[发明专利]一种制备翡翠微晶玻璃的方法

说明书

本发明公开了一种制备翡翠微晶玻璃的方法，属于材料合成技术领域。本发明的技术方案要点为：以硅酸铝纤维，硅酸，碳酸钠为原料，按翡翠NaAlSi₂O₆的分子式中各元素的理论质量分数配比进行配料，通过对配料初期处理，再在高温常压下经过两次烧结制的目标产物。本发明原料使用硅酸铝纤维不仅提供Al、Si、O元素源外，还作为形成结晶物的骨架，硅酸和碳酸钠围绕其反应，致使形成球状枝晶，实现了常压下的NaAlSi₂O₆晶化；常压条件制备解决了传统高温高压实现翡翠结晶方法，降低了制备条件和成本。所的产物结构均匀、半透明，含有非晶玻璃体与晶化的翡翠结晶体混合的翡翠微晶玻璃。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种制备翡翠微晶玻璃的方法。

背景技术

微晶玻璃也称微晶玉石或陶瓷玻璃，与普通玻璃内部的原子排列没有规则不同，微晶玻璃是特定组成的基础玻璃，在一定温度下进行晶化热处理，玻璃内均匀地析出大量的微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体，它具有玻璃和陶瓷的双重特性。这使得微晶玻璃集中了多种优良性能，如：1）强度高，机械强度好；2）具有优良的电学性能，介电损耗率低，电绝缘性优良；3）具有良好的热学性能，热膨胀系数低，热振稳定性能好，变形温度高；4）具有更加稳定的化学性能，抗水合，抗水化能力，抗阳离子交换能力；5）加工性能好，可与众多材料匹配等。目前已经在许多领域获得了广泛应用。微晶玻璃根据基础玻璃的组成进行分类，主要分为硅酸盐类[CaMgSi₂O₆和CaSiO₃]、铝硅酸盐类[LiO₂-Al₂O₃-SiO₂系、Al₂O₃-MgO-SiO₂系、Na₂O-Al₂O₃-SiO₂系、ZnO-Al₂O₃-SiO₂系]、磷酸盐类和氟硅酸盐类[KMg₃AlSi₃O₁₀F₂]四大类，随着科技的进步和人们对功能材料的要求不断提高，需要组分更复杂、结构更精细、性能更优异的微晶玻璃材料。

翡翠微晶玻璃是Na₂O-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃的一种，其Na₂O-Al₂O₃-SiO₂玻璃基体的微晶相是翡翠微晶（NaAl(SiO₃)₂）。天然翡翠是链状变晶结构的硅酸盐，出自于变质岩层中，隶属于辉石类，它是单斜晶系，属于C2/c空间群，其中a=9.418Å，b=8.562Å，c=5.219Å，β=107.58°，原子间距为：Si-O键距离（Si-O=1.623Å）、Al-O键距离（Al-O=1.928Å）和 Na-O键距离（Na-O=2.469Å）。翡翠的典型链状硅酸盐，用一条延伸的链将硅氧四面体的两个顶角与其相邻的两个硅氧四面体进行连接，在交替排列的不同链之间，经过金属离子（Na⁺、Al³⁺）连接。目前报道的翡翠微晶玻璃还在实验室的研制阶段，尚未商业化生产。

微晶玻璃的制备技术主要有熔融法、烧结法、溶胶-凝胶法等，甚至还有近年来发展起来的氢氧焰喷涂技术，化学催化等方法。微晶玻璃综合性能受控于三要素：基础玻璃的组成、晶粒尺寸及其数量、残余玻璃相的性质及其体积分数。微晶玻璃的晶相种类由基础玻璃的组成决定，热处理温度决定后两种因素。通过设计不同的基础玻璃组成，制定不同的热处理温度，可以得到不同晶相种类、特定性能的微晶玻璃。翡翠微晶玻璃制备的主要问题是热处理工艺，其玻璃基体中晶化形成翡翠微晶困难。

研制有商业价值的翡翠微晶玻璃，探索翡翠非晶质玻璃体向晶体结构转化的条件和处理工艺，不仅有装饰价值、文化价值，也有商业价值和科研价值。