用于制备微晶玻璃的原料组合物、微晶玻璃及其制备方法

技术领域

本申请涉及微晶玻璃技术领域，具体而言，涉及一种用于制备微晶玻璃的原料组合物、微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

微晶玻璃是通过玻璃原料颗粒在加热过程中进行控制晶化而得到的一种含有大量微晶体的多晶固体材料，其微观组织是由细小晶体及残余玻璃相组成，其内部的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比普通玻璃的韧性强。

目前，微晶玻璃被广泛应用于制备建筑装饰材料以及电子产品屏幕保护盖材料等。但是，现有的微晶玻璃无法兼具较高的可见光透过率和力学性能。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于制备微晶玻璃的原料组合物、微晶玻璃及其制备方法，其旨在改善现有的微晶玻璃的可见光透过率较低和力学性能较差的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种用于制备微晶玻璃的原料组合物，用于制备微晶玻璃的原料组合物包括按照重量份数计的以下原料：35～56份的SiO

本申请对用于制备微晶玻璃的原料进行调控，用于制备微晶玻璃的原料组合物中各个原料之间相互配合具有协同作用，使得采用本申请提供的用于制备微晶玻璃的原料组合物制得的微晶玻璃兼具较高的可见光透过率和较高的力学性能。

结合第一方面，在本申请可选的实施方式中，用于制备微晶玻璃的原料组合物包括按照重量份数计的以下原料：42～56份的SiO

上述技术方案，有利于进一步提高微晶玻璃的可见光透过率和力学性能。

第二方面，本申请提供一种微晶玻璃，微晶玻璃含有按照重量份数计的以下组分：35～56份的SiO

本申请对微晶玻璃中含有的组分进行调控，微晶玻璃中含有的各个组分之间相互配合具有协同作用，可使得微晶玻璃兼具较高的可见光透过率和较高的力学性能。

结合第二方面，在本申请可选的实施方式中，微晶玻璃含有按照重量份数计的以下组分：42～56份的SiO

上述技术方案，有利于进一步提高微晶玻璃的可见光透过率和力学性能。

第三方面，本申请提供一种微晶玻璃的制备方法，该制备方法包括：将用于制备微晶玻璃的原料组合物依次经过熔炼、澄清处理、均化处理、成型处理、退火处理以及热处理；其中，用于制备微晶玻璃的原料组合物为上述第一方面提供的用于制备微晶玻璃的原料组合物。

由于本申请提供的微晶玻璃的制备方法采用上述第一方面提供的用于制备微晶玻璃的原料组合物，可使得制得的微晶玻璃兼具较高的可见光透过率和较高的力学性能。

结合第三方面，在本申请可选的实施方式中，熔炼的步骤包括：将用于制备微晶玻璃的原料组合物于1340～1640℃下处理3～8h。

上述技术方案，可使得用于制备微晶玻璃的原料组合物中各个原料之间充分混合，有利于提高后续制得的微晶玻璃内的各个组分的分布均匀性，进而有利于进一步提高微晶玻璃的力学性能。

结合第三方面，在本申请可选的实施方式中，澄清处理的步骤包括：将熔炼后的体系于1410～1560℃下处理1～2h。

上述技术方案，不仅可以使得澄清处理后的体系较为透明，还可以使得澄清处理后的体系中各个组分的分布较为均匀，进而有利于进一步提高微晶玻璃的力学性能。

结合第三方面，在本申请可选的实施方式中，退火处理的步骤包括：将成型处理后的体系于550～610℃下处理4～8h。

上述技术方案，有利于消除微晶玻璃的内部应力，进而有利于提高微晶玻璃的稳定性和力学性能。

结合第三方面，在本申请可选的实施方式中，热处理的步骤包括：将退火处理后的体系于650～850℃下处理3～10h。

上述技术方案，有利于玻璃内部微晶结构的形成和生长，进而有利于提高微晶玻璃的力学性能。

结合第三方面，在本申请可选的实施方式中，微晶玻璃的制备方法还包括：将含有热处理后的体系与混合熔盐的混合体系于380～450℃下处理1～5h；其中，混合熔盐包括质量比为(0.8～1.2):1的熔融硝酸钠和熔融硝酸钾。

上述技术方案，有利于提高微晶玻璃的表面压应力和离子交换深度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的微晶玻璃的制备工艺流程图。

