生产工艺流程为：原料储存→原料称量→混合→料罐储存配合料→配合料的熔化、澄清与均化→水淬、入库→玻璃颗粒的烘干与筛分→装车与铺料→烧结与晶化→磨平与抛光→检验→包装→入库。
按照实施例1中原料配备配合料，将原料投入到玻璃熔窑当中，在高温(1450℃)下使配合料熔化、澄清、均化，然后将玻璃液导入冷水中，使其水淬成在10毫米以下颗粒大小的玻璃颗粒。在铺料工序中，一般将2至6亳米的玻璃颗粒铺在上层，过粗和过细的玻璃颗粒铺在下层，烧结与晶化、磨平与抛光制得微晶玻璃。
对实施例1-4和对比例1-3的仿玉微晶玻璃进行性能测试，并与常规大理石和花岗岩的性能进行对比，结果如下表所示。
从上表的对比例1和对比例2可以看出，当SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O 1、ZnO、P2O5、ZrO2的含量高于或者低于本发明要求保护的范围，会影响产品的结晶。从实施例1-4可以看出，本发明的仿玉微晶玻璃的力学性能、耐酸碱性等效果较好。这是因为：SiO2和Al2O3作为微晶玻璃的强度的支架，在配合料中，A l2O3含量不能太高，否则形成的[AlO4]会引起补网作用，抑制玻璃的分相与析晶，但Al2O3含量太少，导致原料中SiO2和Al2O3含量减少，会降低玻璃的稳定性，引入Al2O3 2％-10％效果较好。为保证微晶玻璃制品的精细结构，必须使晶体的生长速度和晶核的生长速度与温度的关系曲线，即lr曲线和Iv曲线有重叠区，同时核化速率最大的温度区段与晶化速率最大的温度区段之差较小，以有利于晶化过程，为此必须引入适当的稳定剂，这里主要采用SiO2，以增加熔体高温粘度，减缓高温析晶倾向，但SiO2含量过高，则粘度又太大，对结晶又有不利影响，当SiO2含量超过62％时，制品甚至不结晶，因此，考虑引入SiO2 48％-62％。
CaO对熔体结晶能力影响相当大。以往的研究表明，CaO含量低于18％时，制品结晶能力很差，甚至不结晶；CaO含量超过27％时则料性太短，成型时温度高、粘度小，难以压延成型，一般引入18％-25％。
MgO可以使玻璃中产生一定量的透辉石，MgO含量过多，会增大透辉石在主晶相中的相对含量，降低微晶玻璃的最终物化性能，因此引入1％-4％的MgO效果较好。
Na2O和K2O可调节玻璃料性并拓宽玻璃的分相范围，引人适量的R2O可保持玻璃主晶相不变而改善玻璃工艺及晶化特性，成品通透，玉质感强；本发明中引入 Na2O 6-10％，K2O 2-6％。
ZnO在微晶玻璃熔化中促进了玻璃的液相形成，少量加入利于氧锌四面体进入玻璃体的结构网络，起到稳定玻璃结构，增加成品白度，多了则会抑制玻璃析晶，因此ZnO控制在0.5-2％。
P2O5和ZrO2作为微晶玻璃晶核剂，并且可以增加微晶玻璃玉质感，但是用量多了也不起作用。综和上面各成分的共同作用，制出了本发明的仿玉的微晶玻璃。
从实施例1-4和对比例3可以看出，本发明采用压延法制得的仿玉微晶玻璃的各项性能均优于对比例3烧结法制得仿玉微晶玻璃的性能。
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所作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种仿玉微晶玻璃，其特征在于，所述仿玉微晶玻璃包含以下原料：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、ZnO、P2O5、ZrO2；所述SiO2的含量小于62％，CaO的含量大于18％，Na2O+K2O的含量为8-16％，P2O5+ZrO2的用量为5-16％。
2.根据权利要求1所述的仿玉微晶玻璃，其特征在于，所述仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO248-62％、Al2O32-10％、CaO 18-25％、MgO 1-4％、Na2O6-10％、K2O2-6％、ZnO 0.5-2％、P2O52-8％、ZrO23-8％。
3.根据权利要求1所述的仿玉微晶玻璃，其特征在于，所述仿玉微晶玻璃按质量百分比计算，包含以下原料：SiO250％、Al2O36％、CaO20％、MgO 2％、Na2O8％、K2O4％、ZnO 1％、P2O54％、ZrO25％。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的仿玉微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备原料：按质量百分比称量原料，SiO248-62％、Al2O32-10％、CaO 18-25％、MgO1-4％、Na2O6-10％、K2O2-6％、ZnO 0.5-2％、P2O52-8％、ZrO23-8％，混合均匀，得到配合料；
(2)基础玻璃的制备：将步骤(1)得到的配合料于1400-1450℃温度下进行熔制，将熔制好的玻璃液的温度降至1000-1100℃，经过压延机成型后，得到基础玻璃；
(3)将得到的基础玻璃送入晶化窑炉，经过620-720℃核化2-3小时，780-880℃晶化3-5小时，退火处理后，在经过切割，抛光处理，得到成品微晶玻璃。
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