一种含稀土的表面析晶微晶玻璃及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种表面析晶微晶玻璃及其制备方法与应用，其原料包括第一组分和第二组分；所述第一组分包括氧化锌、氧化硼和二氧化硅，所述第二组分为稀土氧化物；所述第一组分和所述第二组分的摩尔比为100：(0～10)，且所述第二组分的摩尔数不为0；所述氧化锌、所述氧化硼和所述二氧化硅的摩尔比为(25～60)：(5～50)：(5～30)。本发明专利技术提供的表面析晶微晶玻璃的制备方法，不需要添加任何的析晶剂，析晶效率高，表面析晶效果好，生产成本低，制备得到的微晶玻璃析晶厚度均匀，且提高了微晶玻璃的紫外屏蔽能力、材料力学性能和耐碱性。

Surface crystallization glass-ceramic containing rare earth and preparation method and application thereof

The invention relates to a surface crystallization of glass ceramics and preparation method and application thereof. The raw materials include the first and the second components; the first component including Zinc Oxide, boron oxide and silica, the second component for rare earth oxides; the first component and the second component is the molar ratio 100: (0 ~ 10), the number of moles and the second component is not 0; the ratio of Zinc Oxide, the boron oxide and the silicon dioxide is (25 ~ 60): (5 ~ 50): (5 ~ 30). Preparation method of surface crystallization of glass ceramics provided by the invention, do not need to add any nucleation agent, crystallization surface crystallization of high efficiency, good effect, low production cost, crystallization thickness of the prepared uniform, and improve the glass UV shielding ability, mechanical properties of materials and alkali resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种含稀土的表面析晶微晶玻璃及其制备方法与应用
本专利技术涉及玻璃
，具体涉及一种含稀土的表面析晶微晶玻璃及其制备方法与应用。
技术介绍
普通玻璃的强度并不是很高，大约在50MPa左右，但是理论强度值却大约在9810～29420MPa之间。原因在于玻璃表面存在着无数光学显微镜看不到的小裂纹，被称之为格里菲斯裂纹。这些裂纹呈半椭圆形起应力中心的作用，当玻璃加上负载时，断裂过程首先从裂纹处开始，比没有缺陷的玻璃发生的早。这就是玻璃表面的实际强度和理论强度相差大的原因。玻璃表面上的缺陷远比玻璃内部脆弱的多，所以想大幅度提高玻璃的强度，须首先对玻璃表面采取措施。表面析晶玻璃有望提高玻璃的强度，如果让玻璃表面晶化使得玻璃机体里面存在有高体积分数的极小晶体，用以限制由应力引起的格里菲斯裂纹，这样就可以使玻璃的强度提高到200MPa以上。表面析晶玻璃如同在玻璃表面镀了一层保护膜，机械强度高，硬度大，耐磨性很好，化学稳定性和热稳定性良好，能够适应恶劣的使用环境；电绝缘性能优良，介电常数稳定，介电损耗小；与具有相同力学性能的金属材料相比，表面析晶玻璃材料质地致密，具有不透气、不透水等优良性能。而且，还可以利用不同组成的玻璃来制得具有特殊光学、热学、磁学、电学和生物学等功能的表面析晶玻璃，使得这种材料具有非常好的经济效益，且有望代替传统材料。现有技术中制备析晶玻璃时，向玻璃中引入促进析晶的晶核剂，以促进所得玻璃的表面析晶。所述的促进析晶的晶核剂包括氧化钛、三氧化二铬或者这两者的混合物。通过简单的方法促进了玻璃的表面析晶，在无需对玻璃进行破碎的情况下，添加传统的整体析晶时使用的玻璃晶核剂(TiO2、Cr2O3)就可以提高玻璃的表面析晶速度或表面析晶层中的晶相含量，此方法工艺简单易行，对表面析晶效果显著。并且，可以通过调节TiO2、Cr2O3的用量得到不同析晶层厚度和晶体含量的析晶玻璃，满足各种不同需求。然而上述表面析晶的方法均需要向玻璃中引入析晶剂以达到表面析晶，效率较低，且制备得到的表面析晶微晶玻璃综合性能不够理想。