具体实施方式

本申请提供了一种用于制备微晶玻璃的原料组合物，用于制备微晶玻璃的原料组合物包括按照重量份数计的以下原料：35～56份的SiO

本申请对用于制备微晶玻璃的原料进行调控，用于制备微晶玻璃的原料组合物中各个原料之间相互配合具有协同作用，使得采用本申请提供的用于制备微晶玻璃的原料组合物制得的微晶玻璃兼具较高的可见光透过率和较高的力学性能。

用于制备微晶玻璃的原料组合物中，SiO

用于制备微晶玻璃的原料组合物中，Al

用于制备微晶玻璃的原料组合物中，Na

用于制备微晶玻璃的原料组合物中，K

用于制备微晶玻璃的原料组合物中，MgO可以改善玻璃液的料性，具有大幅提升玻璃的抗压能力，降低高温粘度，使玻璃易于熔化的特点。MgO的加入能适当降低铝硅酸盐玻璃的澄清温度，可消除配合料中未熔解的缺陷。同时MgO的加入有利于玻璃离子交换过程中形成的压缩应力，发明人通过研究发现，若MgO的用量过高，也会影响玻璃的网络骨架，增大玻璃的析晶倾向，进而影响微晶玻璃的抗压强度、耐候性、化学强化效率等性能。

用于制备微晶玻璃的原料组合物中，CaO可以促进玻璃的熔解和调整玻璃成型性，是使玻璃稳定化的必要成分。发明人通过研究发现，若CaO的用量过多时，玻璃则会容易出现析晶，热膨胀系数也会大幅变大，脆性增大，并且会阻碍碱金属离子交换。

用于制备微晶玻璃的原料组合物中，ZrO

作为示例性地，用于制备微晶玻璃的原料组合物中，SiO

在本申请一些可选的实施方式中，用于制备微晶玻璃的原料组合物包括按照重量份数计的以下原料：42～56份的SiO

上述技术方案，有利于进一步提高微晶玻璃的可见光透过率和力学性能。

本申请提供了一种微晶玻璃，微晶玻璃含有按照重量份数计的以下组分：35～56份的SiO

本申请对微晶玻璃中含有的组分进行调控，微晶玻璃中含有的各个组分之间相互配合具有协同作用，可使得微晶玻璃兼具较高的可见光透过率和较高的力学性能。

作为示例性地，微晶玻璃含有的组分中，SiO

在本申请一些可选的实施方式中，微晶玻璃含有按照重量份数计的以下组分：42～56份的SiO

在本申请一些可选的实施方式中，本申请提供的微晶玻璃同时满足以下性能：(1)在380nm～800nm范围内透过率为90.10～92.80％；(2)表面应力强度为802～850Mpa；(3)离子交换深度为18.00～35.00μm。

进一步地，本申请提供的微晶玻璃同时满足以下性能：(1)在380nm～800nm范围内透过率为90.22～91.60％；(2)表面应力强度为802～818Mpa；(3)离子交换深度为18.90～21.55μm。

本申请还提供了一种上述提供的微晶玻璃的制备方法，该制备方法包括：将用于制备微晶玻璃的原料组合物依次经过熔炼、澄清处理、均化处理、成型处理、退火处理以及热处理；其中，用于制备微晶玻璃的原料组合物为上述第一方面提供的用于制备微晶玻璃的原料组合物。

由于本申请提供的微晶玻璃的制备方法采用上述提供的用于制备微晶玻璃的原料组合物，可使得制得的微晶玻璃兼具较高的可见光透过率和较高的力学性能。

图1为本申请提供的微晶玻璃的制备工艺流程图，请参阅图1，微晶玻璃的制备方法包括如下步骤：

S10，准备用于制备微晶玻璃的原料，形成用于制备微晶玻璃的原料组合物。

在本申请中，形成用于制备微晶玻璃的原料组合物包括按照重量份数计的以下原料：35～56份的SiO

在本申请的实施例中，形成用于制备微晶玻璃的原料组合物直接采用SiO

在本申请一些可行的实施方式中，用于制备微晶玻璃的原料组合物中的各个原料的粒径均在106μm以下；有利于各个原料充分混合均匀。

需要说明的是，在本申请其他可行的实施方式中，也可以采用成本较低的钠长石粉末、方解石粉末以及白云石粉末以全部或部分替代SiO

钠长石是一种重要的架状硅酸盐矿物，理论熔点为1100℃，采用钠长石全部或部分替代氧化铝及二氧化硅以制备微晶玻璃，不但可以降低能耗，而且钠长石资源丰富，原料成本低。钠长石的主要化学成分按照重量百分比计为：65～80％的SiO

