CN116157368A - 玻璃陶瓷材料、形成玻璃陶瓷材料的方法和玻璃陶瓷材料的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玻璃陶瓷材料。本发明还涉及一种形成玻璃陶瓷材料的方法。本发明还涉及玻璃陶瓷材料的用途。

Description

玻璃陶瓷材料、形成玻璃陶瓷材料的方法和玻璃陶瓷材料的 用途
技术领域
本发明涉及一种玻璃陶瓷材料。本发明还涉及一种形成玻璃陶瓷材料的方法。
背景技术
玻璃陶瓷材料用于多个领域，例如砖、管道和屋顶瓦、陶瓷体、工艺陶器、玻璃料、釉面和釉底料、卫生洁具、瓷砖和餐具。在这些领域中使用的玻璃陶瓷材料通常包括包含玻璃的无定形相和结晶相。
由于玻璃陶瓷材料的生产方式，它们通常具有零或几乎为零的孔隙率。通常，玻璃陶瓷材料通过熔化和退火过程来生产。第一步(熔化)将孔隙率降低到零或几乎为零；第二步(退火)为晶体成核和生长提供条件。
对于其中需要生产树脂嵌入的玻璃陶瓷材料的应用来说，任选地采取粗砂形式(粗砂具有最小粒径为100μm且最大粒径为500μm的粒径分布)的玻璃陶瓷材料的零或几乎为零的孔隙率可能是一个问题。在玻璃陶瓷材料中大于几乎为零的孔隙率是有益的(为了在形成人造石时嵌入在树脂中)，因为所述树脂应该优选地润湿或接触所述玻璃陶瓷材料的尽可能多的表面。例如，由于存在微裂纹和微孔，方石英粗砂容易嵌入到树脂中(当形成人造石时)；而玻璃粗砂和石英粗砂(石英小于玻璃)具有几乎为零的孔隙率，并且需要偶联剂才能良好地嵌入到树脂中(当形成人造石时)。图5、6和7示出了具有较少孔隙和裂纹(与方石英相比)的石英粒子(图5)、方石英粒子(图6)和孔隙率几乎为零的玻璃粒子(图7)的表面。
需要一种玻璃陶瓷材料来代替传统的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料具有比传统的玻璃陶瓷材料更高的孔隙率。方石英粗砂粒子的粒子内孔隙率为12％±2％。可以用作方石英粗砂粒子的替代品(至少在使用树脂的人造石产品的形成中)的粗砂粒子优选地具有从2％或3％或4％至15％的粒子内孔隙率。
方石英是通过将纯硅砂在大约1550℃的温度例如1300℃至1700℃的温度下煅烧而获得的一种矿物质。
在室温下，硅砂主要由被称为α-石英的矿物相构成。当将α-石英加热到大约1550℃时，α-石英的晶格经历相变。在加热后，α-石英最初经历相变以形成β-石英。在进一步加热后，β-石英随后形成鳞石英，然后在更高温度下(通常为1300℃至1700℃，在大气压下)形成方石英。
在不同温度和压力下二氧化硅的不同相示出在图1中描绘的相图中。
方石英在化学上稳定并且机械强度高。方石英的商业化形式也具有高白度。由于易于制造，方石英被用于许多应用。例如，方石英被用于工程石材(例如工作表面)和涂料中。
在工程石材市场(有时被称为EGS)中，方石英的最大市场之一是厨房台面的生产。台面由矿物填充剂和树脂组成。台面通常包含高百分率(高达92重量％)的矿物填充剂，而一种或多种树脂(任选地：2K环氧树脂例如FuganteTMEpoxy 2k，或聚酯树脂例如POLARIS聚酯树脂(由AshlandTM生产))以较低百分率(至多8重量％)存在。方石英、石英或方石英和石英通常作为矿物填充剂掺入到台面中。
通常，台面(由矿物填充剂和树脂组成)在安装之前需要切割。台面通常用简单的磨损工具干式切割。这种切割台面的方法产生由树脂和矿物填充剂的混合物组成的粉尘。所述矿物粉尘可能含有方石英、石英或方石英和石英。方石英和石英粉尘可以通过吸入导致与工作相关的细胞矽肺病。
方石英、石英或方石英和石英也用于涂料组合物中。涂料组合物通常包含10重量％至20重量％的这些矿物质。涂料可以是气载粒子的来源，例如这些粒子可以通过喷涂涂料或干式打磨涂料而产生。所述气载粒子可能含有方石英、石英或方石英和石英。正如上文讨论的，方石英和石英气载粒子可以通过吸入导致细胞矽肺病和肺癌。
已调查了当将方石英和石英分散在空气中并因此被吸入时，所述矿物质的致癌性质。最危险的粒子是直径小于10μm的粒子和从高能切割过程新产生的粒子。
至少在EGS和涂料市场中对代替传统矿物填充剂的玻璃陶瓷材料存在着需求，其中所述玻璃陶瓷材料可以代替方石英、石英或方石英和石英，或在最终产品中将方石英、石英或方石英和石英减少到低于1％。
发明内容
本发明公开了一种玻璃陶瓷材料，其可用于全部或部分代替方石英、石英或方石英和石英。
本发明涉及一种具有与方石英相同或相似的物理性质的玻璃陶瓷材料。
本发明如下述条款中所阐述：
1.一种玻璃陶瓷材料，其包含：
包含玻璃的无定形相；和
包含透辉石的结晶相。
2.根据条款1所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃包含大于10重量％的氧化钠。
3.根据条款1或2所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃包含大于10重量％的氧化钾。
4.根据条款1至3中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中形成所述结晶相的晶体嵌入在所述玻璃内。
5.根据条款1至4中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料由下述组分组成：
包含玻璃(或由玻璃组成)的无定形相；
包含透辉石(或由透辉石组成)的结晶相；和
不可避免的杂质。
6.根据条款1至5中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料由下述组分组成：
包含玻璃(或由玻璃组成)的无定形相，其中所述无定形相占所述玻璃陶瓷材料的15重量％至80重量％；
包含透辉石(或由透辉石组成)的结晶相，其中所述结晶相占所述玻璃陶瓷材料的20重量％至85重量％；和
不可避免的杂质；或者
包含玻璃(或由玻璃组成)的无定形相，其中所述无定形相占所述玻璃陶瓷材料的20重量％至58重量％；
包含透辉石(或由透辉石组成)的结晶相，其中所述结晶相占所述玻璃陶瓷材料的42重量％至80重量％；和
不可避免的杂质。
7.根据条款1至6中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料由下述组分组成：
包含玻璃(或由玻璃组成)的无定形相，其中所述无定形相占所述玻璃陶瓷材料的40重量％至49重量％；
包含透辉石(或由透辉石组成)的结晶相，其中所述结晶相占所述玻璃陶瓷材料的51重量％至60重量％；和
不可避免的杂质。
8.根据条款1至7中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述无定形相由玻璃(和任选的不可避免的杂质)组成。
9.根据条款1至8中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述结晶相由透辉石(和任选的不可避免的杂质)组成。
10.根据条款5至9中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述不可避免的杂质包含以下或由以下组成：小于3.0重量％、或小于2.5重量％、或小于2.0重量％、或小于1.5重量％、或小于1.0重量％或小于0.5重量％的石英、方石英或石英和方石英。
