[发明专利]一种镁铝硅尖晶石微晶玻璃

说明书

一种镁铝硅尖晶石微晶玻璃，按重量百分比其组份为：Al2O3 20‑45wt％、SiO2 25‑60wt％、MgO 8‑18wt％、TiO2 3～10wt％、ZrO2 0～5wt％、P2O5 0～3wt％、Li2O 0～2wt％、Na2O 0～2wt％、K2O 0～2wt％、Sb2O3 0.5‑3wt％。本产品具有高强、高硬、耐摔、低膨胀、介电性能优越的特点。

技术领域

本发明涉及微晶玻璃领域，具体涉及一种镁铝硅尖晶石微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

微晶玻璃是特定组分玻璃受控晶化而形成的一种多晶固体材料，兼具有玻璃和陶瓷的结构特征和性能，是一类正在发展、应用前景广阔的新型无机非金属材料。尖晶石微晶玻璃是一种以尖晶石为主晶相的微晶玻璃，具有较低的热膨胀系数，耐腐蚀性好，机械强度高，硬度很高(莫氏硬度～8)，耐磨性好，抗热震性好，介电性能优异等优异性能，能用做电路基板、器件外壳、电容器材料、固体激光器等，在机械工程、微电子、光学工程等领域有广泛的应用前景。

尖晶石微晶玻璃应用于手机等通信装备的后盖，具有明显的比较优势：与氧化锆陶瓷后盖相比，尖晶石微晶玻璃表面光洁、结构完全致密均匀、不易沾污，工艺相对简单、产能大、成本较低；与高铝玻璃后盖相比，尖晶石微晶玻璃具有更高的机械强度、硬度、耐摔性、导热性以及更优良的热稳定性与化学稳定性等。将尖晶石微晶玻璃采用超薄成形技术做成厚度约0.7mm的微晶玻璃面板正可以满足全面屏、无线充电、5G信号趋势下对手机后盖严苛的厚度、力学、热学和电学性能要求。

专利US5968857中公开了一种以尖晶石为主晶相的微晶玻璃，其以45～65％SiO2，14～28％Al2O3，4～13％ZnO，0～8％MgO，0～10％TiO2，0～6％ZrO2，0～8％BaO，0～15％Cs2O，ZnO+MgO为基本组成，具有可见光透过率达85％性能。

1997年Pinckney和Beall研制出SiO2-Al2O3-Li2O-ZnO-MgO系细晶和超细晶的透明尖晶石微晶玻璃。研究证明TiO2能够使这种系统玻璃发生分相，从而促使不同晶相核化。这种微晶玻璃化学稳定性好，耐热性提高。

候朝霞等以50％SiO2，23％Al2O3，18％ZnO，3％Li2O，5％TiO2，1％Sb2O3制备了平均晶粒尺寸仅为20nm左右透明锌尖晶石微晶玻璃。汤李缨等以TiO2、ZrO2为晶核剂，并引入既能作助熔剂又能参与尖晶石晶体结构的ZnO(0-4wt％)。用两步法热处理制备MgO-Al2O3-SiO2系无色、透明微晶玻璃。

CN104478219A以56～62％SiO2，19～23％Al2O3，6～15％ZnO，2～6.5％MgO，2～6％TiO2，2～7％ZrO2为基本组成，得到了30-100nm的尖晶石微晶玻璃。

目前，智能手机等通信装备后盖用的无机非金属材料主要是玻璃和陶瓷。三星的Galaxy系列和苹果2017年的新机型智能手机均采用玻璃后盖设计。iPone 8和iPone X采用康宁公司的第五代大猩猩玻璃，其属于铝硅钢化玻璃。但应该看到，尽管玻璃后盖工艺成熟、产能大、成本较低，但玻璃后盖的缺点也十分明显，其导热性不佳，强度和硬度不够(莫氏硬度低于7)，易碎易裂，抗摔性较弱，易留下不可恢复的大面积伤痕，严重制约着玻璃在智能手机等通信装备中的应用。另一种后盖材质是精密陶瓷，目前主要采用氧化锆陶瓷材料，其美观精致、抗摔耐磨、硬度高(莫氏硬度仅次于蓝宝石)、散热性好，成为高端智能手机的配置方案。比如小米6陶瓷尊贵版就采用氧化锆陶瓷手机后盖。但同时，氧化锆陶瓷后盖也存在对氧化锆粉体性能要求很高、产能不足和价格高昂等诸多问题；而且，氧化锆陶瓷需经过纳米级粉体制备、浆料、造粒、成型、烧结、后加工等制程，工序漫长而复杂，导致产品的良品率低，严重影响陶瓷材料在智能手机等通信装备中的大规模推广应用。

目前未见尖晶石微晶玻璃用于智能手机后盖的相关报道。前述的相关文献均为透明的锌镁铝尖晶石微晶玻璃，晶体大小在20-100nm之间。