[发明专利]一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷、强化玻璃陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷主晶相为硅酸锂、二硅酸锂、透锂长石、ZrO₂中的至少两种，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为18％～30％的Li₂O，所述玻璃陶瓷中的晶体尺寸为10～80nm；所述玻璃陶瓷的弹性模量至少为90Gpa。其各组分包括摩尔百分比SiO₂55～70％、Al₂O₃3～10％、P₂O₅1～6％、ZrO₂ 0.5～5％、Na₂O 0.5～5％、Li₂O18～30％，Ta₂O₅ 0～3％，所述玻璃陶瓷还含有以下至少一种氧化物CeO₂ 0～0.5％、SnO₂ 0～0.5％、B₂O₃ 0～5％、ZnO 0～5％、MgO0～5％。本发明涉及的高Li含量微晶玻璃，网络结构紧密，获得的主晶相为二硅酸锂和β石英固溶体，因本身较高的结晶比例和晶体类型，可以获得弹性模量高于90Gpa材料，并且通过控制晶体尺寸，可得到可见光透过率高于90％的微晶玻璃材料，可用于航空飞机、高铁、地铁、轿车等视窗材料。

技术领域

本发明属于玻璃制品技术领域，尤其涉及一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷。

背景技术

陶瓷玻璃又称微晶玻璃，是经过高温融化、成型、热处理而制成的一类晶相与玻璃相结合的复合材料。

具有机械强度高、热膨胀性能可调、耐热冲击、耐化学腐蚀、低介电损耗等优越性能，被广泛用于机械制造、光学、电子与微电子、航天航空、化学、工业、生物医药及建筑等领域；由于玻璃陶瓷面板的制造工艺复杂，技术要求高，高质量玻璃陶瓷生产工艺及控制技术基本上被国外所垄断，国内玻璃陶瓷生产工艺存在质量品质差、成品率低等问题。

随着无线充电和5G的逐渐普及，手机外观件需要采用非金属材料。而与玻璃相比，陶瓷具有超强的抗折强度、超常的断裂韧性、良好的刚性、高耐磨性、信号无屏蔽性等多方面优点，非常适用于智能手机后盖，符合未来外观件发展的大趋势。

弹性模量是表征材料应力与应变的关系的物理量，表示材料对变形的抵抗能力，弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。

陶瓷晶体一般有共价键和离子键结合，在室温静拉伸时，除少数几个具有简单晶体结构的晶体如KCL、MgO外，一般陶瓷晶体结构复杂，在室温下没有塑性，即弹性变形阶段结束后，立即发生脆性断裂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：普通高铝硅玻璃的弹性模量在60～75Gpa，锂铝硅玻璃的弹性模量在75～85Gpa，在抗冲击、抗弯强度等性能上有局限，尤其是在航空飞机、高铁、轿车等挡风玻璃的应用上，存在强度差易破裂的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种具有高弹性模量的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷由玻璃基体经过热处理工艺制得，所述玻璃陶瓷主晶相为硅酸锂、二硅酸锂、透锂长石、ZrO₂中的至少两种，所述玻璃陶瓷包括摩尔百分比为18％～30％的Li₂O，所述玻璃陶瓷中的晶体尺寸为10～80nm，所述玻璃陶瓷的弹性模量至少为90Gpa。

进一步的，所述玻璃陶瓷晶体尺寸优选20～60nm，所述弹性模量优选大于等于95Gpa。