11.根据条款1至10中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料的颜色为白色或近白色。
12.根据条款1至11中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料具有下述CIELAB比色参数：
88至100(L)；-0.5至+0.5(a)；+0.4至+3.0(b)；任选地，其中CIELAB比色性质在HunterLabTMMiniscan XE Plus上测量；或
92至100(L)；-0.5至+0.5(a)；+0.4至+3.0(b)；任选地，其中CIELAB比色性质在HunterLabTMMiniscan XE Plus上测量。
13.根据条款1至12中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料具有0或更大、或大于1％、或大于2％、或2％至25％、或2％至15％、或4％至25％、或4％至15％或4％至10％的粒子内孔隙率。
14.根据条款1至13中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料具有最小粒径为100μm且最大粒径为500μm的粒径分布(采取粗砂形式)。
15.根据条款1至14中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料具有最大粒径为45μm的粒径分布(采取粉状物形式)。
16.一种人造石，其包含根据条款1至15中的任一项所述的玻璃陶瓷材料。
17.根据条款16所述的人造石，其中所述人造石还包含树脂。
18.根据条款16或17所述的人造石，其中人造石包含80重量％至92重量％的玻璃陶瓷材料和8重量％至20重量％的树脂。
19.根据条款16至18中的任一项所述的人造石，其中所述树脂是环氧树脂、聚酯树脂或聚氨酯树脂；任选地，其中所述树脂是2K环氧树脂。
20.根据条款16至19中的任一项所述的人造石，其中所述人造石的颜色为白色或近白色。
21.根据条款16至20中的任一项所述的人造石，其中所述玻璃陶瓷材料具有下述CIELAB比色参数：
88至100(L)；-0.5至+0.5(a)；+0.4至+3.0(b)；任选地，其中CIELAB比色性质在HunterLabTMMiniscan XE Plus上测量；或
92至100(L)；-0.5至+0.5(a)；+0.4至+3.0(b)；任选地，其中CIELAB比色性质在HunterLabTMMiniscan XE Plus上测量。
22.一种涂料组合物、或一种油墨组合物、或一种过滤介质、或一种陶瓷组合物、或一种牙科组合物、或一种生物医学组合物、或一种植入材料、或一种燃料电池或一种核废料固定组合物，其包含根据条款1至15中的任一项所述的玻璃陶瓷材料。
23.一种形成玻璃陶瓷材料的方法，所述方法包括下述步骤：
提供白云石、石英(或方石英或石英和方石英)和长石，以形成混合物；和
将所述混合物加热到1100℃至1400℃的温度。
24.根据条款23所述的方法，其中所述长石是钠长石。
25.根据条款23或24所述的方法，其还包括在加热之前向所述混合物添加硅酸钠的步骤。
26.根据条款23至25中的任一项所述的方法，其中每种起始原料以下述量存在：25重量％至60重量％的白云石，5重量％至35重量％的石英(或方石英或石英和方石英)，和5重量％至70重量％的钠长石，任选的2.5重量％至15重量％的硅酸钠。
27.根据条款23至26中的任一项所述的方法，其中每种起始原料以下述量存在：25重量％至60重量％的白云石，10重量％至30重量％的石英(或方石英或石英和方石英)，和20重量％至55重量％的钠长石，任选的2.5重量％至15重量％的硅酸钠。
28.根据条款23至27中的任一项所述的方法，其中每种起始原料以下述量存在：40重量％±10重量％的白云石，19重量％的石英(或方石英或石英和方石英)，和40重量％±10重量％的钠长石，任选的10重量％±5重量％的硅酸钠。
29.根据条款23至28中的任一项所述的方法，其中加热步骤进行50分钟至70分钟或60分钟至600分钟。
30.一种玻璃陶瓷材料，其通过或可通过根据条款23至29中的任一项所述的方法获得。
附图说明
下面参照附图描述本发明的实施方式。所述附图示出了本公开的系统、方法的各种实施方式和本公开的各个其他方面的实施方式。本领域普通技术人员将会认识到，图中所示的要素边界(例如框、框组或其他形状)表示边界的一个实例。在某些实例中，可能可以将一个要素设计成多个要素，或者可以将多个要素设计成一个要素。在某些实例中，作为一个要素的内部组分示出的要素可以在另一个要素中作为外部组分实现，反之亦然。此外，要素可能不按比例绘制。参考下述附图描述了非限制性和非穷举性描述。所述附图中的组分不一定按比例，而是代之以强调说明原理。
图1是在不同温度和压力下二氧化硅的相图。
图2是示出了根据本发明的玻璃陶瓷材料的侵入体积(mL/g)随孔隙率而变的图。
图3是示出了两种样品(A和B)在白色背景上的视觉比较的照片。
图4是示出了图3中所示的两种样品(A和B)在黑色背景上的视觉比较的照片。
图5是示出了石英M32中的硅砂粒子的SEM(扫描电子显微镜)图像。
图6是示出了方石英M72T中的方石英粒子的SEM(扫描电子显微镜)图像。
图7是示出了碎钠钙玻璃粒子的SEM图像。
图8是示出了示例性玻璃陶瓷材料GCM1A的粒子的SEM图像。
具体实施方式
现在将详细讨论本公开的说明其所有特点的某些实施方式。词语“包含”、“具有”、“含有”和“包括”及其其他形式打算在含义上相同并且是开放性的，因为在这些词语中的任一个之后的一个或多个条目并不意味着是该一个或多个条目的详尽列表，或者意味着仅限于所列出的一个或多个条目。
还必须指出，当在本文和权利要求书中使用时，没有具体数目的指称包括复数指称物，除非上下文明确规定不是如此。尽管与本文中描述的相近或等同的任何系统和方法可用于本公开实施方式的实践或试验，但现在描述了优选的系统和方法。
在后文中将参考附图更充分地描述本公开的实施方式，其中在几张附图中相似的数字表示相似的要素，并且在其中示出了示例性实施方式。然而，权利要求书的实施方式可以以许多不同形式体现，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施方式。本文中阐述的实例是非限制性实例，并且仅仅是可能的实例中的几个实例。
下面阐述用于描述本发明的某些术语：
“玻璃陶瓷材料”是指一种具有包含玻璃的无定形相和结晶相的材料。玻璃陶瓷材料具有玻璃的制造优势，并包括陶瓷的某些特性。
“方石英”是指一种作为石英的高温多晶型物的矿物质。方石英的一个实例是方石英粗砂
Figure BDA0004113601700000091
M72T(来自于/>
Figure BDA0004113601700000092
