專利名稱：一種玉石型微晶玻璃及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種微晶玻璃及其制備方法，尤其涉及一種玉石型微晶玻璃及其制備 方法，屬于玻璃陶瓷技術領域。
背景技術：
目前用作裝飾材料的微晶玻璃大多采用微珠燒結法來生產，其晶體結構主要為硅灰石相。這種微晶玻璃的不足之處在于(1)材料中硅灰石相的晶粒尺寸較大，沒有玉質 感；(2)材料脆性較大，切削打孔時易崩邊，貼墻干掛打孔時有一定的困難。另外，目前還出 現了一些用壓延法和浮法生產的乳白色或黑色的玻璃，它們屬于乳濁玻璃的范疇，其中晶 相所占的比例較小，玻璃相較多，在切削加工過程中易出現崩邊、碎裂等現象。
發明內容
針對現有的微晶玻璃存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種玉石型微晶玻 璃，這種微晶玻璃具有蠟脂狀質感、切削性能優異、能夠雕刻。本發明的另一目的在于提供一種玉石型微晶玻璃的制備方法。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種玉石型微晶玻璃，該微晶玻璃包含主晶相，該主晶相為槍晶石、黃長石、霞石、 透輝石和β-石英中的一種或一種以上。本發明的玉石型微晶玻璃還包含次晶相，該次晶相為硅灰石和鋰輝石中的一種或 兩種，該次晶相的最大晶粒尺寸等于或小于可見光波長。本發明的玉石型微晶玻璃，由下述重量含量的成分組成=SiO2 45. 0-75.0%, Al2O3 1. 0-25. 0%，堿土金屬氧化物0-20. 0%，堿金屬氧化物3. 0-15.0%, TiO2 0 4. 0%,Zr02 :0 2. 5%，F :0_8. 0%，其余為助熔劑和澄清劑。本發明的玉石型微晶玻璃優選主晶相為鈉霞石，該微晶玻璃由下述重量含量的成 分組成Si02 60. 0 75. 0%,Al2O3 :15. 0 25. 0%，(Na2CHK2O) :10. 0 20. 0%，堿土金屬 氧化物0 5. 0%，其余為助熔劑和澄清劑。本發明的玉石型微晶玻璃優選主晶相為槍晶石和黃長石，次晶相為硅灰石，該微 晶玻璃由下述重量含量的成分組成=SiO2 45. 0-65. 0%, Al2O3 1. 0-8. 0%, MgO :0_18· 0%, CaO 8. 0-20. 0%, (K2CHNa2O) 10. 0-15. 0%, F 4. 0-8. 0%，其余為助熔劑和澄清劑。本發明的玉石型微晶玻璃優選主晶相為β-石英，次晶相為鋰輝石，該微晶玻 璃由下述重量含量的成分組成=SiO2 60. 0 65. 0%，Al2O3 20. 0 24. 0%，MgO 0. 5 4. 0%, LiO 3. 5 4. 5%，TiO2 2. 0 4. 0%，ZrO2 1. 0 2. 5%，ZnO :0 3. 0%，F :0 3.0%，其余為助熔劑和澄清劑。本發明中對助熔劑和澄清劑沒有特別的限制，一般常規的助熔劑和澄清劑均可應 用到本發明中。本發明的玉石型微晶玻璃的可見光透過率取決主晶相與次晶相的晶粒尺寸，以及主晶相的晶體結構。當主晶相、次晶相的晶粒尺寸均小于或等于可見光波長時，晶粒尺寸是 影響微晶玻璃可見光透過率的主要因素，其可見光透過率約為70-95% ；當主晶相的晶粒尺 寸大于可見光波長，而次晶相的晶粒尺寸小于或等于可見光波長時，主晶相的晶體結構是 影響微晶玻璃可見光透過率的主要因素，微晶玻璃的可見光透過率為40-50% ；當主晶相、 次晶相的晶粒尺寸均大于可見光波長時，主晶相的晶粒尺寸是影響微晶玻璃可見光透過率 的主要因素，即可見光可以從晶體內部通過，此時微晶玻璃的可見光透過率為25-45%。一種玉石型微晶玻璃的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)根據微晶玻璃中所含晶相的類型，設計基本化學成分；
