CN101591144B

CN101591144B - 薄型CaO-Al2O3-SiO2***微晶玻璃及制备

Info

Publication number: CN101591144B
Application number: CN 200910062856
Authority: CN
Inventors: 程金树; 何峰; 谢俊; 陆平; 郑伟宏; 全健; 肖子凡
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: CN101591144A

Abstract

一种CaO-Al₂O₃-SiO₂***微晶玻璃，其化学成分包括(重量％)：SiO₂ 60.0～70.0，Al₂O₃5.0～10.0，CaO 16.5～18.0，ZnO 0～2.5，BaO 4.0～6.0，Na₂O 5.0～6.0，K₂O 0.5～2.0，B₂O₃1.0～3.0，Sb₂O₃ 0.5～1.0，MgO 1.0～3.0。其制备方法是：将配料搅匀后置于陶瓷坩埚内，并放入硅钼炉中加热和保温，水淬成0.5～6mm的玻璃颗粒后进行干燥，再将其铺于耐火材料模具中，并置入高温炉中加热和保温，使玻璃颗粒晶化摊平，然后退火冷却至室温。本发明成本低，性能良好，薄型，应用广。

Description

薄型CaO-Al2O3-SiO2***微晶玻璃及制备

技术领域

本发明涉及玻璃，特别是涉及一种建筑用的低成本和薄型CaO-Al₂O₃-SiO₂***微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

近年来，由于微晶玻璃装饰板色彩艳丽，色差小且永不褪色；结构致密，纹理清晰；坚硬耐磨，耐风化，防腐蚀等优点日益被人们所认识和认可。微晶玻璃已在建筑行业有了多种运用，已用于机场、车站、办公大楼、地铁、宾馆、酒店等高档公用建筑和别墅等高档住房场所。微晶玻璃板材是高档次高消费产品，目前市场价较高。高成本高价格已经成为拓展市场的关键障碍。在生产成本组成中，燃料费用占四分之一强，其次是原料费用，二项合计占成本的一半左右，如何降低生产成本是近年来的主要课题之一。

近年来为节约资源，保护环境，降低成本，国内外学者采用固体废弃物作为微晶玻璃原料来达到降低成本的目的，如粉煤灰、煤矸石、高炉渣、各种采矿尾矿等等。这方面已有不少专利报道：专利申请号为200510003205.6公开了用磷渣生产微晶玻璃饰板的方法；专利申请号为200410058045.0公开了高铁尾矿制造的微晶玻璃及方法；专利号为85100521A公开了粉煤灰废渣微晶玻璃；但是固体废弃物生产的微晶玻璃产品常常会付出性能的代价，即固体废弃物用量越大，产品的性能损失就越大。与此同时，目前生产烧结法微晶玻璃装饰板的主要设备是隧道式和梭式烧结晶化窑，所生产的微晶玻璃装饰板的厚度在18～30mm的范围内(厚型板)。由此造成其单位面积重量大、产量低、产品的原料消耗大、能耗高。

因此，有必要研制新型低成本玻璃组分、增加微晶玻璃板材的花色品种、提高产品质量和劳动生产率，将成为微晶玻璃板材的今后主要发展方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种低成本、薄型和性能良好的CaO-Al₂O₃-SiO₂***微晶玻璃，并且从制造微晶玻璃所用的原料出发，调整所述微晶玻璃的化学组成，降低原料成本高的氧化锌含量来获得该玻璃的制备方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的是一种低成本薄型CaO-Al₂O₃-SiO₂***微晶玻璃(简称微晶玻璃)，按重量计，该微晶玻璃的化学成分包括：SiO₂ 60.0～70.0％，Al₂O₃ 5.0～10.0％，CaO 16.5～18.0％，ZnO 0～2.5％，BaO 4.0～6.0％，Na₂O 5.0～6.0％，K₂O 0.5～2.0％，B₂O₃1.0～3.0％，Sb₂O₃0.5～1.0％，MgO 1.0～3.0％。