)。方石英粗砂M72T是工业生产的。方石英粗砂M72T通常被用作工程石材和涂料应用的起始原料。方石英粗砂M72T被称为粗砂是因为它具有最小粒径为100μm且最大粒径为500μm的粒径分布。方石英的另一个实例是方石英粉状物
Figure BDA0004113601700000102
M3000(来自于/>
Figure BDA0004113601700000103
)。方石英粉状物M3000被称为粉状物是因为它具有最大粒径为45μm的粒径分布。
“石英”是指由一份硅和两份氧组成的化学化合物(SiO2)。石英的一个实例是石英M32(来自于
Figure BDA0004113601700000104
)。石英M32是指一种经工业加工的硅砂。石英M32被称为砂是因为它具有最小粒径为63μm且最大粒径为1000μm的粒径分布。所述矿物质通常用作玻璃、晶体或陶瓷工业的起始原料，作为铸造、瓷砖胶、灰泥、砂浆或涂料中的二氧化硅源。
“白云石”是指一种化学式为CaMg(CO3)2的矿物质。白云石D-120(来自于
Figure BDA0004113601700000101
)是指一种由碳酸钙镁组成的无水碳酸盐矿物质。白云石D-120是工业生产的。
“透辉石”是指一种化学式为MgCaSi2O6的矿物质。天然存在的透辉石通常与钙铁辉石(CaFeSi2O6)形成固溶体系列。因此，天然存在的透辉石可以在其结构中掺入Fe(Fe代替Mg)，并且在Fe2O3达到大约14重量％的阈值之前仍被视为透辉石。天然存在的透辉石是一种罕见的矿物质，存在于两种不同的地质环境中：(1)在超基性岩类型例如金伯利岩中；和(2)在通常与硅灰石相关的接触变质作用的环境中。在这些仅限于大陆地壳的百分之几的地质环境中，透辉石晶体通常可以以微观或宏观晶体形状找到。在(可开采的)矿脉或岩体(接近地表的数千立方米)中天然存在的透辉石的浓集极为罕见。透辉石百分率超过10％的大块岩体(数万或数十万立方米)也很罕见。在此类通常以硅灰石为主的大块岩体中，取决于相关岩石组成的值，透辉石可以在使用常规矿物处理技术(例如浮选)破碎至细砂尺寸后浓集。
“煅烧氧化铝”是指氧化铝(Al2O3)的一种商品化形式。由DADCO Alumina&Chemicals Ltd提供的煅烧氧化铝SO-143通过将氧化铝在1,000℃左右的温度下例如在900℃至1,100℃的温度下烧制而形成。
“长石”是指具有化学式KAlSi3O8、NaAlSi3O8和CaAl2Si2O8的一组矿物质。长石的一个实例是钠长石；钠长石包括Albite，并具有化学式NaAlSi3O8。
Figure BDA0004113601700000111
1005-K是由
Figure BDA0004113601700000112
生产和销售的钠长石，直至商品名称更改。以前由/>
Figure BDA0004113601700000113
以商标/>
Figure BDA0004113601700000114
1005-K销售的钠长石现在由/>
Figure BDA0004113601700000115
以钠长石1005的名称销售。
“CIELAB颜色空间”是指由国际照明委员会定义的颜色空间。它将颜色表示为三个数值：L(亮度)；a(绿色-红色分量)；和b(蓝色-黄色分量)。
“白色”是指一种使用CIELAB颜色空间坐标表示的颜色。白色具有下述参数：100(L)，0(a)，0(b)。
“近白色”是指一种使用CIELAB颜色空间坐标表示的颜色。近白色具有88(或90)至小于100(L)、-0.5至+0.5(a)、0至4(b)的CIELAB颜色空间坐标。
“LOI”是指烧失量。这种测量通过将矿物质样品在规定温度下强烈加热并允许任何挥发性物质逸出来进行。这将持续到矿物质的质量停止变化为止。LOI的值表示样品中存在的水分和挥发性物质的质量。
“重量％”是指以每100克组合物中组合物组分的克数计的重量百分率。例如，如果矿物组合物含有25重量％的透辉石，则每100g所述矿物组合物存在25g透辉石。
“粒子间孔隙率”是指组合物中的粒子之间的孔隙率。
“粒子内孔隙率”是指组合物中的多个粒子或颗粒的单个粒子或颗粒内的孔隙率。
“不可避免的杂质”是指组合物中存在的不影响所述组合物的性质的组分。不可避免的杂质以小于5重量％、或小于4重量％、或小于3重量％、或小于2重量％、或小于1重量％、或小于0.5重量％或小于0.1重量％的量存在于组合物中。
玻璃陶瓷材料(GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E)的形成
在本发明的实例中，玻璃陶瓷材料从石英、白云石和钠长石形成。
在本发明的实例中，石英以19重量％提供。在其他实例中，石英以10重量％至30重量％提供。在本发明的实例中，石英以98％的纯度提供。在其他实例中，石英以96至100％的纯度提供。
在本发明的实例中，白云石以40重量％提供。在其他实例中，白云石以25重量％至60重量％提供。在本发明的实例中，白云石以96％的纯度提供。在其他实例中，白云石以92至100％的纯度提供。
在本发明的实例中，钠长石以41重量％提供。在其他实例中，钠长石以25重量％至55重量％提供。在本发明的实例中，钠长石以88％的纯度提供。在其他实例中，钠长石以85至91％的纯度提供。
在本发明的实例中，用于GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E的起始原料包括石英(如上所述)、白云石(如上所述)、钠长石(如上所述)和任选的水和/或氧化铝球(所述氧化铝球作为研磨介质存在)。
在本发明的实例中，提供如下用于玻璃陶瓷材料的起始原料：85.5g石英(石英M32)，180g白云石(白云石D-120)和184.5g钠长石(
Figure BDA0004113601700000131
1005-K(现在被命名为钠长石1005)；NaAlSi3O8)。在其他实例中，所述用于玻璃陶瓷材料的起始原料可以以65至125g石英、160至200g白云石和164至204g钠长石存在。
在本发明的实例中，将所述起始原料在含有400g水和450g氧化铝球(所述氧化铝球各自具有20至25mm的直径)的氧化铝罐中一起湿式研磨60分钟。所述氧化铝球被用作研磨介质。在其他实例中，研磨所述玻璃陶瓷材料的起始原料的时间可以是20至180分钟，或40分钟至90分钟，或60分钟±10％。
在研磨后将所述起始原料干燥。在本发明的实例中，干燥所述起始原料的温度是110℃。干燥所述起始原料的温度可以低于110℃，例如90至100℃或例如100至110℃。干燥所述起始原料的温度可以高于110℃，例如110至120℃或例如120至130℃。
在本发明的实例中，将所述起始原料干燥12小时。可以将所述起始原料干燥少于12小时，例如6至8小时或8至10小时或10至12小时。可以将所述起始原料干燥长于12小时，例如12至14小时或14至16小时或16至18小时。
在本发明的实例中，可以将所述起始原料粉碎。通常，粉碎在所述起始原料已被干燥后进行。
粉碎可以在研杵和研钵中进行。粉碎可能需要筛。所述筛可以具有1mm筛孔尺寸。所述筛可以具有小于1mm，例如0.1mm至1mm或0.01mm至0.1mm或0.001mm至0.01mm的筛孔尺寸。