(2)選料根據步驟(1)中設計的基本化學成分選擇原料；(3)配料按照步驟(1)中設計的基本化學成分的含量，精確稱取所需原料，粉碎 后混合均勻，并加入助熔劑和澄清劑。(4)熔化將混合好的原料分批加入到熔窯中，在1300-1600°C熔化1. 0-8. 0h，控 制熔化程度，得到混合料液，然后在1200 1520°C澄清0-5. Oh ；(5)成形將澄清后的混合料液用壓延法、平拉法或浮法制成板，或澆注成塊，或 水淬成微珠；(6)熱處理將成形的玻璃板、塊或微珠加熱到600-800°C，核化2.0_8.0h，然后升 高溫度至700-1150°C，晶化2. 0-10. 0h，再在100_800°C退火1. 0-20. 0h，慢冷出爐；(7)精加工將熱處理后的材料磨拋、切割或雕刻，使產品符合使用尺寸的要求。其中，步驟(1)中所述的設計基本化學成分是指設計基礎玻璃的主要化學成分， 不包含由助熔劑和澄清劑帶入的化學成分。其中，步驟(2)中所述原料由主要原料和輔助原料組成，其中，主要原材料占原料 總重量的60. 0 85. 0%，輔助原料占原料總重量的15. 0 40. 0%。所述主要原料為石英砂、長石、石灰石、鋰輝石、白云石和螢石；或者為粉煤灰、煤 矸石、高爐爐渣、磷渣、電石渣、硼泥和尾礦；或者為黃沙或黃土。所述的輔助原料為純堿、碳酸鉀、碳酸鋇、硼酸、氧化鋅、氧化鈦、氧化鋯和氧化鈰。本發明的玉石型微晶玻璃在熔化過程中可以將原料分成兩批加入熔窯，第一批加 入大部分原料，待其完全熔化后，加入剩余的原料，充分攪拌均勻，控制熔化溫度、熔化時 間，使其不完全熔化，這樣可使得玻璃液中含有大量的納米級未熔化的質點和空穴。本發明的玉石型微晶玻璃在熱處理過程中，對于主晶相如槍晶石、黃長石、霞石、 透輝石、石英等的晶核，允許它們充分長大；對于次晶相如硅灰石、鋰輝石等的晶核，要 控制它們長大后的尺寸，將其最大晶粒尺寸控制為小于或等于可見光波長。主晶相與次晶相的晶核在相同的溫度下生長速度不同，選擇有利于主晶相晶核快 速生長的溫度，并在該溫度下保溫，使主晶相充分生長。相比之下，在該溫度下，次晶相晶核 的生長速度較慢，控制次晶相晶核的生長，使其最大晶粒尺寸為等于或小于可見光波長。本發明的優點在于(1)本發明的玉石型微晶玻璃，密度為2. 0 3. 5g/cm3，莫氏硬度為6 8，折射 率為1. 50 1. 75，抗彎強度為45 85MPa，抗壓強度為250 400MPa，耐酸性(1% H2SO4) < 0. 06%,耐堿性(1 % NaOH) <0.05%。(2)本發明的玉石型微晶玻璃質感細膩、晶瑩剔透，具有優異的可切削加工性，可制成較大的內外墻裝飾板材，也可雕刻成不同形狀的工藝品，首飾及其它裝飾品。還可根據不同的需要，制備不同的顏色和花紋。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。實施例1主晶相為槍晶石和黃長石(鈣鎂黃長石和鈣鋁黃長石)，次晶相為硅灰石的玉石 型微晶玻璃的制備，具體步驟如下1、設計其基本化學成分SiO2 55. 0 %, Al2O3 4. 5 %, MgO 8. 0 %, CaO 12. 0 %, (K2CHNa2O) 11. 5 %, F 4.5%，其余為助熔劑、澄清劑。2、選料選擇含有上述化學成分的原料，可以選取礦物原料，也可選取爐渣、粉煤灰、煤矸 石、磷渣、硼泥中的任意一種或一種以上，并確定所選礦物或爐渣、粉煤灰中所含的設計的 化學成分的含量。3、配料按照設計的化學成分，精確計算所將選取原料的用量，稱量出后進行粉碎并混合 均勻。4、熔化將混合好的原料分批加入到熔化爐中于1480°C熔化2. 5h，控制熔化程度使玻璃 液中含有大量的納米級未熔質點和空穴，熔化后在1350°C澄清1. Oh。5、成型澄清的玻璃液通過壓延、平拉和浮法中的任意一種方法制成所需厚度的基礎玻璃 板材，或將澄清的玻璃液澆注到模具中制成所需形狀的玻璃。6、熱處理將玻璃板或玻璃塊在780°C核化4h，860°C晶化4. Oh,精確控制硅灰石的晶粒尺 寸，將其最大晶粒尺寸控制在可見光波長左右，600°C退火2. Oh。最后，微晶玻璃慢冷出爐。7、切割(包括雕刻)、研磨、拋光。所得到的玉石型微晶玻璃的密度為2.7g/cm3、莫氏硬度為7、可見光透過率為 35%、抗彎強度為 97MPa、耐酸性(1% H2SO4) < 0. 06%、耐堿性(1% NaOH) < 0. 05%。實施例2主晶相為β _石英，次晶相為鋰輝石微晶玻璃的制備，具體步驟如下1、設計其基本化學成分SiO2 -.62.5%, Al2O3 -.20.0%, MgO 1. 5%, LiO -.4.0%, TiO2 -.2.0%, ZrO2 -.1.0%, Zn0:2.0%,F:1.5%o其余為助熔劑，澄清劑。2、選料選擇適合此化學成分范圍內的原料，如石英砂、高嶺土、鋰輝石、碳酸鋰、鈦白粉、 鋯英砂、菱苦土等。3、配料