方解石的晶体形状多种多样，石灰岩、大理岩和钟乳石内的主要矿物即为方解石。方解石是地壳最重要的造岩矿石，其为碳酸盐矿物，化学成分主要为CaCO

白云石的主要成分为碳酸镁钙，即碳酸钙和碳酸镁。白云石加热到700～900℃时分解为二氧化碳和氧化钙与氧化镁的混合物，称苛性镁云石。当白云石经1500℃煅烧时，氧化镁成为方镁石，氧化钙转变为结晶α-CaO，结构致密，抗水性强，耐火度高达2300℃。白云石的主要化学成分按照重量百分比计为：20～35％的CaO、20～25％的MgO、0.5～2％的SiO

S20，将用于制备微晶玻璃的原料组合物进行熔炼，得到熔融液。

在本申请一些可选的实施方式中，熔炼的步骤包括：将用于制备微晶玻璃的原料组合物于1340～1640℃下处理3～8h。上述方式，可使得用于制备微晶玻璃的原料组合物中各个原料之间充分混合，有利于提高后续制得的微晶玻璃内的各个组分的分布均匀性，进而有利于进一步提高微晶玻璃的力学性能。

作为示例性地，熔炼的温度可以为1340℃、1400℃、1450℃、1500℃、1540℃、1560℃、1580℃、1600℃、1630℃和1640℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值，熔炼的时间可以为3h、4h、5h、6h、7h和8h中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

S30，对熔融液进行澄清处理，得到玻璃液。

在微晶玻璃的制备过程中，澄清是指在高温下对熔融液进行处理，以去除其中的杂质和气泡，以使得到的玻璃液更加透明和均匀。

在本申请一些可选的实施方式中，澄清处理的步骤包括：将熔炼后的体系于1410～1560℃下处理1～2h。上述方式，不仅可以使得澄清处理后的体系较为透明，还可以使得澄清处理后的体系中各个组分的分布较为均匀，进而有利于进一步提高微晶玻璃的力学性能。

作为示例性地，澄清处理的温度可以为1410℃、1450℃、1470℃、1500℃、1520℃、1540℃和1560℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值，澄清处理的时间可以为1h、1.2h、1.5h、1.7h和2h中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

S40，对玻璃液进行均化处理，得到均化液。

在微晶玻璃的制备过程中，均化处理是指对玻璃液进行搅拌或其他方法的处理，以消除玻璃液中的不均匀性和气泡，并使其成分更加均匀。均化过程的目的是提高微晶玻璃的质量、均匀性和稳定性。

S50，对均化液进行成型处理，得到玻璃样块。

在微晶玻璃的制备过程中，成型处理一般就是将均化液倒入模具里面，并将模具放置在模压机械设备中。通过模压机械设备施加压力，将熔液压制成模具所需的形状。压制完成后，冷却玻璃并从模具中取出，得到玻璃样快。

需要说明的是，本申请不对成型处理的方法不作限制；作为示例性地，在产量较大的情况下，成型处理可以选择浮法工艺。

S60，对玻璃样块进行退火处理。

在本申请一些可选的实施方式中，退火处理的步骤包括：将成型处理后的体系于550～610℃下处理4～8h。上述方式，有利于消除微晶玻璃的内部应力，进而有利于提高微晶玻璃的稳定性和力学性能。

作为示例性地，退火处理的温度可以为550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃和610℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值，退火处理的时间可以为4h、5h、6h、7h和8h中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

S70，对退火处理后的玻璃样块进行热处理。

在本申请一些可选的实施方式中，热处理的步骤包括：将退火处理后的体系于650～850℃下处理3～10h。上述方式，有利于玻璃内部微晶结构的形成和生长，进而有利于提高微晶玻璃的力学性能。

作为示例性地，热处理的温度可以为650℃、670℃、700℃、720℃、750℃、770℃、800℃、820℃和850℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值，热处理的时间可以为3h、5h、6h、7h、9h和10h中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

在本申请一些可选的实施方式中，热处理后，将热处理后的玻璃样块自然冷却至室温；这样可以保持微晶玻璃的结构和性能。

进一步地，在将热处理后的玻璃样块自然冷却至室温之后，将制备好的微晶玻璃出料，并按照要求的尺寸进行切割成板块。然后进行研磨抛光和修边等加工步骤，以获得平整光滑的最终产品。