在本发明的实例中，玻璃陶瓷材料GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E通过煅烧形成。GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E可以在窑中煅烧。通常，所述起始原料在粉碎后煅烧。
任选地，煅烧可以使用窑，任选地为静态窑或辊道窑，任选地在Nannetti静态或辊道窑中进行。
任选地，可以将所述起始原料置于氧化铝坩埚中，进而将所述坩埚置于窑中。任选地，煅烧可以使用氧化铝坩埚进行。进一步任选地，所述坩埚可以具有12cm的直径、9cm的高度和1cm的厚度。任选地，在煅烧之前将50g起始原料置于氧化铝坩埚中。
任选地，可以将所述起始原料形成为瓷砖，然后将其置于窑中。
为了形成瓷砖，可以将水和硅酸钠(以90:10的重量比，水：硅酸钠)添加到瓷砖然后混合，任选地在HausChild的Speed混合机中。在其他实例中，水：硅酸钠之比可以分别为以重量计80:20或分别为以重量计70:30。
可以将所述混合物混合5秒。可以将所述混合物混合少于5秒，例如2至3秒或3至4秒或4至5秒。可以将所述混合物混合超过5秒，例如5至6秒或6至7秒或7至8秒。
然后可以将所述混合物压制成片，任选地使用Nannetti实验室压制机。所述混合物可以在250Kg cm-2下压制。所述混合物可以在小于250Kg cm-2，例如150至200Kg cm-2或200至250Kg cm-2下压制。所述混合物可以在大于250Kg cm-2，例如250至550Kg cm-2或300至350Kg cm-2下压制。
所述片可以在烤箱、任选地为Nannetti烤箱内干燥。在这个实例中，干燥所述片的温度为110℃。干燥所述片的温度可以低于110℃，例如90至100℃或例如100至110℃。干燥所述片的温度可以高于110℃，例如110至120℃或例如120至130℃。在这个实例中，将所述片干燥12小时。所述片可以干燥少于12小时，例如6至8小时或8至10小时或10至12小时。所述片可以干燥长于12小时，例如12至14小时或14至16小时或16至18小时。
在某些实例中，煅烧在高温下进行。生产所述玻璃陶瓷材料所需的温度是1100℃至1300℃或1190℃至1250℃。生产所述玻璃陶瓷材料所需的温度可以是1200℃或更高温度。
在某些实例中，在1100℃至1300℃(任选地1200℃)下煅烧的时间是60分钟。在1100℃至1300℃(任选地1200℃)下煅烧的时间可以短于60分钟，例如20分钟至60分钟或40分钟至60分钟。在1100℃至1300℃(任选地1200℃)下煅烧的时间可以长于60分钟，例如60分钟至180分钟或60分钟至150分钟或60分钟至130分钟或60分钟至90分钟。
有利的是，钠长石在煅烧期间促进包埋其他起始原料的玻璃相的生成。因此，钠长石可以在其自身料团内熔化其他起始原料。
在本发明的实例中，所述在煅烧之后形成的玻璃陶瓷材料由矿物质的混合物组成。所述煅烧过的玻璃陶瓷材料包含透辉石。透辉石是所述玻璃陶瓷材料的主要组分，例如占55.8重量％。在其他实例中，透辉石可以以50重量％至60重量％或52重量％至58重量％存在。
在本发明的实例中，所述煅烧过的玻璃陶瓷材料还含有包含玻璃的无定形相。所述包含玻璃的无定形相可以以42.9重量％存在。在其他实例中，所述包含玻璃的无定形相可以以40重量％至50重量％或41重量％至44重量％存在。
所述包含玻璃的无定形相含有相对高含量的氧化钠。所述包含玻璃的无定形相含有10重量％或更高的氧化钠。所述相对高含量的氧化钠有利地快速生成玻璃陶瓷材料(60分钟±5分钟，在1200℃±20℃下)。为了在工业规模上生产相同的玻璃陶瓷材料，需要240分钟±20分钟的加热时间，然后进行60分钟±10分钟的退火步骤以便结晶。
在某些实例中，所述煅烧过的玻璃陶瓷材料还包含石英和方石英。石英和方石英可以例如以1.3重量％的总量存在。在其他实例中，石英和方石英可以以10重量％或更少的总量或5重量％或更少的总量或3重量％或更少的总量存在。
在某些实例中，石英可以以1.2重量％存在，并且方石英可以以0.1重量％存在。
在某些实例中，所述在煅烧之后形成的煅烧过的玻璃陶瓷材料包含化学组分的混合物。所述煅烧过的玻璃陶瓷材料包含SiO2。SiO2是所述煅烧过的玻璃陶瓷材料的主要化学组成成分，例如占58.19重量％。在其他实例中，SiO2可以以45重量％至75重量％或50重量％至65重量％或55重量％至60重量％存在。
在某些实例中，所述煅烧过的玻璃陶瓷材料还包含Al2O3。Al2O3可以以9.93重量％存在。在其他实例中，Al2O3可以以2重量％至18重量％或5重量％至15重量％或7重量％至12重量％存在。
在某些实例中，所述煅烧过的玻璃陶瓷材料还包含CaO。CaO可以以15.61重量％存在。在其他实例中，CaO可以以5重量％至25重量％或10重量％至15重量％或13重量％至17重量％存在。
在某些实例中，所述煅烧过的玻璃陶瓷材料还包含MgO。MgO可以以10.82重量％存在。在其他实例中，MgO可以以2重量％至18重量％或5重量％至75重量％或7重量％至12重量％存在。
在某些实例中，所述煅烧过的玻璃陶瓷材料还包含Na2O。Na2O可以以10.82重量％存在。在其他实例中，Na2O可以以2重量％至18重量％或5重量％至15重量％或7重量％至12重量％存在。
在某些实例中，所述煅烧过的玻璃陶瓷材料还可以包含TiO2、Fe2O3和K2O。TiO2、Fe2O3和K2O可以以1重量％或更少的总量存在。在其他实例中，TiO2、Fe2O3和K2O可以以0.5重量％或更少的总量存在。
在某些实例中，所述煅烧过的玻璃陶瓷材料具有高于1％的粒子内孔隙率。所述粒子内孔隙率可以是6.33％。在其他实例中，所述粒子内孔隙率可以是2至10％或3至9％或4至8％或5至7％。
当与其他矿物质例如石英和方石英相比时，本发明的玻璃陶瓷材料减轻致癌作用。
本发明的玻璃陶瓷材料的颜色为白色或近白色。
在某些实例中，所述玻璃陶瓷材料在单一煅烧步骤中结晶。
所述玻璃陶瓷材料可用于多种应用中，包括砖、管道和屋顶瓦、陶瓷体、工艺陶器、玻璃料、釉面和釉底料、卫生洁具、瓷砖、餐具、工程石材和涂料。
实施例
下面是参考表和附图讨论根据本发明的玻璃陶瓷材料的优点的非限制性实施例。
实施例1：根据本发明的玻璃陶瓷材料(GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E)的形 成
下面的非限制性实施例讨论了根据本申请要求保护的发明的玻璃陶瓷材料的制备。
在这些非限制性实施例中，玻璃陶瓷材料从三种起始原料即石英M32或方石英M72T、白云石D-120和钠长石(
Figure BDA0004113601700000181
1005-K(现在被命名为钠长石1005))形成。所述起始原料均获自/>
Figure BDA0004113601700000182
在这些实施例中，玻璃陶瓷材料按照包含下述步骤的方法形成：
1.起始原料的化学分析；
2.起始原料的矿物学分析；
3.煅烧之前起始原料的重量组成的确定；
4.起始原料的准备和混合；
5.煅烧；
6.煅烧过的玻璃陶瓷材料的表征；
