[发明专利]一种高强高韧的低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃及其制备方法

说明书

本发明属于微晶玻璃生产制造技术领域，公开了一种高强高韧的低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃及其制备方法，所述的高强高韧的低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃的基础组分及摩尔百分比为：2％≤Li₂O≤6％，12％≤Al₂O₃≤17％，70％≤SiO₂≤78％，1％≤Na₂O≤4％，3％≤SrO≤6％，0.5％≤ZnO≤2％。并在微晶玻璃的基础组分中加入澄清剂，澄清剂为Sb₂O₃,所加含量为总质量的0.4％，所述的晶核剂为TiO₂和ZrO₂，TiO₂和ZrO₂的加入量分别为2.5％和0.8％。本发明所制备的低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃具备高硬度、高抗碎裂性、良好的可见光透过率及低热膨胀系数等优异的物理性能。该方法制备的高强高韧的低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃在大型天文望远镜及通信等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于特种玻璃生产技术技术领域。具体涉及一种高强高韧的低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃。

背景技术

微晶玻璃是一种将特定组成的基础玻璃在热处理过程中通过控制其晶化而得到玻璃相和晶相共存的复相材料。微晶玻璃又称玻璃陶瓷(glass-ceramic),因其质地坚实、组分均匀且兼具玻璃材料的高透过率又拥有陶瓷材料的高强度等多重特性，被广泛应用于于航空航天(大型天文望远镜)、工业生产(集成电路的底板材料)及日常生活(耐高温炊具)等各方面。

对于透明微晶玻璃的研究一直是特种玻璃研究领域的热点话题，但是目前为止，研制成功的高性能透明微晶玻璃的案例十分稀少，而其中的难点主要集中在组分的选择、析晶温度以及晶化时间的把控。前人的研究结果表明，性能优良的微晶玻璃均是通过引入相关晶核剂来诱导玻璃析晶。在热处理过程中，采用两步法(即分别在相应的温度保温数小时)对基础玻璃进行热处理使其析出均匀细小的纳米尺寸的晶粒。

目前已有的微晶玻璃中，其强度还不能满足目前生产及使用的需求，因此为了解决微晶玻璃强度不足的问题，前期工作将锂铝硅三元相图进行大范围的组分筛选，并经过一系列的改良研究，最终研究目标微晶玻璃的硬度、抗碎裂性、热膨胀系数和透过率等力学和光学性质，以期找到一种应用于大型天文望远镜的玻璃陶瓷，同时还为铝酸盐玻璃组分设计和光学器件开发提供理论支持以及玻璃实际生产过程提供工艺参数。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供高强高韧且热膨胀系数较低的锂铝硅系透明微晶玻璃。

本发明的技术方案是：本发明的目的是提供一种高强高韧的低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃。

一种高强高韧的低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃，所述透明微晶玻璃的基础组分及摩尔百分比：2％≤Li₂O≤6％，12％≤Al₂O₃≤17％，70％≤SiO₂≤78％，1％≤Na₂O≤4％，3％≤SrO≤6％，0.5％≤ZnO≤2％。并在高强高韧的低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃的基础组分中加入澄清剂，澄清剂为Sb₂O₃,所加含量为0.1％，所述的晶核剂为TiO₂和ZrO₂，TiO₂和ZrO₂的加入量分别为2.5％和0.8％。

为了使微晶玻璃的综合性能优异，需使母体玻璃在热处理时析出大量目标晶相，并且目标晶粒的尺寸控制在纳米至微米范围内；所述的的微晶玻璃的基础玻璃的核化温度在770-790℃之间，核化时间为1h，晶化温度在800-880℃之间，化化时间为15h。