專(zhuān)利名稱(chēng)：一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
微晶玻璃是由特定成分組成的基礎(chǔ)玻璃在一定溫度下控制結(jié)晶而制得的多晶復(fù)合材料；其中鋰鋁硅系(Li2O-Al2O3-SiO2，簡(jiǎn)稱(chēng)LAS)微晶玻璃作為微晶玻璃中的一個(gè)重要品種，因其具有超低膨脹、高強(qiáng)度、耐高溫、耐熱沖擊，而被廣泛用于制造天文望遠(yuǎn)鏡、炊具、餐具、高溫電光源玻璃、電磁爐面板、微電子技術(shù)用基板、實(shí)驗(yàn)室用加熱器具、高溫?zé)峤粨Q器、代石英玻璃、高溫窗、雷達(dá)天線(xiàn)罩等。黑色微晶玻璃是以微晶玻璃為基體，在熔制過(guò)程中摻雜了黑色著色劑而制得的；它不僅具有一般微晶玻璃的優(yōu)越性能，而且還具有顏色莊重、色澤華麗、與其他家用電器及家裝環(huán)境匹配性好等優(yōu)點(diǎn)，因此可以代替稀貴的黑色花崗巖，用作各類(lèi)建筑物的室內(nèi)外耐久性的高級(jí)市面材料，也可以用于制作微晶玻璃灶具中的高端產(chǎn)品。
關(guān)于所述黑色微晶玻璃，在公開(kāi)號(hào)CN 85100521、1056857、1263059中曾報(bào)道了利用粉煤灰、礦渣、尾礦或工業(yè)廢渣為黑色著色劑及原料制造黑色微晶玻璃的方法；其優(yōu)點(diǎn)是利用廉價(jià)的廢渣作為原料，既可降低微晶玻璃的生產(chǎn)成本，又有益于保護(hù)環(huán)境。但由于采用廢渣作原料，也存在著廢渣成分不穩(wěn)定、會(huì)引入外來(lái)雜質(zhì)等問(wèn)題，對(duì)微晶玻璃的性能也會(huì)產(chǎn)生一定影響。
CN 1785872報(bào)道了以CeO2，V2O5，F(xiàn)e2O3，CaO，NiO，CoO為著色劑，制得了以β-石英固溶體為主晶相的黑色透明微晶玻璃，其透過(guò)色為紅棕色反射色為黑色。但是，CN 1785872A還存在著以下不足之處1)著色劑成分復(fù)雜，成分不易匹配而導(dǎo)致偏色；2)著色成分中CeO2的毒性較大；3)晶核劑成分ZrO2在無(wú)P2O5條件下溶解度較低，影響晶化效果；4)沒(méi)有涉及微晶玻璃的力學(xué)性能。
CN1699233也報(bào)道了以NiO、V2O5和Fe2O3為著色劑的一種黑色透明微晶玻璃以及其制品的生產(chǎn)方法，用于制備電磁爐板、盤(pán)、微波爐盤(pán)等微晶玻璃制品，但CN1699233存在以下不足1)沒(méi)有涉及玻璃氣氛控制以及著色離子變價(jià)；2)V2O5成分變價(jià)后V3+離子成綠色，不易與Ni、Fe離子匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃及其制備方法，采用本方法制備的黑色高強(qiáng)微晶玻璃具有晶粒尺寸能達(dá)到納米級(jí)，黑色穩(wěn)定、純正，且熱膨脹系數(shù)低、機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱耐侵蝕性能好的優(yōu)點(diǎn)。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃，該微晶玻璃的重量百分比組成為二氧化硅70％，氧化鋰3.5％，氧化鋁17％，三氧化二鐵0.1％-0.5％，三氧化二鈷0.5％-1％，三氧化二鎳0.5％-1％，氧化鈦、氧化鋯和五氧化二磷中的至少一種3.1％-3.5％，氧化鎂、氧化鋅、氧化鋇和氧化硼中的至少一種1％-1.5％，氧化鉀和/或氧化鈉2.0％-2.1％，氧化砷和/或氧化銻1％。
具體地說(shuō)選用氧化鈦、氧化鋯和五氧化二磷中的至少一種，意味著可選用氧化鈦、氧化鋯和五氧化二磷中的任意1種、或者任意2種的混合物(此2種可以任意重量比例相混合，但是均不能重量為0)、或者上述3種的混合物(此3種可以任意重量比例相混合，但是均不能重量為0)。同理，選用氧化鎂、氧化鋅、氧化鋇和氧化硼中的至少一種，意味著可選用氧化鎂、氧化鋅、氧化鋇和氧化硼中的任意1種、或者任意2種的混合物、或者任意3種的混合物、或者上述4種的混合物。
本發(fā)明還提供了上述黑色高強(qiáng)微晶玻璃的制備方法將上述微晶玻璃組成成分研磨均勻后加入還原劑配置成混合料，所述還原劑的重量是微晶玻璃組成成分總重的3％～10％；經(jīng)1580～1650℃熔制，成型，退火；再經(jīng)600～800℃核化1～4小時(shí)，然后升溫至700～1000℃晶化處理1～12小時(shí)。
作為本發(fā)明的制備方法的改進(jìn)還原劑可選用碳粉。
在本發(fā)明的制備方法中，加入還原劑的目的是為了控制玻璃熔制氣氛，促使著色離子變價(jià)。