7.煅烧过的玻璃陶瓷材料的比色参数的确定；
8.煅烧过的玻璃陶瓷材料的孔隙率的确定。
此外，测试了包含煅烧过的玻璃陶瓷材料的EGS片的弯曲强度。
每个步骤被更详细地讨论：
步骤1.起始原料的化学分析
用于制造玻璃陶瓷材料的起始原料的化学组成使用x-射线荧光(XRF)技术来分析。
此外，在实验室马弗炉上分析每种起始原料的LOI。将所述马弗炉每分钟加热10℃直至达到1000℃。将最终环境维持30分钟。
表1概括了用于形成玻璃陶瓷材料的起始原料的化学组成和LOI分析的结果。
表1：用于形成玻璃陶瓷材料的起始原料的化学组成和LOI
Figure BDA0004113601700000191
钠长石
Figure BDA0004113601700000192
1005-K现在被命名为钠长石1005。
参考表1，石英M32或M72T中最常见的化学物质是SiO2(98.5重量％)。参考表1，白云石D-120中最常见的化学物质是CaO(30.41重量％)，然后是MgO(21.90重量％)，并具有47.14LOI。参考表1，钠长石中最常见的化学物质是SiO2(68.82重量％)。
步骤2.起始原料的矿物学分析
用于制造玻璃陶瓷材料的起始原料的矿物学使用X-射线衍射技术来分析。表2示出了作为总重量的百分数的矿物质的纯度。
表2：用于形成玻璃陶瓷材料的矿物质的矿物学
Figure BDA0004113601700000201
钠长石
Figure BDA0004113601700000202
1005-K现在被命名为钠长石1005。
参考表2，石英M32具有98重量％的纯度。参考表2，白云石D-120具有96重量％的纯度。参考表2，钠长石具有88重量％的纯度。所有起始原料均具有88重量％或更高的纯度。
步骤3.烧制之前玻璃陶瓷材料的重量组成
表3A、3B、3C、3D和3E示出了5种不同玻璃陶瓷材料在烧制之前的组成。
在烧制过程中，组成由于加工条件而改变，即在加热期间发生化学和结构变化。
表3A：玻璃陶瓷材料GCM1A在烧制之前的组成
Figure BDA0004113601700000203
钠长石
Figure BDA0004113601700000204
1005-K现在被命名为钠长石1005。
参考表3A，玻璃陶瓷材料GCM1A需要白云石D-120和钠长石(
Figure BDA0004113601700000205
1005-K(现在被命名为钠长石1005))作为玻璃陶瓷材料GCM1A的主要起始原料组分，分别占40重量％和41重量％。所述组成还包括19重量％的石英。
表3B：玻璃陶瓷材料GCM1B在烧制之前的组成
Figure BDA0004113601700000211
钠长石
Figure BDA0004113601700000212
1005-K现在被命名为钠长石1005。
参考表3B，玻璃陶瓷材料GCM1B需要白云石D-120和钠长石(
Figure BDA0004113601700000213
1005-K(现在被命名为钠长石1005))作为玻璃陶瓷材料GCM1B的主要起始原料组分，分别占25重量％和68重量％。所述组成还包括7重量％的石英。
表3C：玻璃陶瓷材料GCM1C在烧制之前的组成
Figure BDA0004113601700000214
钠长石
Figure BDA0004113601700000215
1005-K现在被命名为钠长石1005。
参考表3C，玻璃陶瓷材料GCM1C需要白云石D-120和钠长石(
Figure BDA0004113601700000216
1005-K(现在被命名为钠长石1005))作为玻璃陶瓷材料GCM1C的主要起始原料组分，分别占36重量％和49重量％。所述组成还包括15重量％的石英。
表3D：玻璃陶瓷材料GCM1D在烧制之前的组成
Figure BDA0004113601700000221
钠长石
Figure BDA0004113601700000222
1005-K现在被命名为钠长石1005。
参考表3D，玻璃陶瓷材料GCM1D需要白云石D-120和钠长石(
Figure BDA0004113601700000223
1005-K(现在被命名为钠长石1005))作为玻璃陶瓷材料GCM1D的主要起始原料组分，分别占48重量％和26重量％。所述组成还包括25重量％的石英。
表3E：玻璃陶瓷材料GCM1E在烧制之前的组成
Figure BDA0004113601700000224
钠长石
Figure BDA0004113601700000225
1005-K现在被命名为钠长石1005。
参考表3E，玻璃陶瓷材料GCM1E需要白云石D-120和钠长石(
Figure BDA0004113601700000226
1005-K(现在被命名为钠长石1005))作为玻璃陶瓷材料GCM1E的主要起始原料组分，分别占55重量％和14重量％。所述组成还包括31重量％的石英。
步骤4.起始原料的准备和混合
在制备GCM1A中，将起始原料(描述在步骤3的表3A中)在ORMA Technology天平上称重。称出石英M32(85.5g)、白云石D-120(180g)和钠长石(184.5g)并置于氧化铝罐内。所述氧化铝罐的容量为1升。对于GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E中的每一者来说进行相同的步骤，使用在表3B、3C、3D和3E中给出的相应重量的每种组分。
在GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E中的每一者的制备中，除了起始原料之外，还向所述氧化铝罐添加直径为20至25mm的氧化铝球(450g)和水(400g)，分别作为研磨体和研磨媒介。
将所述氧化铝罐及其内含物置于Nannetti S.r.l.实验室SPEEDY不连续快速磨机内60分钟。
在比重瓶(已知容积为100ml并且重量为200g)上确定所述氧化铝罐中形成的浆液的密度。所述粒子的密度被确定为大约1550g dm-3。
然后将研磨产物在Nannetti快速干燥机中在110℃干燥12小时。形成粉末。
随后使用氧化铝研钵和研杵将所述粉末粉碎。然后使用筛孔为1mm的筛对所述粉末进行筛分。将所述粒子筛分是因为在磨机中不是所有的粉末都被完全磨碎。筛分对于避免大块原料形成最终的玻璃陶瓷材料来说是重要的。
所述形成粉末所需的条件是为实验室实验设置的。在其他实例中，对于工业规模的方法来说可以改变所述条件。
步骤5.煅烧
对于煅烧来说，在第一个实施例中，将所述粉末(步骤4的粉末)形成为瓷砖。为了形成瓷砖，向所述粉末添加水和硅酸钠的溶液。所述水和硅酸钠的溶液从Reoflux(由LambertyTM供应)开始制备。在每种情况下，准备90重量％的水：10重量％的Reoflux 20的比例。然后使用实验室Speed混合机(Moulinex的Macinacafè)将该溶液以90:10的组合(其中90是固体含量，10是溶液含量，以重量计)与所述粉末混合5秒。将得到的混合物倾倒在压制模具中，然后使用Nannetti实验室压制机在250Kg cm-2下压制。然后将得到的片在Nannetti快速干燥机中在110℃下干燥24小时。
