[發明專利]一種鈦酸鋯/假藍寶石復相微晶玻璃材料及制備方法

有效

• 申請號: 202010613924.4
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111777333B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 芶立;石永恒
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C03C10/08
• 分類號: C03C10/08;C03B19/02;C03B25/00;C03B32/02
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本發明公開了一種鈦酸鋯/假藍寶石復相微晶玻璃材料及制備。其特點是在MgO?Al₂O₃?SiO₂（MAS）體系中，加入高摻量的TiO₂和ZrO₂作為晶核劑。經配料、高溫熔制后得到均勻的玻璃液，玻璃液在倒入預熱的鑄鐵模具中成型，再經退火消除部分熱應力，得到均勻透明，無明顯氣泡的基礎玻璃。再采用兩段熱處理方法，以一定的升溫速率，控制基礎玻璃在不同的溫度下依次進行核化、晶化，析出鈦酸鋯和假藍寶石晶相，最終得到復相微晶玻璃。本發明通過在MAS體系中加入高摻量的TiO₂和ZrO₂，制備出了力學性能好，介電常數和介質損耗均較低的鈦酸鋯/假藍寶石復相微晶玻璃，該微晶玻璃有望用于無線充電和移動通訊領域。

技術領域

本發明涉及微晶玻璃制造技術領域，具體涉及一種鈦酸鋯/假藍寶石復相微晶玻璃材料及制備方法。

背景技術

由于無線充電目前常用的Qi標準是利用電磁感應原理對手機進行充電，其工作頻率為100-205kHz。為了使電磁波能夠順利穿過手機后蓋，需要后蓋材料具有低的介電常數和低的介質損耗（低介低損耗）。玻璃材料具有可加工性較好，低介低損耗的優點，但是玻璃較高的脆性仍然是限制其應用的主要原因之一。陶瓷材料也具有較低的介質損耗，并且可以獲得較高的強度。但是陶瓷不能像玻璃那樣利用熱彎工藝加工成曲面手機后蓋，一般采用計算機數控車床技術對陶瓷進行機械加工，導致其成本相對較高。

微晶玻璃是采用合理的熱處理制度控制晶化而制得的一類含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料，特殊的形成機理使其可以兼具玻璃和陶瓷的諸多優良性質，如低介低損耗、力學強度高、導熱性良好等。微晶玻璃的性能主要來源于其中的晶相，其中MgO-Al₂O₃-SiO₂（MAS）系α-堇青石微晶玻璃的介電常數（ε_r=9.9）和介質損耗（Q×f=28600GHz）均較低，并且諧振頻率溫度系數（τ_f）在晶核劑TiO₂的調控下也可以趨于0，維氏硬度在4.5-8.0GPa之間，抗彎強度一般處于62-175MPa的范圍內。Harbi等制備了堇青石-假藍寶石-尖晶石三相復合的MAS系微晶玻璃，其維氏硬度最高可以達到8.14GPa（CeramicsInternational，2014，40(4)，5283-5288）。

盡管MAS體系微晶玻璃有眾多優點，但是在不含晶核劑的MAS系微晶玻璃中，析晶方式總是表面結晶，從而導致結晶度較低，力學強度明顯下降。鈦酸鋯和假藍寶石也是兩種介電性能較好的晶相，Yang等制備的鈦酸鋯陶瓷介質損耗較低（Q×f=26741GHz），介電常數為41.93，τ_f為-2.3ppm/℃（Ceramics International，2019，46(4)，4543-4549）。楊海波等研究了堇青石-假藍寶石復相陶瓷的介電性能，當假藍寶石的加入量為60mol%時，復相陶瓷的介電常數為7，介質損耗為4×10^-3（第十三屆全國高技術陶瓷學術年會，2004）。因此在MAS體系中加入ZrO₂和TiO₂這兩種晶核劑，制備鈦酸鋯/假藍寶石復相微晶玻璃，可以具有良好的力學性能和介電性能。此外，由于微晶玻璃也可以通過在基礎玻璃階段進行熱彎加工，再晶化得到曲面微晶玻璃，從而使最后得到的復相微晶玻璃材料有望用于支持無線充電的手機后蓋材料。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種低介低損耗，維氏硬度、斷裂韌性和抗彎強度均高的微晶玻璃材料及其制備方法。