CN109851226A - 一种微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微晶玻璃及其制备方法。该微晶玻璃采用SiO₂、Li₂O、Al₂O₃、Na₂O、P₂O₅、MgO、ZnO、澄清剂和晶核剂在特定配比下相互配合，协同作用，最终能提高微晶材料的维氏硬度和抗弯强度，降低微晶玻璃的膨胀系数，与一般的LAS系微晶玻璃相比具备很大的优势：一般的LAS系微晶玻璃抗弯曲强度多在(40‑120)MPa，本发明可达到(140‑250)MPa；硬度可以从500‑650HV提高到800HV以上；本发明的膨胀系数为0.2‑8×10^‑7/℃；介电常数达到7以上。同时，由于本发明Li含量较高，有利于之后的二次离子交换，可以对微晶玻璃进行更好的强化。

Description

一种微晶玻璃及其制备方法

技术领域

本发明属于玻璃制备技术领域，具体涉及一种微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

5G通信、无线充电以及OLED的发展是当下最热门的研究内容。于此相对应的是手机盖板材料的变革与发展。为了适应科技的发展，智能手机外观盖板去金属化趋势已经明确。5G通信时代，非金属材料替代金属材料势在必行。由于电磁屏蔽效应，手机信号难以通过金属外壳，目前主流金属机壳手机解决方案是在一整块金属机身背面的上下开槽出金属天线净空区域。这种方案虽然解决了4G技术下的信号问题，却带来分段式、白带等外观缺陷。尤其是5G时代通信采用频段更高的毫米波技术，更容易受金属材质干扰，同时向下兼容导致天线设计更为复杂，金属外观难以应对手机天线设计问题。手机无线充电主要采用电磁感应原理，同样受制于金属的电磁屏蔽效应。无线充电原理是通过发射端通电线圈产生磁场，通过电磁效应将在手机中接收端线圈中产生电流，进而实现无线充电。

目前金属材质机壳会阻止磁场透过，无法实现无线充电，必须采用非金属材料。OLED柔性显示是智能机显示屏发展趋势，将配套曲面玻璃或者陶瓷成主流。OLED凭借柔性化、低功耗、高对比度等优势，在高端机型中开始逐步替代LCD。尤其是柔性OLED，可配套3D盖板玻璃做成曲面显示屏，备受终端厂商和消费者追捧，已经成为智能手机屏幕的一大发展趋势。为此，中国专利文献CN106007387A公开了一种低膨胀锂铝硅系透明微晶玻璃”，其基础组分的重量百分比组成为：Li₂O为2～4wt％、Al₂O₃为13～18wt％％、SiO₂为56～64wt％、MgO为1～3.5wt％、B₂O₃为6～9wt％、K₂O+Na₂O为5～10wt％，并在透明玻璃中加入Sb₂O₃为1.6wt％和CeO₂为0.35wt％的澄清剂，和2.5wt％TiO₂和0.8wt％ZrO₂的晶核剂。将上述组分混合均匀后，经过1550℃熔制，浇注成块后600℃冷却至室温，再经过610～630℃核化60分钟，然后在830～850℃晶化处理分钟，即得到微晶玻璃材料。经测试，该材料的维氏硬度和抗弯强度有待改善，膨胀系数偏高，同时该制备工艺较为复杂。

发明内容

为此，本发明的所要解决的技术问题是现有微晶材料的维氏硬度和抗弯强度较低、膨胀系数偏高、制备工艺复杂的缺陷，进而提供一种低成本、高维氏硬度和抗弯强度、高介电常数、耐磨、低膨胀系数的微晶玻璃及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明所提供的微晶玻璃，包括如下质量份数的原料：

优选的，包括如下质量份数的原料：

进一步地，所述澄清剂为CeO₂。

进一步地，所述晶核剂为TiO₂和/或ZrO₂，优选地，所述晶核剂为质量比为(2-5)：1的TiO₂和ZrO₂。

此外，本发明还提供了上述微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：

1)按所述微晶玻璃的组成比例，称取各个原料均匀混合后作为原料粉末；

2)对步骤1)制备的原料粉末依次进行熔融和浇铸，得到原始玻璃；

3)对步骤2)制备的原始玻璃进行保温处理，制得所述微晶玻璃。

进一步地，所述熔融的温度为1400-1500℃，时间为3-4h。

进一步地，所述浇铸的温度为1450-1500℃。

进一步地，所述保温处理的温度为600-800℃。

进一步地，所述保温处理的时间为1-6h。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明所提供的微晶玻璃，采用SiO₂、Li₂O、Al₂O₃、Na₂O、P₂O₅、MgO、ZnO、澄清剂和晶核剂在特定配比下相互配合，协同作用，最终能提高微晶材料的维氏硬度和抗弯强度，降低微晶玻璃的膨胀系数，与一般的LAS系微晶玻璃相比具备很大的优势：一般的LAS系微晶玻璃抗弯曲强度多在40-120MPa，本发明可达到140-250MPa；硬度可以从500-650HV提高到800HV以上；本发明的膨胀系数为0.2-8×10^-7/℃；介电常数达到7以上。同时，由于本发明Li含量较高，有利于之后的二次离子交换，可以对微晶玻璃进行更好的强化。