玻璃陶瓷材料的煅烧在Nannetti窑上进行。如果需要，这种窑能够达到高达1400℃的温度。
在这些实施例中，煅烧在Nannetti窑中，在1250℃(或1200℃)的最高温度下进行。对于配制物GCM1A来说，所述最高温度为1200℃。对于配制物GCM1B来说，所述最高温度为1190℃。对于配制物GCM1C来说，所述最高温度为1200℃。对于配制物GCM1D来说，所述最高温度为1230℃。对于配制物GCM1E来说，所述最高温度为1250℃。
将所述瓷砖(在每种情况下)置于所述窑中的堇青石耐火板上。所述堇青石耐火板的维度是30cm乘30cm，厚度为0.5cm。
在这些非限制性实施例中，将50克瓷砖(对应于维度为110mm长、55mm宽和5mm厚的瓷砖的平均重量)煅烧，以形成玻璃陶瓷材料。
在这些非限制性实施例中，将所述耐火板和瓷砖内含物(置于所述板上)放置在Nannetti窑的腔室内。将温度每分钟提高10℃，直至达到1250℃(或1200℃)的最高温度。将窑的这个最高温度维持60分钟的时间。
在60分钟结束时，将所述板从窑中取出并允许其冷却至室温。
在第二个实施例中，将所述粉末(步骤4的粉末，在每种情况下)直接倾倒在莫来石坩埚中。玻璃陶瓷材料的煅烧在Nannetti窑上进行。如果需要，这种窑能够达到高达1400℃的温度。
在这些实施例中，煅烧在Nannetti窑中在1250℃(或1200℃)的最高温度下进行。
在这些非限制性实施例中，将50克粉末煅烧，以形成玻璃陶瓷材料。
在这些非限制性实施例中，将坩埚及其内含物置于Nannetti窑的腔室内。将温度每分钟提高10℃，直至达到1250℃(或1200℃)的最高温度。将窑的这个最高温度维持60分钟的时间。
在60分钟结束时，将所述坩埚从窑中取出并允许其冷却至室温。
所述在窑中形成玻璃陶瓷材料所需的条件是为实验室实验设置的。在其他实例中，对于工业规模的方法来说可以改变煅烧条件和冷却方法。
步骤6.玻璃陶瓷材料的表征
对从步骤5形成的玻璃陶瓷材料进行表征。此外，确定了玻璃陶瓷材料的比色性质。
玻璃陶瓷材料在煅烧之前和之后的化学组成通过XRF分析来确定。结果示出在表4A、4B、4C、4D和4E中。
表4A：玻璃陶瓷材料GCM1A在煅烧之前和之后的化学组成
Figure BDA0004113601700000261
参考表4A，在煅烧之前和之后玻璃陶瓷材料中最常见的化学物质是SiO2。
表4B：玻璃陶瓷材料GCM1B在煅烧之前和之后的化学组成
Figure BDA0004113601700000262
表4C：玻璃陶瓷材料GCM1C在煅烧之前和之后的化学组成
Figure BDA0004113601700000271
表4D：玻璃陶瓷材料GCM1D在煅烧之前和之后的化学组成
Figure BDA0004113601700000272
表4E：玻璃陶瓷材料GCM1E在煅烧之前和之后的化学组成
Figure BDA0004113601700000273
在煅烧之后玻璃陶瓷材料的矿物组成通过XRD分析来确定，并示出在表5A、5B、5C、5D和5E中。
表5A：玻璃陶瓷材料GCM1A在煅烧之后的矿物学
Figure BDA0004113601700000281
参考表5A，玻璃陶瓷材料中最常见的矿物质是透辉石，其次是包含玻璃的无定形相。
表5B：玻璃陶瓷材料GCM1B在煅烧之后的矿物学
Figure BDA0004113601700000282
表5C：玻璃陶瓷材料GCM1C在煅烧之后的矿物学
Figure BDA0004113601700000291
表5D：玻璃陶瓷材料GCM1D在煅烧之后的矿物学
Figure BDA0004113601700000292
表5E：玻璃陶瓷材料GCM1E在煅烧之后的矿物学
Figure BDA0004113601700000301
7.煅烧过的玻璃陶瓷材料的比色参数的确定
测量了玻璃陶瓷材料的比色性质。所述比色参数由CIELAB定义。在评估颜色时参数“b”是重要的。参数“b”越高，所述材料越黄。这是重要的，因为与其他颜色(蓝色、红色、绿色、白色、黑色)相比人眼对这种比色参数更加敏感。为了确定玻璃陶瓷材料的颜色，在D65/10°的设定灯光下使用颜色比色和球坐标。测量使用比色计进行，型号为HunterLabTMMiniscan XE Plus。
首先，将玻璃陶瓷材料(GCM1A)的比色性质与方石英粗砂M72T(一种在商业上作为矿物填充剂用于形成由矿物填充剂和树脂组成的台面的粗砂)的比色参数进行比较。
为了确定比色性质，将12g每种样品(GCM1A(采取粗砂形式，即具有最小粒径为100μm且最大粒径为500μm的粒径分布)和M72T粗砂)置于独立的小烧杯中，并向每个烧杯添加8g环氧树脂。将所述混合物在HausChild的Speed混合机中以3000rpm混合60秒。然后将所述混合物分别倾倒在单独的氧化铝杯中进行硬化。为了将所述样品硬化，将它们在35℃的温度下放置24小时。在所述样品硬化后测量比色性质。
表6A：用环氧树脂配制的粗砂形式的GCM1A与方石英粗砂M72T的比色参数的比较
Figure BDA0004113601700000311
参考表6，GCM1A(采取粗砂形式)具有与方石英粗砂可比的比色性质(当配制在环氧树脂中时)。
对GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E进行相同的比色测试。这些比色值示出在表6B、6C、6D和6E中。
表6B：用环氧树脂配制的粗砂形式的GCM1B与方石英粗砂M72T的比色参数的比较
Figure BDA0004113601700000312
表6C：用环氧树脂配制的粗砂形式的GCM1C与方石英粗砂M72T的比色参数的比较
Figure BDA0004113601700000313
表6D：用环氧树脂配制的粗砂形式的GCM1D与方石英粗砂M72T的比色参数的比较
Figure BDA0004113601700000321
表6E：用环氧树脂配制的粗砂形式的GCM1E与方石英粗砂M72T的比色参数的比较
Figure BDA0004113601700000322
参考表6A、6B、6C、6D和6E，GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E(采取粗砂形式)具有与方石英粗砂可比的比色性质(当配制在环氧树脂中时)。
在第二个实验(应用试验，使用粗砂和粉状物的配制物以模拟最终工业产品)中，将57.8g采取粗砂形式的每种样品与31.6g采取粉状物形式的每种样品和10.6g环氧树脂混合。将所述混合物在HausChild的Speed混合机中以2500rpm混合25秒，然后使用振动真空压实机压实；所述真空压实机在圆形模具内具有真空室，将所述混合物倒入其中，在压缩阶段中，真空压实机振动以帮助防止气泡的形成。将样品在真空压实机内留置24小时。然后测量比色性质。
表7A：GCM1A(采取粗砂和粉状物形式)与方石英(采取粗砂和粉状物形式)(当两者配制在相同量(10.6重量％)的FuganteTMepoxy 2k树脂中时)的比色参数的比较
Figure BDA0004113601700000323