本發(fā)明的黑色高強(qiáng)微晶玻璃及其制備方法，是在發(fā)明人經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究、實(shí)驗(yàn)后獲得的。本發(fā)明以Fe2O3、Co2O3、Ni2O3為復(fù)合著色劑，利用不同離子對(duì)可見(jiàn)光吸收波長(zhǎng)的不同，使之產(chǎn)生對(duì)光吸收的疊加，從而在可見(jiàn)光范圍內(nèi)(400～700nm)產(chǎn)生大面積的吸收，使微晶玻璃呈黑色。鐵通常以Fe3+和Fe2+離子狀態(tài)存在于玻璃中，光波的吸收帶分別為300～400nm和650～1000nm；鈷離子在玻璃中可以有[CoO6]和[CoO4]兩種配位狀態(tài)，前者的光波吸收帶為500～600nm，后者的吸收帶為520～700nm；鎳離子的光波吸收帶為400～570nm。本發(fā)明的黑色高強(qiáng)微晶玻璃由于采用Fe2O3、Co2O3、Ni2O3組成復(fù)合著色劑，因此可實(shí)現(xiàn)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)產(chǎn)生大面積的吸收；具有所獲得的黑色穩(wěn)定、純正、均勻等優(yōu)點(diǎn)，且避免了雜色、色斑、底色灰暗等缺陷。
本發(fā)明選用由TiO2、ZrO2、P2O5組成的復(fù)合晶核劑，利用晶核劑的“協(xié)同效應(yīng)”，促使玻璃大量形核；并配以精確控制核化、晶化熱處理工藝制度，控制晶核的生成和晶粒的長(zhǎng)大；實(shí)現(xiàn)晶粒尺寸達(dá)到納米級(jí)，玻璃表面細(xì)膩光滑，并有低的熱膨脹系數(shù)、高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的耐熱耐侵蝕性能，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)耐熱的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所選用的還原劑，例如碳粉，在制備過(guò)程中成為氣體被揮發(fā)，因此并不存在于最終形成的產(chǎn)品(黑色高強(qiáng)微晶玻璃)中。
本發(fā)明的黑色高強(qiáng)微晶玻璃的主晶相為β-鋰輝石(Li2O·Al2O3·nSiO2，n≥4)，晶體形狀為球狀，黑色穩(wěn)定、純正、均勻，晶粒尺寸在30～40nm之間，在30～700℃范圍內(nèi)熱膨脹系數(shù)為5～10×10-7/℃，抗折強(qiáng)度為110～150MPa，耐侵蝕級(jí)別達(dá)到GB6582-1。
與本發(fā)明相比，公開(kāi)專(zhuān)利CN 85100521、1056857、1263059、1785872、1699233中，除CN1699233的膨脹系數(shù)達(dá)-5～5×10-7/℃高于本發(fā)明專(zhuān)利，其他專(zhuān)利的膨脹系數(shù)均低于本發(fā)明專(zhuān)利，而且所列全部專(zhuān)利的微晶玻璃的抗折強(qiáng)度均低于本發(fā)明專(zhuān)利。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所得的黑色高強(qiáng)微晶玻璃的晶像示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所得的黑色高強(qiáng)微晶玻璃的晶像示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃，其重量百分比組成為SiO270％、LiO23.5％、Al2O317％、Fe2O30.3％、Co2O30.9％、Ni2O30.6％、TiO22％、ZrO21％、P2O50.4％、MgO 0.5％、ZnO 0.5％、BaO 0.2％、B2O30.1％、K2O 1.0％、Na2O 1.0％、As2O30.5％、Sb2O30.5％。
將上述微晶玻璃組成成分研磨均勻后加入還原劑配置成混合料，還原劑的重量是微晶玻璃組成成分總重的5％；該還原劑為市售產(chǎn)品，例如為碳粉。將混合料經(jīng)1600℃熔制，成型，退火；再經(jīng)600～800℃核化2小時(shí)，然后升溫至800℃晶化處理12小時(shí)。得到抗折強(qiáng)度110～150MPa、熱膨脹系數(shù)為5～21×10-7/℃、黑色穩(wěn)定均勻的微晶玻璃，球狀晶粒尺寸在30～40nm之間，如圖1所示。
實(shí)施例2一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃，其重量百分比組成為SiO270％、LiO23.5％、Al2O317％、Fe2O30.3％、Co2O30.7％、Ni2O30.8％、TiO22％、ZrO21％、P2O50.4％、MgO 0.5％、ZnO 0.5％、BaO 0.2％、B2O30.1％、K2O 1％、Na2O 1％、As2O30.4％、Sb2O30.6％。
