[发明专利]一种稀土掺杂钙铝硅系透明玻璃陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃陶瓷的光学应用领域，具体即一种稀土掺杂CaO-Al₂O₃-SiO₂系玻璃陶瓷及其制备方法。

背景技术

现代科学技术的发展对材料提出了更多的要求，其中性能优良的玻璃陶瓷逐渐的受到了人们的重视。玻璃陶瓷具有低膨胀、高透射率、良好的化学稳定性和低氮渗透的特性，被广泛应用于光学领域。目前主要应用在高端镜片、影印传真、光纤、摄像机等器件上。随着稀土离子的引入和不断的变化，玻璃陶瓷又被应用到太阳能和激光领域。（肖汉宁,彭文琴,邓春明.微晶陶瓷的制备技术、性能及用途[J].中国陶瓷,2000,36(05):31～36）。

多晶材料的思想可追溯到18世纪，法国科学家米努尔对多晶材料进行了长期的研究工作，但对于晶化的过程还没有完全的控制。1957年美国首先控制晶化并成功的制备了光敏玻璃陶瓷。1959年stookey发现了在多晶材料中二氧化钛具有诱导成核的作用，并获得了一系列的玻璃陶瓷的组成。经过多年的发展，直到1966年世界第一条玻璃陶瓷的生产线才正式投产，开启了了对玻璃陶瓷研究的新篇章。

近些年来，国内外玻璃科学工作者对CaO-A1₂O₃-SiO₂系统玻璃陶瓷的研究日益增多，该系统玻璃陶瓷具有耐酸、碱性好，表面纹理清晰，质感突出，强度高，且生产原料丰富、成本低，产品无色差等优异性能。且其外观十分近似大理石、花岗岩等天然石材，性能优于天然石材，成为天然石材的理想替代产品，因而成为国内外流行的高档建筑装饰材料。现今对CAS系的玻璃陶瓷研究应用在建筑装饰材料方面，并逐渐达到了产业化，而把它用作光学材料还鲜见报道。由于CAS系玻璃陶瓷耐酸、耐碱、机械强度好等优点，将其应用在光学材料方面具有深远的意义。

本发明以氧化钙（CaO），氧化铝（Al₂O₃)，氧化硅(SiO₂)，五氧化二磷(P₂O₅)，氧化钛（TiO₂），三氧化二锑(Sb₂O₃)，氧化镱（Yb₂O₃），氧化铒（Er₂O₃）为原料按一定质量百分比称量后，在一定温度熔化后得到无气泡的透明玻璃。再采用两步晶化法，制得玻璃陶瓷。

发明内容

本发明首先使用熔融法制备出了基质玻璃，然后通过控制热处理使基质玻璃晶化制备出了透明玻璃陶瓷。与其他方法相比较，这种方法优点在于由于是采用熔融法制备基质玻璃，所以在现有的针对玻璃的加工工艺都可以使用，通过对基质玻璃的加工和处理，可以获得各种形状和结构的基质玻璃，从而在经过晶化后，可以获得各种形状和结构的玻璃陶瓷。

具体步骤为：

(1)制备基质玻璃

本发明首先采用熔融法制备出了CaO-A1₂O₃-SiO₂系基质玻璃，按质量百分比SiO₂：50-60％，CaO：10-15％，Al₂O₃：18-25％，TiO₂：2-4％，P₂O₅：2-4％，Sb₂O₃:1-2％，R₂O₃：5-10％，所述R₂O₃指Yb₂O₃，Er₂O₃的一种或二种，称取相应原料，所用原料均为分析纯，将原料通过研磨混合均匀后装入刚玉坩锅。将坩锅放入硅钼棒电炉中，于1450℃下保温1小时，将熔体取出，在室温下，倾倒至不锈钢模具中，即可获得基质玻璃。将基质玻璃放入预热好的450℃的马弗炉中，退火1小时，消除应力。

(2)制备稀土掺杂CaO-Al₂O₃-SiO₂系玻璃陶瓷