[發明專利]一種含稀土的表面析晶微晶玻璃及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710044351.6
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106746676A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王覓堂;李梅;方龍;柳召剛;胡艷宏;張曉偉
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: C03C10/02
• 分類號: C03C10/02;C03B32/02
• 代理公司: 北京眾元弘策知識產權代理事務所(普通合伙)11462
• 代理人: 安娜,孫東風

技術領域

本發明涉及玻璃技術領域，具體涉及一種含稀土的表面析晶微晶玻璃及其制備方法與應用。

背景技術

普通玻璃的強度并不是很高，大約在50MPa左右，但是理論強度值卻大約在9810～29420MPa之間。原因在于玻璃表面存在著無數光學顯微鏡看不到的小裂紋，被稱之為格里菲斯裂紋。這些裂紋呈半橢圓形起應力中心的作用，當玻璃加上負載時，斷裂過程首先從裂紋處開始，比沒有缺陷的玻璃發生的早。這就是玻璃表面的實際強度和理論強度相差大的原因。玻璃表面上的缺陷遠比玻璃內部脆弱的多，所以想大幅度提高玻璃的強度，須首先對玻璃表面采取措施。表面析晶玻璃有望提高玻璃的強度，如果讓玻璃表面晶化使得玻璃機體里面存在有高體積分數的極小晶體，用以限制由應力引起的格里菲斯裂紋，這樣就可以使玻璃的強度提高到200MPa以上。

表面析晶玻璃如同在玻璃表面鍍了一層保護膜，機械強度高，硬度大，耐磨性很好，化學穩定性和熱穩定性良好，能夠適應惡劣的使用環境；電絕緣性能優良，介電常數穩定，介電損耗小；與具有相同力學性能的金屬材料相比，表面析晶玻璃材料質地致密，具有不透氣、不透水等優良性能。而且，還可以利用不同組成的玻璃來制得具有特殊光學、熱學、磁學、電學和生物學等功能的表面析晶玻璃，使得這種材料具有非常好的經濟效益，且有望代替傳統材料。

現有技術中制備析晶玻璃時，向玻璃中引入促進析晶的晶核劑，以促進所得玻璃的表面析晶。所述的促進析晶的晶核劑包括氧化鈦、三氧化二鉻或者這兩者的混合物。通過簡單的方法促進了玻璃的表面析晶，在無需對玻璃進行破碎的情況下，添加傳統的整體析晶時使用的玻璃晶核劑(TiO₂、Cr₂O₃)就可以提高玻璃的表面析晶速度或表面析晶層中的晶相含量，此方法工藝簡單易行，對表面析晶效果顯著。并且，可以通過調節TiO₂、Cr₂O₃的用量得到不同析晶層厚度和晶體含量的析晶玻璃，滿足各種不同需求。然而上述表面析晶的方法均需要向玻璃中引入析晶劑以達到表面析晶，效率較低，且制備得到的表面析晶微晶玻璃綜合性能不夠理想。

發明內容

本發明目的在于提供一種表面析晶微晶玻璃及其制備方法于應用，制備過程不需要添加任何的析晶劑，析晶效率高，表面析晶效果好，生產成本低，制備得到的微晶玻璃析晶厚度均勻，表面光滑，且可以提高微晶玻璃的紫外屏蔽能力、材料力學性能和耐堿性，實現太陽光中不同波長光之間的轉化，提高微晶玻璃的光轉化效率和發光強度，提高微晶玻璃的熱穩定性和化學穩定性。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案為：

第一方面，本發明提供了一種表面析晶微晶玻璃，其原料包括第一組分和第二組分；所述第一組分包括氧化鋅、氧化硼和二氧化硅，所述第二組分為稀土氧化物；其中，所述第一組分和所述第二組分的的摩爾比為100：(0～10)，且所述第二組分的摩爾數不為0；所述氧化鋅、所述氧化硼和所述二氧化硅的摩爾比為(25～60)：(5～50)：(5～30)。需要說明的是，所述原料還可以包括雜質組分，所述雜質組分的總含量小于或等于所述原料總量的5wt％，所述雜質組分包括硫酸鹽、氯化物、磷酸鹽、鈣、鉛、鐵、硝酸鹽、硫酸鹽、錳和氫氟酸中的一種或幾種。

本發明提供的微晶玻璃析晶厚度均勻光滑，微晶玻璃的紫外屏蔽能力、材料力學性能和耐堿性強，可以實現太陽光中不同波長光之間的轉化，提高微晶玻璃的光轉化效率和發光強度，提高微晶玻璃的熱穩定性和化學穩定性。

在本發明的進一步實施方式中，所述第一組分還包括氧化鈉和/或氧化鋁；其中，所述氧化鋁、所述氧化鈉和所述氧化鋅的摩爾比為(0～4)：(0～20)：(25～60)，且所述氧化鈉和所述氧化鋁的摩爾數不同時為0。

在本發明的進一步實施方式中，所述稀土氧化物為氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化釹、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化鈥、氧化鉺、氧化銩、氧化鐿、氧化镥、氧化鈧和氧化釔中的一種或幾種。

第二方面，本發明提供了一種表面析晶微晶玻璃的制備方法，包括如下步驟：將上述任一項的表面析晶微晶玻璃的原料混合均勻，得到混合物；將所述混合物加熱熔制，得到玻璃液，將所述玻璃液澆鑄成型后退火處理；將所述退火處理得到的產品進行熱處理，得到表面析晶微晶玻璃成品。需要說明的是，優選通過研磨將表面析晶微晶玻璃的原料組分混合均勻。

本發明提供的表面析晶微晶玻璃的制備方法，制備過程不需要添加任何的析晶劑，析晶效率高，表面析晶效果好，生產成本低。