將上述微晶玻璃組成成分研磨均勻后加入還原劑配置成混合料，還原劑的重量是微晶玻璃組成成分總重的10％；該還原劑為市售產(chǎn)品，例如為碳粉。將混合料經(jīng)1580℃熔制，成型，退火；再經(jīng)700℃核化4小時(shí)，然后升溫至1000℃晶化處理2小時(shí)。得到抗折強(qiáng)度110～150MPa、熱膨脹系數(shù)為5～10×10-7/℃、黑色穩(wěn)定均勻的微晶玻璃，球狀晶粒尺寸在30～40nm之間，如圖2所示。
實(shí)施例3一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃，其重量百分比組成為SiO270％、LiO23.5％、Al2O317％、Fe2O30.5％、Co2O30.5％、Ni2O31％、TiO23.2％、MgO 0.7％、ZnO 0.5％、K2O 2.1％、Sb2O31％。
將上述微晶玻璃組成成分研磨均勻后加入還原劑配置成混合料，還原劑的重量是微晶玻璃組成成分總重的8％；該還原劑為市售產(chǎn)品，例如為碳粉。將混合料經(jīng)1630℃熔制，成型，退火；再經(jīng)600～800℃核化1小時(shí)，然后升溫至700℃晶化處理6小時(shí)。得到抗折強(qiáng)度110～150MPa、熱膨脹系數(shù)為5～10×10-7/℃、黑色穩(wěn)定均勻的微晶玻璃，球狀晶粒尺寸在30～40nm之間。
實(shí)施例4一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃，其重量百分比組成為SiO270％、LiO23.5％、Al2O317％、Fe2O30.1％、Co2O31％、Ni2O30.5％、TiO22.5％、P2O50.8％、BaO 1.5％、Na2O2.1％、As2O31％。
將上述微晶玻璃組成成分研磨均勻后加入還原劑配置成混合料，還原劑的重量是微晶玻璃組成成分總重的3％；該還原劑為市售產(chǎn)品，例如為碳粉。將混合料經(jīng)1620℃熔制，成型，退火；再經(jīng)600～800℃核化2小時(shí)，然后升溫至900℃晶化處理5小時(shí)。得到抗折強(qiáng)度110～150MPa、熱膨脹系數(shù)為5～10×10-7/℃、黑色穩(wěn)定均勻的微晶玻璃，球狀晶粒尺寸在30～40nm之間。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃，其特征在于該微晶玻璃的重量百分比組成為二氧化硅70％，氧化鋰3.5％，氧化鋁17％，三氧化二鐵0.1％-0.5％，三氧化二鈷0.5％-1％，三氧化二鎳0.5％-1％，氧化鈦、氧化鋯和五氧化二磷中的至少一種3.1％-3.5％，氧化鎂、氧化鋅、氧化鋇和氧化硼中的至少一種1％-1.5％，氧化鉀和/或氧化鈉2.0％-2.1％，氧化砷和/或氧化銻1％。
2.如權(quán)利要求1所述的黑色高強(qiáng)微晶玻璃的制備方法，其特征是將所述微晶玻璃組成成分研磨均勻后加入還原劑配置成混合料，所述還原劑的重量是微晶玻璃組成成分總重的3％～10％；經(jīng)1580～1650℃熔制，成型，退火；再經(jīng)600～800℃核化1～4小時(shí)，然后升溫至700～1000℃晶化處理1～12小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的黑色高強(qiáng)微晶玻璃的制備方法，其特征是所述還原劑為碳粉。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種黑色高強(qiáng)微晶玻璃，其重量百分比組成為二氧化硅70％，氧化鋰3.5％，氧化鋁17％，三氧化二鐵0.1％－0.5％，三氧化二鈷0.5％－1％，三氧化二鎳0.5％－1％，氧化鈦、氧化鋯和五氧化二磷中的至少一種3.1％－3.5％，氧化鎂、氧化鋅、氧化鋇和氧化硼中的至少一種1％－1.5％，氧化鉀和/或氧化鈉2.0％－2.1％，氧化砷和/或氧化銻1％。本發(fā)明還公開(kāi)了上述微晶玻璃的制備方法將上述組成成分研磨均勻后加入還原劑配置成混合料，經(jīng)1580～1650℃熔制，成型，退火；再經(jīng)600～800℃核化1～4小時(shí)，然后升溫至700～1000℃晶化處理1～12小時(shí)。采用本方法制備的微晶玻璃具有熱膨脹系數(shù)低、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C03C3/076GK1994948SQ20061015532
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者郭興忠, 陳明形, 楊輝, 李海淼, 項(xiàng)延杭 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)