按照設計的化學成分，精確計算出所選取原料的用量，粉碎后混合均勻。4、熔化將混合好的原料分批加入到熔化爐中于1580°C范圍內熔化4.0h，使玻璃液中保留大量的未熔納米級顆粒和空穴。熔化后進入澄清池于1500°C澄清1. Oh。5、成形將澄清后的玻璃液送入軋輥中壓延成所需厚度的板材或將澄清后的玻璃液澆注 到模具中制成所需形狀的玻璃塊或壓制成器皿。6、熱處理將玻璃板或玻璃塊在760°C核化4h，850°C晶化2. Oh, 600°C退火1. 5h，然后慢冷出爐。7、切割(也可雕刻)、研磨、拋光。所得到的玉石型微晶玻璃的密度為2. 63g/cm3，莫氏硬度7，可見光透過率90%，抗 彎強度 120MPa，耐酸性(1% H2SO4) < 0. 06%，耐堿性(1% NaOH) < 0. 05%。實施例3主晶相為透輝石、鈣鎂黃長石，次晶相為硅灰石微晶玻璃的制備，具體步驟如下1、設計其基本化學成分SiO2 45. 0%,Al2O3 15. 0%, (Na2CHK2O) 15. 0%,Mg0 10. 0%,Ca0 8. 0%,其余為 助熔劑與著色劑。2、選料在此化學成分范圍內選擇恰當的原料，如長石、高嶺土、菱苦土、硼泥等。3、配料按照設計的化學成分比例，精確計算所選取的原料的用量，粉碎石混合均勻。4、熔化將混合好的原料分批加入到熔化爐中于1540°C熔化2. 0h，控制好熔化程度，使玻 璃液中含有大量的納米級熔質點和空穴，然后于1380°C澄清1. Oh。5、成形將澄清后的玻璃液送入壓輥中壓延成所需厚度的板材或將澄清后的玻璃液澆注 到模具中制成所需形狀的玻璃塊。6、熱處理將玻璃板或玻璃塊或器皿在800°C核化4h，900°C晶化2. 5h，650°C退火2. 0h，然后
慢冷出爐。7、切割(也可雕刻)、研磨、拋光。所得到的玉石型微晶玻璃的密度為2.66g/cm3，莫氏硬度為7，可見光透過率為 25%，抗彎強度為 85MPa，耐酸性(1% H2SO4) < 0. 06%，耐堿性(1% NaOH) < 0. 05%。實施例4主晶相為鈉霞石微晶玻璃的制備，具體步驟如下1、設計其基本化學成分SiO2 68. 0%, Al2O3 16. 0%, (Na2CHK2O) 10. 0%，堿土金屬氧化物3. 0%，其余為
助熔劑與澄清劑。
2、選料在設計的化學成分范圍內選擇合適的原料，如石英砂、長石、純堿等。3、配料按照設計的化學成分比例，精確計算所選取的原料的用量，粉碎后混合均勻。4、熔化將混合好的原料分批加入到熔爐中于1560°C熔化3. 5h，玻璃液中保留大量的微小未熔質點，然后進入1480°C的澄清池澄清1. 5h。5、成形將澄清池中出來的高溫玻璃液用壓延法或平拉法或浮法制成板，或用微珠燒結法 制成板或塊。6、熱處理將成形的板或塊于在760°C核化6h，870°C晶化3. 5h，600°C退火2. Oh,然后慢冷出 爐。對于水淬后的微珠，用微珠燒結法加工，最高燒結溫度為1250°C，然后慢冷退火。7、切割(也可雕刻)，研磨、拋光。所得到的玉石型微晶玻璃的密度為2.6g/cm3，莫氏硬度為7，可見光透過率為 36%，抗彎強度為 72MPa，耐酸性(1% H2SO4) < 0. 06%，耐堿性(1% NaOH) < 0. 05%。
權利要求
一種玉石型微晶玻璃，該微晶玻璃包含主晶相，其特征在于，該主晶相為槍晶石、黃長石、霞石、透輝石和β-石英中的一種或一種以上。
2.根據權利要求1所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃還包含次晶相， 該次晶相為硅灰石和鋰輝石中的一種或兩種，該次晶相的最大晶粒尺寸等于或小于可見光 波長。
3.根據權利要求1所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃由下述重量含 量的成分組成=SiO2 45. 0-75. 0%, Al2O3 1. 0-25. 0%，堿土金屬氧化物0_20. 0%，堿金屬 氧化物3. 0-15. 0%, TiO2 :0 4. 0%，ZrO2 :0 2. 5%，F :0_8· 0%，其余為助熔劑和澄清 劑。
