[发明专利]一种镁铝硅体系玻璃和高结晶度透明微晶玻璃的制备方法

说明书

本发明公开了一种镁铝硅体系玻璃和高结晶度透明微晶玻璃的制备方法，该微晶玻璃由包括MgO、Al₂O₃、SiO₂和烧结助剂、澄清剂、成核剂在内的组分原料通过熔融冷却‑可控析晶法制备而成，使用“温度微扰诱导高温对流搅拌均化”熔制工艺对配合料进行熔融。本发明原料易获得，制得的微晶玻璃具有高结晶度、高透光率、较高的强度、优异的化学稳定性等特点；具体体现在结晶度75～95vol.％，2mm微晶玻璃试样在可见光区的透过率60～90％，体积密度2.450～2.550g/cm³，显微硬度7.0～9.5GPa，热膨胀系数TEC(25‑600℃)14.00～26.00×10^‑7/℃，适合于用作固体光功能材料。

技术领域

本发明涉及一种以氧化镁、氧化铝、二氧化硅为主要原料的玻璃及高结晶度透明微晶玻璃的制备方法，属于玻璃材料技术领域。

技术背景

固体光功能材料在固体激光器、激光导航陀螺仪、红外发生器等若干重大项目和重大工程中发挥着极其重要与不可替代的作用，被国内外著名学者认为是事关国家安全和国民经济持续发展的关键材料。固体光功能材料可分为有机固体光功能材料和无机固体光功能材料，后者主要包括透明晶体、透明陶瓷、玻璃。透明晶体在可见光区的透过率高，发光性能优良，但存在各向异性、力学性能较差、易开裂、难以制得大尺寸和复杂形状制品及掺杂范围窄等问题。透明陶瓷中的晶相含量高，化学稳定性和机械性能优良，能够制得大尺寸与复杂形状制品，但制备需在高温高压条件下进行，设备要求高，陶瓷中的气孔和晶界难以排除，且原料中的杂质对陶瓷性能影响很大。玻璃制备工艺流程简单，易获得大尺寸形状复杂产品，原料组成范围宽，对杂质的敏感度也较低，但玻璃中声子能量高，光输出较低。以上三类材料存在的问题，使其应用受到局限。高结晶度透明微晶玻璃既具有透明陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等特性，也具有比透明晶体材料制备工艺简单、易做成大尺寸及受杂质影响小的优点，还具有玻璃的光学特性，且不存在气孔及明显的晶界。因此，受到国内外学者的广泛关注。

MgO-Al₂O₃-SiO₂(MAS)体系微晶玻璃具有较高的力学性能、良好的抗热震性能及热稳定性等特点，因而得到了广泛的研究及应用。申请号为CN200610074113.1和CN201010536101.2的专利分别介绍了一种制备含镁铝硅的微晶玻璃的制备方法，其都采用锂云母或含锂废弃物作为原料，再加上其它辅料进行混合调配，最终进行热处理得到微晶玻璃。然而，由于含锂废弃物中的成分较复杂，使玻璃原料的调配存在一定的困难；并且微晶玻璃中包含Ca(Mg，Al)(Si，Al)₂O₆(透辉石)、MgSiO₃(顽辉石)、MgSiO₃(斜顽火石)、KCa₄Si₈O₂₀(OH)·8H₂O(氢氧眼石)、K(Li，Al)₃(Si，Al)₄O₁₀(锂云母)、K(Si₃Al)O₈(透长石)、KMg₃(Si₃Al)O₁₀(OH)₂(黑云母)、KMg₃(Si₃Al)O₁₀(OH)₂(金云母)以及KAl₂Si₃AlO₁₀(OH)₂(白云母)中至少一种或更多种的结晶。由于微晶玻璃中含有多种结晶相，因此会导致微晶玻璃某些性能的恶化。申请号为CN 201110032589.X介绍了一种CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃及制备方法。该方法以相应的料粒为原料进行混合，烧结等处理得到微晶玻璃，微晶玻璃中的主晶相为透辉石，并存在其它次晶相，因此微晶玻璃的某些性质会有所下降。并且以上申请专利中均未提及微晶玻璃的结晶度和透过率。