[发明专利]黑色微晶玻璃及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属建筑材料技术领域。涉及的是一种建筑装饰材料及其制备方法，特别涉及的是一种黑色微晶玻璃以及这种黑色微晶玻璃的制备方法。

背景技术：

微晶玻璃又称玻璃陶瓷，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化，而制得的一种含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。一般认为, 晶体含量多有利于提高玻璃的机械强度、硬度以及耐磨性、化学稳定性。微晶玻璃既不同于陶瓷，也不同于玻璃，与陶瓷不同之处是在晶化过程中的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；与玻璃不同之处在于微晶玻璃是微晶体和残余玻璃组成的复相材料，它既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的多晶特征，集中了玻璃和陶瓷的特点，综合了玻璃熔制工艺、陶瓷砖成形、晶化热处理工艺和石材抛光、切割工艺于一体，是一类独特的新型材料。目前微晶玻璃已经形成了一种特别门类的材料，其品种繁多，性能各异，具有十分广泛的用途。微晶玻璃板材是微晶玻璃众多品种中的一种，它是一种新型高档建筑装饰材料，具有强度高、抗磨损、耐腐蚀、耐风化、不吸水、不退色、清洁维护方便、无放射性污染等理化特性以及色调均匀，光泽柔和晶莹，艳丽典雅，纹理清晰，表面致密无暇等优异的外观特点。作为建筑装饰材料中的“高端” 产品，微晶玻璃板材各方面性能均优于天然石材，所以现在已经被广泛应用于建筑内外墙、地面及廊柱等高档装修工程中。

最早对微晶玻璃的研究，就是从利用工业废料、矿渣和炉渣等开始的。1957 年美国康宁玻璃厂首先研制出微晶玻璃，对微晶玻璃的发展具有历史性的贡献。1960年前苏联Kitaigocodski研制成功了矿渣微晶玻璃，1966年第1条辊压法微晶玻璃生产线建成并投产。20世纪70年代中期，日本电气硝子株式会社成功地用烧结法研制出了不同品种和规格的微晶玻璃。我国从20世纪80年代以来也开始加入微晶玻璃的研究行列, 90年代初步入了工业化试验阶段，虽然，对烧结微晶玻璃装饰板材的研究开发起步较晚，但在较短的时间内取得了很大进步。

微晶玻璃的制备技术根据其所用原料的种类、特性及对产品性能的要求而变化,主要有熔融法、烧结法、熔胶—凝胶法、压延法、二次成型工艺、强韧化技术等。对于尾矿废渣微晶玻璃而言，目前工业生产基本成熟的制备技术主要为熔融法、烧结法，国内以烧结法为主。

熔融法是制备微晶玻璃的传统方法。该法将配合料在高温下熔制为玻璃后先直接成型、退火，然后在一定温度下进行核化和晶化，以获得晶粒细小且结构均匀致密的微晶玻璃制品。热处理制度的确定是该法的技术关键。热处理一般分两个过程进行，将退火的玻璃加热至晶核形成温度T_核，并保温一定时间,使其形成大量的晶核，然后以一定的升温速率升温至晶体生长温度T_晶，并保温一定时间,形成晶粒细小且结构均匀、致密的微晶玻璃。熔融法的优点为：①可采用任何一种玻璃成形方法，如压延、压制、吹制、拉制等，便于生产性状复杂的制品和机械化生产；②制品无气孔，致密度高；③玻璃组成范围宽。熔融法存在的问题主要有：①熔制温度过高,通常在1400—1600℃，能耗大；②热处理制度在实际生产中难以控制；③晶化温度高，时间长。

用烧结法生产微晶玻璃由H·宣波恩于20世纪60年代首先提出，并于20世纪70年代在日本实现工业化。烧结法是将熔制玻璃粒料与晶化分两次完成，即将配合料经高温熔制为玻璃后以水淬冷，使其粉碎为细小颗粒，成型后再采用与陶瓷烧结类似的方法，让玻璃粉在半熔融状态下致密化并成核析晶。烧结法的优点为① 不需经过玻璃成形阶段,因此适于极高温熔制的玻璃以及难以形成玻璃的微晶玻璃的制备；②由于晶化与小块玻璃的粘结同时进行，因此不易炸裂，产品成品率高，而且晶化时间短，节能，产品厚度可调，可方便地生产出具有类似天然石材花纹的异型板材和各种曲面板，其颜色品种丰富，装饰效果理想，更适于工业化生产，厚度一般为18—22mm，适合于内外墙及地面装饰使用；③由于玻璃粉颗粒细小，表面积增加,因而比熔融法制得的玻璃更易于晶化，可不加或少加晶核剂。烧结法目前最大的问题是表面层致密化深度浅（2mm左右），内部气孔难以排除，板材容易变形(尤其是大规格)。尽管国内外许多学者对上述问题进行了大量研究，但至今仍未得到彻底解决。

目前，微晶玻璃板材的发展总趋势是工艺简单化、功能多样化、成本低廉化。在产品生产与研究中主要面临的问题是：1）通过微晶玻璃成分研究, 降低微晶玻璃烧成温度；2)降低单位面积产品的重量，以求降低成本，使微晶玻璃薄型化。而与其薄型化相关的烧成工艺、退火制度应当有相应的研究与调整。