2)本发明所提供的微晶玻璃，晶核剂采用TiO₂和ZrO₂，并优化两者的配比，能使微晶玻璃更好地结晶，形成细小的晶核，提高微晶玻璃的维氏硬度和抗弯强度，降低微晶玻璃的膨胀系数。

3)本发明所提供的微晶玻璃的制备方法，先按所述微晶玻璃的组成比例，称取各个原料均匀混合后作为原料粉末；再对原料粉末依次进行熔融和浇铸，得到原始玻璃；最后对步骤2)制备的原始玻璃进行保温处理，制得所述微晶玻璃，该工艺只需一次保温处理，即可得到高维氏硬度和抗弯强、低膨胀系数的微晶玻璃。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供一种微晶玻璃及其制备方法，该微晶玻璃的原料为74.9克的SiO₂、12.4克的LiO₂、7.4克的Al₂O₃、2.8克的Na₂O、1.96克的P₂O₅、1克的MgO、1克的ZnO、0.6克的CeO₂、3克的TiO₂；

上述微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述原料均匀混合后作为原料粉末；

2)将步骤1)制备的原料粉末在1500℃熔融3.5小时，于1500℃下浇铸得到原始玻璃；

3)将步骤2)制备的原始玻璃在600℃保温6h，得到所述微晶玻璃。

实施例2

本实施例提供一种微晶玻璃及其制备方法，该微晶玻璃的原料为74克SiO₂、14克LiO₂、7克Al₂O₃、3克Na₂O、1.5克P₂O₅、1.5克MgO、0.5克ZnO、1克CeO₂、4克ZrO₂；

上述微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述原料均匀混合后作为原料粉末；

2)将步骤1)制备的原料粉末在1400℃熔融4小时，于1500℃下浇铸得到原始玻璃；

3)将步骤2)制备的原始玻璃在700℃保温3h，得到所述微晶玻璃。

实施例3

本实施例提供一种微晶玻璃及其制备方法，该微晶玻璃的原料为77克SiO₂、12克LiO₂、8克Al₂O₃、2.5克Na₂O、2.5克P₂O₅、0.5克MgO、1.5克ZnO、0.5克CeO₂、3克ZrO₂；

上述微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述原料均匀混合后作为原料粉末；

2)将步骤1)制备的原料粉末在1450℃熔融3小时，于1450℃下浇铸得到原始玻璃；

3)将步骤2)制备的原始玻璃在800℃保温1h，得到所述微晶玻璃。

实施例4

本实施例提供一种微晶玻璃及其制备方法，该微晶玻璃的原料为74.9克的SiO₂、12.4克的LiO₂、7.4克的Al₂O₃、2.8克的Na₂O、1.96克的P₂O₅、1克的MgO、1克的ZnO、0.6克的CeO₂、3克的TiO₂、1克的TiO₂；

上述微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述原料均匀混合后作为原料粉末；

2)将步骤1)制备的原料粉末在1460℃熔融3.4小时，于1500℃下浇铸得到原始玻璃；

3)将步骤2)制备的原始玻璃在600℃保温6h，得到所述微晶玻璃。

对比例1

本对比例提供一种微晶玻璃及其制备方法，同实施例1，唯一不同之处在于：本对比例中不添加Na₂O和P₂O₅。

对比例2

本对比例提供一种微晶玻璃及其制备方法，采用中国专利文献CN106007387A中的实施例3的配方和制备方法得到。

试验例

对上述实施例和对比例制得的微晶玻璃性能进行测试，相应的测试结果如下表1所示：

表1

从表1可得知：本发明的微晶玻璃具有维氏硬度和抗弯强度高，微晶膨胀系数低的优点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种微晶玻璃，包括如下质量份数的原料：

2.根据权利要求1所述的微晶玻璃，其特征在于：包括如下质量份数的原料：

3.根据权利要求1或2所述的微晶玻璃，其特征在于，所述澄清剂为CeO₂。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的微晶玻璃，其特征在于，所述晶核剂为TiO₂和/或ZrO₂。

5.根据权利要求4所述的微晶玻璃，其特征在于，所述晶核剂为质量比为(2-5)：1的TiO₂和ZrO₂。

6.权利要求1-5任一项所述的微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：

1)按所述微晶玻璃的组成比例，称取各个原料均匀混合后作为原料粉末；

2)对步骤1)制备的原料粉末依次进行熔融和浇铸，得到原始玻璃；

3)对步骤2)制备的原始玻璃进行保温处理，制得所述微晶玻璃。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述熔融的温度为1400-1500℃，时间为3-4h。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述浇铸的温度为1450-1500℃。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述保温处理的温度为600-800℃。

10.根据权利要求6-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述保温处理的时间为1-6h。