本发明是从降低ZnO含量和引入MgO及K₂O含量着手，来制备上述微晶玻璃的，其制备步骤包括：按微晶玻璃化学成分配料，该配料经充分搅拌混合均匀后置于陶瓷坩埚内，再放入硅钼炉中以1～3℃/分钟升到1450℃～1480℃，保温时间≥45min后，水淬成0.5～6mm的玻璃颗粒，烘干备用；将干燥的玻璃料铺于耐火材料模具中，上层玻璃颗粒粒度为2～3mm，铺料厚度为10～20mm，置入高温实验炉以3～5℃/分钟的升温速率从室温升到1050～1100℃，保温时间≥1.5小时，使玻璃颗粒晶化摊平，经退火冷却至室温，得到所述微晶玻璃。

在配料时，所用原料为硅砂、钠长石、白云石、方解石、氧化锌、碳酸钡、纯碱、硼砂、氧化锑和碳酸钾。

本发明所制得的微晶玻璃的厚度为8～30mm。丰富了微晶玻璃板材产品的品种规格，使板材的厚度范围由原来的18～30mm扩展到8～30mm，产品的适应性得到增强。

本发明提供的微晶玻璃及其制备方法，与现有技术相比具有以下的主要优点：

其一.成本降低：从降低ZnO含量和引入MgO及K₂O着手，可使制造成本降低。

其二.性能良好：在生产过程中微晶玻璃不易开裂，气孔率降低，从而保证了微晶玻璃的质量，其强度、白度和光泽度符合国家标准要求。

其三.具有薄型的特点：可制备出8～15mm的薄型微晶玻璃装饰板材。

其四.丰富了微晶玻璃板材产品的品种规格，使板材的厚度范围由原来的18～30mm扩展到8～30mm。对促进相关产业技术进步、提升产业核心竞争力提供必要的技术支撑。

其五.发展前景广阔：由于产品质量提高，成本降低，这样有利于利用高档次低售价的杠杆撬开市场大门，把微晶玻璃市场蛋糕做大。若将这一高档绿色饰材进入寻常百姓家，微晶玻璃板材的发展前景将更为广阔。

附图说明

图1为本发明微晶玻璃的X射线衍射图谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

实施例1.微晶玻璃的制备：

配料(质量百分比)：按石英砂52.4％、氧化铝4.9％、碳酸钙24.7％、氧化锌1.7％、碳酸钡4.2％、碳酸钠7.7％、碳酸钾1.8％、硼砂2.3％、三氧化二锑0.4％配料。此配方特征在于用K₂O来部分替代ZnO，K₂O不仅起到降低玻璃粘度的作用，同时玻璃表面张力随着K₂O替代ZnO含量的增加而降低，有利于烧结过程中气泡的排出和表面的摊平。

微晶玻璃的制备：将称量好的原料进行混合，制备成玻璃配合料。该配合料在1450±10℃进行熔化和澄清，熔化好的玻璃液水淬成0.5～6mm的玻璃颗粒，然后烘干分级。将干燥的玻璃颗粒料平铺于耐火材料模具上，上层颗粒粒度为2～3mm，铺料厚度为20mm。铺料并刮平后，将其置于高温实验炉进行晶化处理，升温制度为：室温～750℃，升温速率5℃/min，750～910℃，升温速率3℃/min，910～1100℃，升温速率4℃/min，在1050～1100℃保温时间≥1.5小时，使玻璃颗粒表面摊平。经过晶化处理的玻璃粒料烧结成一个整体，并析出大量硅灰石晶体。最后退火至室温，制得微晶玻璃试样。

所获得的微晶玻璃的组成(质量百分比)为：SiO₂ 62.6％、Al₂O₃ 5.9％、CaO 16.7％、ZnO2％、BaO 3.9％、Na₂O 5.9％、K₂O 1.5％、B₂O₃ 1％、Sb₂O₃ 0.5％。

实施例2.微晶玻璃的制备：

配料(质量百分比)：按石英砂51.6％、氧化铝4.2％、碳酸钙25.2％、氧化锌1.7％、碳酸钡4.3％、碳酸钠7.9％、氧化镁2.5％、硼砂2.3％、三氧化二锑0.4％配料。此配方的特征在于用MgO来部分替代ZnO，引入MgO可以促进玻璃中硅灰石晶相的析出，能增强玻璃的致密性和提高机械强度。

所获得微晶玻璃的组成(质量百分比)为：SiO₂ 61.5％、Al₂O₃ 5％、CaO 17％、ZnO 2％、BaO 4％、Na₂O 6％、MgO 3％、B₂O₃ 1％、Sb₂O₃ 0.5％。