4.根據權利要求1所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中主晶相為 鈉霞石，該微晶玻璃由下述重量含量的成分組成=SiO2 :60.0 75.0%，Al2O3 :15.0 25.0%, (Na2CHK2O) :10. 0 20. 0%，堿土金屬氧化物0 5. 0%，其余為助熔劑和澄清劑。
5.根據權利要求2所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中主晶 相為槍晶石和黃長石，次晶相為硅灰石，該微晶玻璃由下述重量含量的成分組成 SiO2 45. 0-65. 0 %, Al2O3 1. 0-8. 0 %, MgO 0-18. 0 %, CaO 8. 0-20. 0 %, (K2CHNa2O): 10. 0-15. 0%,F 4. 0-8. 0%，其余為助熔劑和澄清劑。
6.根據權利要求2所述的玉石型微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中主晶相為 β -石英，次晶相為鋰輝石，該微晶玻璃由下述重量含量的成分組成=SiO2 60. 0 65. 0%， Al2O3 :20. 0 24. 0%,Mg0 :0. 5 4. 0%,Li0 :3. 5 4. 5%,TiO2 :2. 0 4. 0%,Zr02 :1. 0 2. 5%，ZnO :0 3. 0%，F :0 3. 0%，其余為助熔劑和澄清劑。
7.權利要求3-6中的任一項所述玉石型微晶玻璃的制備方法，其特征在于，該方法包 括以下步驟(1)根據微晶玻璃中所含晶相的類型，設計基本化學成分；(2)選料根據步驟(1)中設計的基本化學成分選擇原料；(3)配料按照步驟(1)中設計的基本化學成分的含量，精確稱取所需原料，粉碎后混 合均勻，并加入助熔劑和澄清劑。(4)熔化將混合好的原料分批加入到熔窯中，在1300-1600°C熔化1.0-8. 0h，控制熔 化程度，得到混合料液，然后在1200 1520°C澄清0-5. Oh ；(5)成形將澄清后的混合料液用壓延法、平拉法或浮法制成板，或澆注成塊，或水淬 成微珠；(6)熱處理將成形的玻璃板、塊或微珠加熱到600-800°C，核化2.0-8. 0h，然后升高溫 度至 700-1150°C，晶化 2. 0-10. 0h，再在 100_800°C退火 1. 0-20. 0h，慢冷出爐；(7)精加工將熱處理后的材料磨拋、切割或雕刻，使產品符合使用尺寸的要求。
8.根據權利要求7所述的玉石型微晶玻璃的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的 原料由主要原料和輔助原料組成，其中，主要原材料占原料總重量的60.0 85.0%，輔助 原料占原料總重量的15. 0 40. 0%。
9.根據權利要求8所述的玉石型微晶玻璃的制備方法，其特征在于，所述主要原料為 石英砂、長石、石灰石、鋰輝石、白云石和螢石；或者為粉煤灰、煤矸石、高爐爐渣、磷渣、電石 渣、硼泥和尾礦；或者為黃沙或黃土。
10.根據權利要求8所述的玉石型微晶玻璃的制備方法，其特征在于，所述的輔助原料 為純堿、碳酸鉀、碳酸鋇、硼酸、氧化鋅、氧化鈦、氧化鋯和氧化鈰中的一種或一種以上。
全文摘要
本發明涉及一種玉石型微晶玻璃及其制備方法。該玉石型微晶玻璃包含主晶相，還可以包含次晶相，該次晶相的最大晶粒尺寸等于或小于可見光波長，該玉石型微晶玻璃中含有下述重量含量的成分SiO245.0-75.0％，Al2O31.0-25.0％，堿土金屬氧化物0-20.0％，堿金屬氧化物3.0-15.0％，TiO20～4.0％，ZrO20～2.5％，F0-8.0％，其余為助熔劑和澄清劑。該玉石型微晶玻璃的制備方法是將主要原料和輔助原料混合均勻后經高溫熔化形成玻璃液，然后將玻璃液冷卻成型后進行熱處理，使其內部形成有利于可見光部分透過的組織結構，熱處理后微晶玻璃呈半透明蠟脂狀，成為玉石型微晶玻璃。該微晶玻璃質感細膩、晶瑩剔透，可廣泛用作裝飾板，也可雕刻成工藝品、制備成餐具和衛生潔具。
文檔編號C03C10/12GK101805128SQ20101015103
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者曹建尉, 梁力, 梁華巍, 梁開明 申請人:香港福山實業有限公司