[發(fā)明專利]一種改善微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110223092.6
• 申請(qǐng)日: 2011-08-05
• 公開（公告）號(hào): CN102432164A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 匡敬忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C03B32/02
• 分類號(hào): C03B32/02
• 代理公司: 贛州凌云專利事務(wù)所 36116
• 代理人: 曾上

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種改善微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的新方法，該方法屬于特種玻璃材料及生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微晶玻璃是由基礎(chǔ)玻璃經(jīng)控制晶化行為而制成的微晶體和玻璃相均勻分布的材料。微晶玻璃由于結(jié)合了玻璃和陶瓷的優(yōu)良性能，因而作為結(jié)構(gòu)材料、技術(shù)材料、光學(xué)和電學(xué)材料、建筑材料、裝飾材料等廣泛應(yīng)用于電子、化工、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)械工程、軍事、建筑及生活各個(gè)領(lǐng)域，具有廣泛應(yīng)用前景。

自1957年，美國(guó)康寧公司的Stookey發(fā)明了微晶玻璃以來，微晶玻璃得到了迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究工作。微晶玻璃作為一種多晶陶瓷材料，其綜合性能主要決定三大因素：原始玻璃的化學(xué)組成、微晶體的尺寸和數(shù)量、殘余玻璃相的性質(zhì)和數(shù)量。一般認(rèn)為，結(jié)晶相數(shù)量多一些對(duì)玻璃的機(jī)械強(qiáng)度、硬度、以及耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性的提高將起有利的作用。另外，細(xì)晶結(jié)構(gòu)也是微晶玻璃獲得一系列優(yōu)越性能的前提，大量試驗(yàn)結(jié)果表明：晶粒越小、越均勻，強(qiáng)度就越高。微晶玻璃的原始組成不同，其晶相的種類也不同，微晶玻璃的性能也存在很大差異性。根據(jù)原始玻璃所含主要組分可以分為：硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、硼酸鹽和磷酸鹽等幾大類。而微晶體的尺寸和數(shù)量、殘余玻璃相的性質(zhì)和數(shù)量是由微晶玻璃晶化熱處理制度、晶核劑的種類和用量決定的。當(dāng)微晶玻璃組成一定時(shí)，這些因素主要由熱處理制度決定，通過調(diào)節(jié)熱處理制度來合理調(diào)整材料的晶相含量、顯微結(jié)構(gòu)和性能。

就微晶玻璃本身而言，可以通過改變?cè)疾ＡУ幕瘜W(xué)組成、晶核劑的種類和含量及核化和晶化的熱處理制度來改變微晶玻璃性能，這是一種最有效、也是最根本的方式，很多的研究人員通過上述三種方式分別獲得了性能不同的微晶玻璃，如耐高溫、耐熱沖擊、高強(qiáng)度、耐磨、易機(jī)械加工、低膨脹、光敏性、低介電損耗、強(qiáng)磁性和生物相容等不同性能的微晶玻璃。另一種途徑是通過與增強(qiáng)體復(fù)合或表面修飾來改變微晶玻璃的性能，主要有：通過添加纖維、片晶或晶須與微晶玻璃復(fù)合，通過氧化鋯相變?cè)鲰g和增強(qiáng)，自增韌和增強(qiáng)技術(shù)，采用熱壓形變工藝形成擇優(yōu)定向晶體增強(qiáng)微晶玻璃，采用離子交換技術(shù)，通過表面施釉等獲得不同性能的微晶玻璃，目前通過與增強(qiáng)體的復(fù)合是主要的技術(shù)。但是，增強(qiáng)體(如晶須、纖維或片晶)在基體中分散，導(dǎo)致了材料內(nèi)部具有較高的平均剪切應(yīng)力，從而降低了復(fù)合材料的燒結(jié)速率，使燒結(jié)變得十分困難。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)體(如晶須、纖維或片晶)加入復(fù)合材料基體中，增強(qiáng)體在復(fù)合材料中易形成剛性網(wǎng)絡(luò)骨架，不利于復(fù)合材料組分的均勻分散。特別要指出的是晶須是致癌物質(zhì)，對(duì)人體健康不利，許多發(fā)達(dá)國(guó)家已禁止使用。所以，外加增強(qiáng)體不是提高微晶玻璃性能的最佳途徑。為此人們還是希望尋找自身因素改變改善微晶玻璃性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了尋找一種能通過自身因素的變化來改善微晶玻璃性能的途徑，依據(jù)母體玻璃熱歷史對(duì)玻璃晶化后微晶玻璃中微晶相種類、形狀及尺寸和微晶體與玻璃相的比例的微觀影響關(guān)系，提供一種改善微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的方法。

其基本原理：玻璃在化學(xué)組成確定的情況下，一定的熱歷史必然對(duì)應(yīng)其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，而一定的玻璃結(jié)構(gòu)狀態(tài)又將直接影響到玻璃的析晶能力、析出的晶相種類、微晶相的形狀及尺寸大小和微觀結(jié)構(gòu)。因此，在不改變母體玻璃化學(xué)組成或化學(xué)組成改變不大的情況下，可通過改變母體玻璃的熱歷史來改變母體玻璃的微觀結(jié)構(gòu)，而母體玻璃的微觀結(jié)構(gòu)必將影響到玻璃的核化、晶化和晶相組成、大小及比例，最終改變微晶玻璃的微觀結(jié)構(gòu)和性能。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用以下工藝方案：一種改善微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的方法，控制玻璃熔體轉(zhuǎn)變成母體玻璃的制備過程，即通過控制玻璃在應(yīng)變點(diǎn)和軟化點(diǎn)溫度區(qū)間內(nèi)一定溫度下保溫一定的時(shí)間來改變母體玻璃的熱歷史，從而改變母體玻璃的微觀結(jié)構(gòu)，而母體玻璃的微觀結(jié)構(gòu)必將影響到母體玻璃的核化和晶化過程，最終生產(chǎn)出性能可控的微晶玻璃。

通過控制玻璃熔體冷卻至一定溫度下保溫一定時(shí)間或熔體直接冷卻至常溫后再升溫至一定溫度下保溫一定時(shí)間來改變母體玻璃的熱歷史，進(jìn)而改變母體玻璃的結(jié)構(gòu)，以獲得結(jié)構(gòu)不同的母體玻璃，再按各自的熱處理工藝制度進(jìn)行核化和晶化處理獲得微觀結(jié)構(gòu)和性能不同的微晶玻璃。

所述一定溫度指在應(yīng)變點(diǎn)和軟化點(diǎn)溫度區(qū)間內(nèi)任一溫度，所述保溫一定時(shí)間指在應(yīng)變點(diǎn)和軟化點(diǎn)溫度區(qū)間內(nèi)任一溫度下保溫1-500小時(shí)。

在析晶峰溫度下進(jìn)行熱處理，升溫速度為1-50℃/min，熱處理制度為：核化溫度下保溫1-10小時(shí)，晶化溫度下保溫1-10小時(shí)，獲得微晶玻璃。

玻璃配合料熔制溫度為1350℃-1650℃，并在該溫度下保溫1-10小時(shí)，并重熔一次，得到玻璃熔體。