表7B：GCM1B(采取粗砂和粉状物形式)与方石英(采取粗砂和粉状物形式)(当两者配制在相同量(10.6重量％)的FuganteTMepoxy 2k树脂中时)的比色参数的比较；与表7A样品相同比例的粉状物、粗砂和树脂
Figure BDA0004113601700000331
这个试验下GCM1B的比色参数尚未获得。本申请的发明人预计这个试验下GCM1B的比色参数将与其他实施例GCM1A、GCM1C、GCM1D和GCM1E相近。
表7C：GCM1C(采取粗砂和粉状物形式)与方石英(采取粗砂和粉状物形式)(当两者配制在相同量(10.6重量％)的FuganteTMepoxy 2k树脂中时)的比色参数的比较；与表7A样品相同比例的粉状物、粗砂和树脂
Figure BDA0004113601700000332
表7D：GCM1D(采取粗砂和粉状物形式)与方石英(采取粗砂和粉状物形式)(当两者配制在相同量(10.6重量％)的FuganteTMepoxy 2k树脂中时)的比色参数的比较；与表7A样品相同比例的粉状物、粗砂和树脂
Figure BDA0004113601700000333
表7E：GCM1E(采取粗砂和粉状物形式)与方石英(采取粗砂和粉状物形式)(当两者配制在相同量(10.6重量％)的FuganteTMepoxy 2k树脂中时)的比色参数的比较；与表7A样品相同比例的粉状物、粗砂和树脂
Figure BDA0004113601700000341
参考表7A，GCM1A具有与方石英可比的比色性质。图3和图4是示出了两种样品在白色(图3)和黑色(图4)背景上的视觉比较的照片。在图3和图4中的每一者中，A是从方石英M72T和环氧树脂形成的样品，而B是从GCM1A和环氧树脂形成的样品。
石英和方石英以极小的重量％存在于GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E中(参见表5A、5B、5C、5D和5E)。因此，GCM1A将致癌活性降至最低(通过使石英和方石英的存在最小化来实现)，同时在人造石中给出了与方石英粉末或粗砂相近或更好的比色性质。
在这些非限制性实施例中，与矿物填充剂组合的树脂是FuganteTMEpoxy 2k，其是一种环氧树脂。可选地，所述树脂可以是其他环氧树脂或聚酯树脂或聚氨酯树脂。聚酯树脂的非限制性实例包括AROPOLTMLP 67400(由INEOSTM生产)、邻苯二甲酸树脂(由AshlandTM生产)、二环戊二烯树脂(由AshlandTM生产)、间苯二甲酸树脂(由AshlandTM生产)和POLARIS(由AshlandTM生产)。聚氨酯树脂的非限制性实例包括URETAN NR(由CoresTM生产)或PUCORENG(由CoresTM生产)。当用矿物填充剂和树脂形成人造石(用于或用作例如厨房台面、外立面、浴室或家具)时，通常矿物填充剂的量为80重量％至92重量％，树脂(任选为前面列出的类型)的量为8重量％至20重量％。
8.煅烧过的玻璃陶瓷材料的孔隙率的确定
测量了玻璃陶瓷材料(GCM1A)的孔隙率。结果示出在表8中。
在这个实施例中，从其获得孔隙率测量的GCM1A样品具有最小粒径为100μm且最大粒径为500μm的粒径分布(即它是GCM1A粗砂)，并因此确定了粒子间和粒子内孔隙率。
孔隙率值从图2提取。图2示出了侵入体积(mL/g)随孔隙率的变化。在所述曲线的斜率突然改变时计算粒子内体积和粒子内孔隙率：这种突然改变指示从粒子间孔隙率向粒子内孔隙率的转变。
图2在Autopore IV 9500(V1.09，867系列)上获得。为了获得图2，在Autopore IV9500上设置的参数是：
针入度计参数
针入度计：100578–5球泡，1.1杆，粉末
穿透常数：22.065μL/pF，穿透重量：69.2990g
杆体积：1.1000mL，最大头部压力：4.4500psia
穿透体积：6.0511mL，组件重量：125.7810g
Hg参数
前进接触角：130.000度，后退接触角：130.000度
Hg表面张力：485.000达因/cm，Hg密度：13.5438g/mL
用户参数
Param 1：0.000，Param 2：0.000，Param 3：0.000
低压：
排气压力：50μmHg
排气时间：5mins
汞填充压力：1.52psia
平衡时间：10secs
最大侵入体积：0.010mL/g
高压:
平衡时间：10secs
最大侵入体积：0.010mL/g
无空白校正
(压力从0.10至33000.00psia)
孔隙率值的这种计算是两种不同类型的孔隙率(粒子间孔隙率和粒子内孔隙率)的半定量估算。获得每个样品的总孔隙率的报告，并获得侵入到样品中的汞的体积以及孔眼尺寸与侵入的汞体积的关系图。在图2的图上鉴定斜率的变化。使用GCM1A时，在0.0575mL/g的体积下鉴定到斜率的变化。该值是GCM1A样品的粒子间孔隙率。总孔隙率与粒子间孔隙率之间的体积之差给出了粒子内孔隙率的值。在GCM1A中，粒子内孔隙率被评估为6.33％。
对GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E进行了相同的测量。结果列于表8中。
表8：玻璃陶瓷材料(GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E)与方石英M72T的孔隙率的比较，两者均具有粗砂粒径分布(即最小粒径为100μm且最大粒径为500μm的粒径分布)
Figure BDA0004113601700000371
参考表8，GCM1A具有高于1％的粒子内孔隙率。GCM1A的粒子内孔隙率为大约6％。采取粗砂形式的GCM1A具有比方石英M72T更低的孔隙率。然而，GCM1A的粒子内孔隙率不像对大多数已知玻璃陶瓷材料所预计的那样接近于零。GCM1A的相对高的粒子内孔隙率使其适合于至少在EGS和涂料应用中代替方石英M72T。
参考表8，GCM1B具有高于1％的粒子内孔隙率。GCM1B的粒子内孔隙率为大约13.5％。采取粗砂形式的GCM1B具有比方石英M72T略高的孔隙率。然而，GCM1B的粒子内孔隙率不像对大多数已知玻璃陶瓷材料所预计的那样接近于零。GCM1B的相对高的粒子内孔隙率使其适合于至少在EGS和涂料应用中代替方石英M72T。
参考表8，GCM1C具有高于1％的粒子内孔隙率。GCM1C的粒子内孔隙率为大约16.82％。采取粗砂形式的GCM1C具有比方石英M72T略高的孔隙率。然而，GCM1C的粒子内孔隙率不像对大多数已知玻璃陶瓷材料所预计的那样接近于零。GCM1C的相对高的粒子内孔隙率使其适合于至少在EGS和涂料应用中代替方石英M72T。
参考表8，GCM1D具有高于1％的粒子内孔隙率。GCM1D的粒子内孔隙率为大约18.52％。采取粗砂形式的GCM1D具有比方石英M72T略高的孔隙率。然而，GCM1D的粒子内孔隙率不像对大多数已知玻璃陶瓷材料所预计的那样接近于零。GCM1D的相对高的粒子内孔隙率使其适合于至少在EGS和涂料应用中代替方石英M72T。