S80，对热处理后的玻璃样块进行强化处理。

在本申请一些可选的实施方式中，强化处理的步骤包括：将含有热处理后的体系与混合熔盐的混合体系于380～450℃下处理1～5h；其中，混合熔盐包括质量比为(0.8～1.2):1的熔融硝酸钠和熔融硝酸钾。上述方式，可使得晶体生长过程可控，减少出现晶粒异常生长等问题，有利于提高强化后的微晶玻璃的表面压应力、离子交换深度、硬度和可见光透过率，该方式成本低且简单易行。

作为示例性地，强化处理的温度可以为380℃、390℃、400℃、410℃、420℃、430℃、440℃和450℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值，热处理的时间可以为1h、2h、3h、4h和5h中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值；混合熔盐中，熔融硝酸钠与熔融硝酸钾的质量比可以为0.8:1、0.9:1、1.0:1、1.1:1和1.2:1中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：

(1)将质量比为51.54:13.54:0.11:29.33:2.15:1.18:2.15的SiO

(2)将步骤(1)得到的用于制备微晶玻璃的原料组合物于1560℃下熔炼4h，得到熔融液。

(3)将步骤(2)得到的熔融液于1530℃下澄清1.5h，得到玻璃液。

(4)将步骤(3)得到的玻璃液于1500℃、1000r/min下搅拌1h，得到均化液。

(5)将步骤(4)得到的均化液倒入模具里面，冷却玻璃并从模具中取出，得到玻璃样快。

(6)将步骤(5)得到的玻璃样块于580℃下退火处理6h。

(7)将步骤(6)退火处理后的玻璃样块于800℃下热处理6h。

(8)将步骤(7)热处理后的玻璃样块与混合熔盐混合，于420℃下化学强化处理4h。其中，混合熔盐由质量比为1:1的熔融硝酸钠和熔融硝酸钾组成。

实施例2

本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

实施例3

本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

实施例4

本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

实施例5

本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

实施例6

本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

实施例7

本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

实施例8

本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

实施例9

本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

对比例1

本对比例提供一种微晶玻璃的制备方法，本对比例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

对比例2

本对比例提供一种微晶玻璃的制备方法，本对比例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

对比例3

本对比例提供一种微晶玻璃的制备方法，本对比例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

对比例4

本对比例提供一种微晶玻璃的制备方法，本对比例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

对比例5

本对比例提供一种微晶玻璃的制备方法，本对比例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

对比例6

本对比例提供一种微晶玻璃的制备方法，本对比例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

对比例7

本对比例提供一种微晶玻璃的制备方法，本对比例与实施例1的区别在于：步骤(1)中SiO

实验例

对实施例1～9以及对比例1～7制得的微晶玻璃进行可见光透过率、表面压应力以及离子交换深度的测试，实施例1～9以及对比例1～7制备的微晶玻璃的区别以及测试结果如表1和表2所示。

其中，可见光透过率的测试步骤如下：使用紫外可见光分光光度计，参照GB/T40415标准，测试微晶玻璃在380～800nm波长范围的透过率(即可见光透过率)。

表面压应力的测试步骤如下：通过使用哲原应力计SLP-2000，参照标准GB/T181442008，测试微晶玻璃的表面压应力。

离子交换深度的测试步骤如下：通过使用哲原应力计SLP-2000，参照标准ASTM1422C 99，测试微晶玻璃的离子交换深度。

表1

表2

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从表1和表2可以看出，本申请实施例1～9制得的微晶玻璃的可见光透过率均≥90.22％，表面压应力均≥802MPa，且离子交换深度均≥18.90μm；而对比例1～7制得的微晶玻璃无法兼具以下性能：可见光透过率≥90.22％，表面压应力≥802MPa，且离子交换深度≥18.90μm。

对比例1制备微晶玻璃的原料中不含ZrO

对比例2制备微晶玻璃的原料中的SiO

对比例3制备微晶玻璃的原料中的SiO

对比例4制备微晶玻璃的原料中的Al

对比例5制备微晶玻璃的原料中的Al

对比例6制备微晶玻璃的原料中的Na

对比例7制备微晶玻璃的原料中的Na

综上，本申请对用于制备微晶玻璃的原料进行调控，用于制备微晶玻璃的原料组合物中各个原料之间相互配合具有协同作用，使得采用本申请提供的用于制备微晶玻璃的原料组合物制得的微晶玻璃兼具较高的可见光透过率和较高的力学性能。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。