[發明專利]利用沙漠風積沙合成的石英納米晶微晶玻璃及其合成方法

在審

• 申請號: 202110009704.5
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112624619A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王文彬;宋嘉威;史志銘;王子東;薛麗娜
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業大學
• 主分類號: C03C10/14
• 分類號: C03C10/14;C03B19/06;C03B5/16;C03B1/02
• 代理公司: 深圳市威世博知識產權代理事務所(普通合伙) 44280
• 代理人: 劉彩霞

本發明公開了利用沙漠風積沙合成的石英納米晶微晶玻璃及其合成方法，其方法包括如下步驟：(1)原料預處理及粉磨制備混合粉體；(2)混合粉體制備基礎玻璃；(3)基礎玻璃破碎后壓制成型制備得到中間體；(4)中間體核化燒結制備得到石英納米晶微晶玻璃；以及利用該方法合成的石英納米晶微晶玻璃。本發明合成的石英納米晶微晶玻璃主晶相為高溫方石英納米晶相，含量為55?85％，第二相為玻璃相；石英納米晶微晶玻璃的晶粒尺寸小于100nm，致密度為90?98％，彎曲強度為60?190MPa，維氏硬度為350?1150HV。

技術領域：

本發明涉及利用沙漠風積沙合成的石英微晶玻璃及其合成方法，特別是涉及一種利用沙漠風積沙合成的石英納米晶微晶玻璃及其合成方法。

背景技術：

微晶玻璃兼有玻璃非晶與陶瓷晶體的雙重性質，綜合性能優于玻璃，作為一種新型的陶瓷材料廣泛應用于建筑、電子、生物、國防等領域。石英微晶玻璃是應用最為廣泛的微晶玻璃之一，具有優異的力學性能與光學性能、良好的耐酸堿腐蝕性與抗沖擊能力。如果將石英微晶玻璃的晶粒尺寸控制到小于100nm的范圍內，即在玻璃中形成納米級的石英晶粒，那么玻璃的硬度、強度、耐酸堿腐蝕性將顯著提高。

近年來，國內外合成納米晶微晶玻璃的研究較多，原料及生成微晶相的種類繁多，工藝也較復雜，如微晶玻璃的納米微晶相種類包括鎂鋁尖晶石、NaYF₄、堇青石、磷灰石、鈦酸鍶、LiAl₅O₈、鍺酸鹽、透輝石相、莫來石等，納米晶的尺寸大多為30-250nm。然而，國內外合成石英納米晶微晶玻璃的相關研究較少。

對于微晶玻璃，除了需要考慮性能之外，還需要考慮原料的來源及成本問題。目前，合成微晶玻璃的原料主要集中在石英含量高的天然礦物原料上。由于天然礦物原料的嚴重消耗對環境造成了不可逆的破壞，所以近年來國家提出了綠色發展的概念，工業上也逐漸采用固體廢棄物如高爐爐渣、粉煤灰、煤矸石等代替常規原料來合成微晶玻璃。但是，工業爐渣、粉煤灰、鉻鐵渣等均含有濃度超標的Cd、Cr、Hg、Se等重金屬有害物質，從一定程度上阻礙了其廣泛應用。總的來看，固體廢棄物的分布、儲量以及其自身存在的有害成分并不能很好地滿足微晶玻璃工業長遠發展的需要，那么尋找合適的原料替代物顯得尤為重要。

我國西北地區沙漠及沙地分布廣泛，由石英與長石相組成的沙漠風積沙可以作為石英類礦物的最佳替代物用于微晶玻璃的合成。目前，國內有一些以風積沙為主料合成微晶玻璃板的專利，如：專利CN00119151.9和CN201010240380.8；以及利用廢舊玻璃制備微晶玻璃陶瓷復合磚的專利，如專利CN201911294711.3；以上專利合成過程需要添加的原料及助劑種類繁多，且微晶玻璃中未提及相組成、晶粒度、微觀結構及性能，而常規微晶玻璃的晶粒度大多數都達不到納米的級別。而目前，采用風積沙合成石英納米晶微晶玻璃的研究幾乎沒有。

發明內容：

鑒于微晶玻璃原料及性能需求，本發明第一個目的在于提供一種使用取之不盡的沙漠風積沙為主要原料合成石英納米晶微晶玻璃的方法，其合成工藝簡單，原料來源廣泛，且原料成本低，對于降低微晶玻璃的合成成本，緩解資源短缺與沙漠帶來的環境問題具有重要意義。

本發明的第二個目的在于提供一種低成本、性能優異、能夠滿足日用、建筑、工業級微晶玻璃制品需要的利用沙漠風積沙合成的石英納米晶微晶玻璃。

本發明的第一個目的由如下技術方案實施：利用沙漠風積沙合成石英納米晶微晶玻璃的方法，其包括如下步驟：(1)原料預處理及粉磨制備混合粉體；(2)混合粉體制備基礎玻璃；(3)基礎玻璃破碎后壓制成型制備得到中間體；(4)中間體核化燒結制備得到石英納米晶微晶玻璃；其中，

(1)原料預處理及粉磨制備混合粉體：將沙漠風積沙進行預處理，用以調節沙漠風積沙中的雜質含量，將預處理后的沙漠風積沙作為主要原料，將工業氧化鎂和硼酸作為輔料，混合后進行粉磨，制備得到混合粉體；