[发明专利]具有短陶瓷化时间的锂－铝硅酸盐玻璃

说明书

技术领域

众所周知的是，来自Li₂O-Al₂O₃-SiO₂体系的玻璃可以转化成具有高温型石英混晶或者热液石英混晶作为主晶相的玻璃陶瓷。

本发明涉及一种锂-铝硅酸盐玻璃，其能够以小于2.5小时、优选小于100分钟的短陶瓷化时间转化成具有高温型石英混晶作为占主要地位的晶相的透明玻璃陶瓷，且其中没有对视觉呈干扰性的光散射(浊度)或者本色(Eigenfarbe)。

背景技术

这种玻璃陶瓷的重要特性在于其在室温到大约700℃的温度范围具有特别低的热膨胀系数，即α_20/700＜1.5·10^-6/K。因此，这些玻璃陶瓷以透明形式应用于例如作为防火玻璃、壁炉窗板、炊具、烧煮台面以及用于晶片载物台或者用于望远镜的镜架和用于卷轴机(Beamer)的反射镜的衬底材料。

在无数透明玻璃陶瓷应用中需要这种为平面状的陶瓷，例如为板状的陶瓷，作为壁炉、防火窗玻璃的窗板，具有有色底面涂层的烧煮台面和显示目的。由玻璃熔体制备这些用作制备玻璃陶瓷的起始玻璃的平板玻璃通常通过辊压和最近也通过浮法进行。为了经济地制备这些锂-铝硅酸盐玻璃，一方面希望低的熔融温度和低的加工温度V_A，另一方面要求该玻璃在成型时不表现出失透，这意味着，不允许形成干扰性的晶体，所述在起始玻璃中和由此制备的玻璃陶瓷中的干扰性晶体对强度有不利影响。在通过辊压成型时在通过辊压成型和冷却之前，玻璃熔体最后接触贵金属(通常为Pr/Ph)制备的槽子砖(Ziehdüse)。

在大工业生产玻璃陶瓷中，首先用常规玻璃生产方法制备起始玻璃。在熔融时通常添加作为澄清剂的砷的氧化物和/或锑的氧化物。这些澄清剂通常与所需的玻璃陶瓷性质相适应和在熔体中导致良好的吹制性质()。特别在与大于1700℃下的高温澄清相结合时使用SnO₂作为澄清剂。

在熔融和澄清后，该玻璃通常经历通过辊压、浇铸、压制或最近的浮法来热成型。此外，该起始玻璃通过控制结晶转变为玻璃陶瓷制品。这种陶瓷化以两阶段调温工艺进行，其中首先通过在600-800℃温度下晶核形成产生通常由ZrO₂/TiO₂混晶组成的晶核。SnO₂也可以参与晶核形成。在然后的温度升高中，在800-900℃的结晶温度下高温型石英混晶生长在这些这些晶核上。如果需要，随后可以将高温型石英混晶转变成热液石英混晶。转变成热液石英混晶在大约900-1200℃的温度范围内的温度升高下进行。通常，具有作为主晶相的热液石英混晶的玻璃陶瓷是半透明的或者不透明的，并具有白色色调，该白色色调可通过添加有色氧化物改变。通过从高温型石英混晶到热液石英混晶的转变提高了玻璃陶瓷的热膨胀系数和由于随着晶体变粗带来的光散射降低了透明性。

对于具有高温型石英混晶作为主晶相的透明玻璃陶瓷的品质而言，透明性和低的本色是决定性的。透明性意味着该玻璃陶瓷在可见光范围内应具有高透光性以及低的光散射性(浊度)。这种低的光散射通过高晶核密度达到，这导致生长的高温型石英混晶具有低于可见光的波长范围的尺寸。高温型石英混晶的平均晶粒尺寸通常为20-80nm。高的晶核密度要求在陶瓷化期间足够的成核剂含量以及足够的晶核形成时间。

这些玻璃陶瓷的缺点在于它们通常具有弱的本色，而这本身是不理想的。

透明玻璃陶瓷的本色可具有各种的原因。在用于熔体的批料原材料中含有作为杂质的有色元素Fe。澄清剂Sb₂O₃和CeO₂的使用也导致少量本色。透明玻璃陶瓷的所述浅棕黄色本色主要是由于电子迁移到有色配合物，所述有色配合物在可见光范围内吸收光，而且对于晶核形成而言必需的组分(Ti离子)也参与到其中。通常呈吸收性的有色配合物是相邻的Fe离子和Ti离子结构，在它们之间产生了电子电荷转移迁移。Sn/Ti配合物同样产生本色。Fe/Ti有色配合物导致红棕色，Sn/Ti有色配合物导致黄棕色。这种相邻的有色配合物的结构在起始玻璃冷却时就已经发生，和特别是在之后的玻璃陶瓷陶瓷化时发生。所述离子在熔体中均匀分布，在冷却时、高温时和在陶瓷化时它们优选地彼此积聚。因此，在透明玻璃陶瓷陶瓷化时，本色比起始玻璃显著增强。通过吸收短波部分的可见光谱，透明平板玻璃和特别是由此制备的玻璃陶瓷得到了显著的本色，其随着厚度增加而增强。