实施例3.微晶玻璃的制备：

配料(质量百分比)：按石英砂51.3％、氧化铝4.1％、碳酸钙25.1％、氧化锌0.4％、碳酸钡4.3％、碳酸钠7.8％、碳酸钾1.8％、氧化镁2.5％、硼砂2.3％、三氧化二锑0.4％配料。此配方的特征在于用MgO和K₂O混合引入来替代ZnO，使ZnO的含量进一步降低，节约原料成本。

所获得微晶玻璃的组成(质量百分比)为：SiO₂ 61.5％、Al₂O₃ 5％、CaO 17％、ZnO 0.5％、BaO 4％、Na₂O 6％、MgO 3％、K₂O 1.5％、B₂O₃1％、Sb₂O₃ 0.5％。

实施例4.微晶玻璃的制备：

配料(质量百分比)：按石英砂51.2％、氧化铝5.8％、碳酸钙25.2％、氧化锌0％、碳酸钡4.3％、碳酸钠6.5％、碳酸钾1.8％、氧化镁2.5％、硼砂2.3％、三氧化二锑0.4％配料。此配方的特征在于用完全不使用ZnO作为原料，并且适当增加Al₂O₃含量以提高玻璃相的网络连接程度，最终提高成品的整体机械性能。

微晶玻璃的制备：将称量好的原料进行混合，制备成玻璃配合料。该配合料在1450±10℃进行熔化和澄清，熔化好的玻璃液水淬成0.5～6mm的玻璃颗粒，然后烘干分级。将干燥的玻璃颗粒料平铺于耐火材料模具上，上层颗粒粒度为2～3mm，铺料厚度为20mm。铺料并刮平后，将其置于高温实验炉进行晶化处理，升温制度为：室温～750℃，升温速率5℃/min，750～910℃，升温速率3℃/min，910～1100℃，升温速率4℃/min，在1050～1100℃保温时间≥1.5小时，使玻璃颗粒表面摊平。经过晶化处理的玻璃粒料烧结成一个整体，并析出大量硅灰石晶体。最后退火至室温，制得微晶玻璃试样。所制的微晶玻璃试样经X射线衍射分析可知：其主晶相为β-硅灰石，特征峰尖锐，晶体结晶情况良好，XRD图谱见图1。

所获得微晶玻璃的组成(质量百分比)为：SiO₂ 61％、Al₂O₃ 7％、CaO 17％、BaO 4％、Na₂O 5％、MgO 3％、K₂O 1.5％、B₂O₃ 1％、Sb₂O₃ 0.5％。

Claims

1.一种微晶玻璃，其特征是烧结法薄型CaO-Al₂O₃-SiO₂***微晶玻璃，按重量计，该微晶玻璃的化学成分为：SiO₂60.0～70.0％，Al₂O₃5.0～10.0％，CaO 16.5～18.0％，ZnO 0～2.5％，BaO 4.0～6.0％，Na₂O 5.0～6.0％，K₂O 0.5～2.0％，B₂O₃1.0～3.0％，Sb₂O₃0.5～1.0％，MgO 1.0～3.0％，以上各组分之和为100％。

2.一种权利要求1所述的微晶玻璃的制备方法，其特征是从降低ZnO含量和引入MgO及K₂O含量着手，来制备薄型CaO-Al₂O₃-SiO₂***微晶玻璃，其步骤包括：按微晶玻璃化学成分配料，该配料经充分搅拌混合均匀后置于陶瓷坩埚内，再放入硅钼炉中以1～3℃/分钟升到1450℃～1480℃，保温时间≥45min后，水淬成0.5～6mm的玻璃颗粒，烘干备用；将干燥的玻璃料铺于耐火材料模具中，上层玻璃颗粒粒度为2～3mm，铺料厚度为10～20mm，置入高温实验炉以3～5℃/分钟的升温速率从室温升到1050～1100℃，在1050～1100℃保温时间≥1.5小时，使玻璃颗粒晶化摊平，经退火冷却至室温，得到所述微晶玻璃。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于配料时，所用原料为硅砂、钠长石、白云石、方解石、氧化锌、碳酸钡、纯碱、硼砂、氧化锑和碳酸钾。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所制得的微晶玻璃的厚度为8～15mm。