[发明专利]一种无色透明堇青石微晶玻璃及其制备方法

说明书

本发明涉及一种无色透明堇青石微晶玻璃及其制备方法，所述微晶玻璃以摩尔百分比计，包括：15％～25％MgO、10％～20％Al₂O₃、62％～73％SiO₂和2％～6％B₂O₃。制备方法包括将基础玻璃进行多次分相热处理后再进行晶化热处理的步骤。通过多次分相热处理在基础玻璃中形成大量成核位并使晶核受控地生长成尺寸细小的纳米晶，进而保证微晶玻璃的光透过率高和机械强度好，解决了现有堇青石透明微晶玻璃制备工艺中需要添加晶核剂及由此造成的微晶玻璃着色、主晶相改变和综合性能降低等问题。该方法得到的微晶玻璃属于镁铝硅体系，α‑堇青石为唯一晶相，无色透明，抗弯强度高，表面硬度大，膨胀系数低。

技术领域

本发明涉及微晶玻璃领域，具体涉及一种无色透明堇青石微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

低膨胀透明微晶玻璃具有卓越的热学性能、优良的光学性能及力学性能，使其在高档厨具、电工电子、化工和航空航天工业等领域得以广泛应用，一直以来受到人们广泛的关注。关于低膨胀透明微晶玻璃的研究主要有两大类：一类是基于Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)系统中析出β-石英固溶体的微晶玻璃，另一类是基于MgO-Al₂O₃-SiO₂(MAS)系统中析出纳米堇青石的微晶玻璃。目前国内外的研究大都集中在LAS系统，而对可以实现低膨胀的MAS系统玻璃的研究相对较少。LAS系统中析出的β-石英固溶体微晶玻璃具有低的膨胀系数，高的光透过率等优势，但是其力学性能一般，如杨氏模量一般只在90～95GPa范围内，抗弯强度在100～200MPa，从而限制了其在更多领域的应用。MAS系统由于不含碱金属离子，因此堇青石微晶玻璃具有更加优异的介电性能和抗腐蚀性能。而且以堇青石为主晶相的MAS系统微晶玻璃同样具有低的热膨胀系数，同时具有较高弹性模量和断裂韧度，其杨氏模量达147GPa，大于β-石英固溶体，因此其机械强高于LAS系统微晶玻璃。此外LAS系统中所使用的主要原料如Li₂CO₃、锂辉石等价格很高，尤其随着近些年锂电池行业的飞速发展，导致这些含锂原料价格飞涨，因此，制备LAS系统微晶玻璃，成本较高。而MAS系统中所用的原料MgO或含MgO的矿物储量丰富，成本相对低廉。所以开展堇青石透明微晶玻璃的研究具有十分重要的意义。

由于MAS系统基础玻璃的析晶活化能较高，整体析晶能力较差，堇青石透明微晶玻璃的制备一般采用引入晶核剂的方法促进析晶。如中国专利申请201610962973.2、中国专利申请201810507515.9、中国专利申请201410847989.X、中国专利申请201811265194.2和中国专利申请201810507515.9等专利报道了堇青石微晶玻璃的制备方法，在这些方法中都无一例外地添加了ZrO₂、TiO₂等晶核剂。但是晶核剂的引入会引起微晶玻璃着色、玻璃熔制温度升高、微晶玻璃主晶相改变和综合性能降低等一系列问题。如TiO₂使微晶玻璃着上明显的棕色，如用3～7％重量的TiO₂作晶核剂，该现象就更为显著。棕色一般是不合需要的，它将降低产品的价值。也有些晶核剂的折射率与玻璃的折射率差值较大，如ZrO₂极易使得微晶玻璃乳浊而失透，不利于制备出透明微晶玻璃，且引入ZrO₂会增加玻璃熔体的高温粘度，提高熔制温度，从而不利于工业化生产。因此，采用现有的方法制备很难制备出无色透明的堇青石微晶玻璃。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中堇青石微晶玻璃中包含晶核剂使得玻璃着色、玻璃熔制温度升高、微晶玻璃主晶相改变和综合性能降低等缺陷，从而提供一种无色透明堇青石微晶玻璃。

本发明还提供一种无色透明堇青石微晶玻璃的制备方法。