参考表8，GCM1E具有高于1％的粒子内孔隙率。GCM1E的粒子内孔隙率为大约24.5％。采取粗砂形式的GCM1E具有比方石英M72T更高的孔隙率。然而，GCM1E的粒子内孔隙率不像对大多数已知玻璃陶瓷材料所预计的那样接近于零。GCM1E的相对高的粒子内孔隙率使其适合于至少在EGS和涂料应用中代替方石英M72T。
9.EGS片的机械强度(应用测试)
如第7节第二个实验中所述生产EGS片(即在将粗砂、粉状物和树脂混合以在振动真空压实下产生小片后，在表7A、7B、7C、7D和7E中测试以测量比色参数的样品/片)。
将所述样品/片用金刚石圆盘机(型号CARATTMX-Coup 350 KARG)切割，并在每种情况下造型成矩形条，其具有11cm乘1.5cm乘1.5cm的维度。
然后使用由IndustrieTechnikTM提供的弯曲强度仪器(KTH 238-AL)测量所述矩形条的弯曲强度。每种条的实测弯曲强度示出在表9中。表9：包含GCM1A、GCM1B、GCM1C、GCM1D和GCM1E的条与包含相同量方石英的条的弯曲强度的比较
Figure BDA0004113601700000391
表9显示当形成在EGS材料中时，GCM1A、GCM1C、GCM1D和GCM1E与方石英相比均提供了相近或改善的弯曲强度。GCM1B预计提供相似的结果。GCM1A、GCM1C、GCM1D和GCM1E(和相关生产)均可以在EGS产品中充当方石英的替代品。
GCM1A的SEM图像
图8是示例性玻璃陶瓷材料GCM1A的SEM图像。图8显示了GCM1A具有与图6中示出的方石英相近的孔隙率。此外，图8显示了从形态角度来说GCM1A更类似于方石英而不是石英(如图5中所示)或玻璃(如图7中所示)。
当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包含”及其变化形式意味着包括指定的特点、步骤或整数。所述术语不应被解释为排除其他特点、步骤或组分的存在。
在前面的描述或权利要求书或附图中公开的以其特定形式或在用于执行所公开的功能的手段或用于获得所公开的结果的方法或过程方面表述的特点，视情况而定可以单独地或以此类特点的任何组合的方式用于以多样化形式实现本发明。

Claims (17)

1.一种玻璃陶瓷材料，其包含：
包含玻璃的无定形相；和
包含透辉石的结晶相。
2.根据权利要求1所述的玻璃陶瓷材料，其中：
所述玻璃包含大于10重量％的氧化钠；和/或
所述玻璃包含大于10重量％的氧化钾；和/或
形成所述结晶相的晶体嵌入在所述玻璃内。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料由下述组分组成：
包含玻璃(或由玻璃组成)的无定形相(任选地，其中所述无定形相占所述玻璃陶瓷材料的15重量％至80重量％或20重量％至58重量％或40重量％至49重量％)；
包含透辉石(或由透辉石组成)的结晶相(任选地，其中所述结晶相占所述玻璃陶瓷材料的20重量％至85重量％或42重量％至80重量％或51重量％至60重量％)；和
不可避免的杂质。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述无定形相由玻璃(和任选的不可避免的杂质)组成。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述结晶相由透辉石(和任选的不可避免的杂质)组成。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述不可避免的杂质包含以下或由以下组成：小于3.0重量％、或小于2.5重量％、或小于2.0重量％、或小于1.5重量％、或小于1.0重量％或小于0.5重量％的石英、方石英或石英和方石英。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料的颜色为白色或近白色；任选地，其中所述玻璃陶瓷材料具有下述CIELAB比色参数：88至100(L)；-0.5至+0.5(a)；+0.4至+3.0(b)(或92至100(L)；-0.5至+0.5(a)；+0.4至+3.0(b))；任选地，其中CIELAB比色性质在HunterLabTMMiniscan XE Plus上测量。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料具有0或更大、或大于1％、或大于2％、或2％至25％、或2％至15％、或4％至25％、或4％至15％或4％至10％的粒子内孔隙率。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的玻璃陶瓷材料，其中所述玻璃陶瓷材料：
具有最小粒径为100μm且最大粒径为500μm的粒径分布(采取粗砂形式)；和/或
具有最大粒径为45μm的粒径分布(采取粉状物形式)。
10.一种人造石，其包含根据权利要求1至9中的任一项所述的玻璃陶瓷材料；任选地，其中所述人造石还包含树脂；任选地，其中人造石包含80重量％至92重量％的玻璃陶瓷材料和8重量％至20重量％的树脂；任选地，其中所述树脂是环氧树脂、聚酯树脂或聚氨酯树脂；任选地，其中所述树脂是2K环氧树脂。
11.根据权利要求10所述的人造石，其中所述人造石的颜色为白色或近白色；任选地，其中所述玻璃陶瓷材料具有下述CIELAB比色参数：88至100(L)；-0.5至+0.5(a)；+0.4至+3.0(b)(或92至100(L)；-0.5至+0.5(a)；+0.4至+3.0(b))；任选地，其中CIELAB比色性质在HunterLabTMMiniscan XE Plus上测量。
12.一种涂料组合物、或一种油墨组合物、或一种过滤介质、或一种陶瓷组合物、或一种牙科组合物、或一种生物医学组合物、或一种植入材料、或一种燃料电池或一种核废料固定组合物，其包含根据权利要求1至9中的任一项所述的玻璃陶瓷材料。
13.一种形成玻璃陶瓷材料的方法，所述方法包括下述步骤：
提供白云石、石英(或方石英或石英和方石英)和长石(任选为钠长石)，以形成混合物；和
将所述混合物加热到1100℃至1400℃的温度。
14.根据权利要求13所述的方法，其还包括在加热之前向所述混合物添加硅酸钠的步骤。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中每种起始原料以下述量存在：25重量％至60重量％的白云石，5重量％至35重量％(或10重量％至30重量％)的石英(或方石英或石英和方石英)，和5重量％至70重量％(或20重量％至55重量％)的钠长石，任选的2.5重量％至15重量％的硅酸钠；
其中每种起始原料以下述量存在：40重量％±10重量％的白云石，19重量％±10重量％的石英(或方石英或石英和方石英)，和40重量％±10重量％的钠长石，任选的10重量％±5重量％的硅酸钠。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的方法，其中加热步骤进行50分钟至70分钟或60分钟至600分钟。
17.一种玻璃陶瓷材料，其通过或可通过根据权利要求13至16中的任一项所述的方法获得。
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