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种表面析晶微晶玻璃及其制备方法于应用，制备过程不需要添加任何的析晶剂，析晶效率高，表面析晶效果好，生产成本低，制备得到的微晶玻璃析晶厚度均匀，表面光滑，且可以提高微晶玻璃的紫外屏蔽能力、材料力学性能和耐碱性，实现太阳光中不同波长光之间的转化，提高微晶玻璃的光转化效率和发光强度，提高微晶玻璃的热稳定性和化学稳定性。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种表面析晶微晶玻璃，其原料包括第一组分和第二组分；所述第一组分包括氧化锌、氧化硼和二氧化硅，所述第二组分为稀土氧化物；其中，所述第一组分和所述第二组分的的摩尔比为100：(0～10)，且所述第二组分的摩尔数不为0；所述氧化锌、所述氧化硼和所述二氧化硅的摩尔比为(25～60)：(5～50)：(5～30)。需要说明的是，所述原料还可以包括杂质组分，所述杂质组分的总含量小于或等于所述原料总量的5wt％，所述杂质组分包括硫酸盐、氯化物、磷酸盐、钙、铅、铁、硝酸盐、硫酸盐、锰和氢氟酸中的一种或几种。本专利技术提供的微晶玻璃析晶厚度均匀光滑，微晶玻璃的紫外屏蔽能力、材料力学性能和耐碱性强，可以实现太阳光中不同波长光之间的转化，提高微晶玻璃的光转化效率和发光强度，提高微晶玻璃的热稳定性和化学稳定性。在本专利技术的进一步实施方式中，所述第一组分还包括氧化钠和/或氧化铝；其中，所述氧化铝、所述氧化钠和所述氧化锌的摩尔比为(0～4)：(0～20)：(25～60)，且所述氧化钠和所述氧化铝的摩尔数不同时为0。在本专利技术的进一步实施方式中，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪和氧化钇中的一种或几种。第二方面，本专利技术提供了一种表面析晶微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：将上述任一项的表面析晶微晶玻璃的原料混合均匀，得到混合物；将所述混合物加热熔制，得到玻璃液，将所述玻璃液浇铸成型后退火处理；将所述退火处理得到的产品进行热处理，得到表面析晶微晶玻璃成品。需要说明的是，优选通过研磨将表面析晶微晶玻璃的原料组分混合均匀。本专利技术提供的表面析晶微晶玻璃的制备方法，制备过程不需要添加任何的析晶剂，析晶效率高，表面析晶效果好，生产成本低。在本专利技术的进一步实施方式中，所述加热熔制具体为：将所述混合物加热至1000℃～1500℃，保温0.1h～3h，得到玻璃液。在本专利技术的进一步实施方式中，所述浇铸成型是将所述玻璃液在模具上成型。需要说明的是，将玻璃液在模具上成型之前，优选将模具进行预热。在本专利技术的进一步实施方式中，所述退火处理具体为：将所述成型后的产品在450℃～580℃下保温0.5h～2h，然后冷却至15℃～30℃。在本专利技术的进一步实施方式中，所述热处理具体为：将所述退火处理得到的产品在550℃～700℃下保温0.1h～20h。所述热处理具体优选为：将所述退火处理得到的产品在550～630℃下保温0.1h～3h；然后升温至600～700℃下保温5h～20h。第三方面，本专利技术提供了上述表面析晶微晶玻璃在激光发射、太阳能光电转化、光纤放大器、光催化或防辐射
中的应用。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术实施例一中制备得到的表面析晶微晶玻璃的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例二中制备得到的表面析晶微晶玻璃的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例三中制备得到的表面析晶微晶玻璃的扫描电镜图；图4为本专利技术实施例四中制备得到的表面析晶微晶玻璃的扫描电镜图；图5为本专利技术实施例十、实施例十一、实施例十二和实施例十三中制备得到的表面析晶微晶玻璃的XRD图；图6为本专利技术实施例十四制备得到的表面析晶微晶玻璃在不同热处理时间下的发射光谱图；图7为本专利技术实施例十四制备得到的表面析晶微晶玻璃在不同热处理时间下的激发光谱图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。本专利技术提供一种表面析晶微晶玻璃，其原料包括第一组分和第二组分；第一组分包括氧化锌、氧化硼和二氧化硅，第二组分为稀土氧化物；第一组分和第二组分的的摩尔比为100：(0～10)，且第二组分的摩尔数不为0；氧化锌、氧化硼和二氧化硅的摩尔比为(25～60)：(5～50)：(5～30)。优选地，第一组分还包括氧化钠和/或氧化铝；氧化铝、氧化钠和氧化锌的摩尔比为(0～4)：(0～20)：(25～60)，且氧化钠和氧化铝的摩尔数不同时为0。优选地，稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面析晶微晶玻璃，其特征在于：其原料包括第一组分和第二组分；所述第一组分包括氧化锌、氧化硼和二氧化硅，所述第二组分为稀土氧化物；其中，所述第一组分和所述第二组分的摩尔比为100：(0～10)，且所述第二组分的摩尔数不为0；所述氧化锌、所述氧化硼和所述二氧化硅的摩尔比为(25～60)：(5～50)：(5～30)。

【技术特征摘要】
1.一种表面析晶微晶玻璃，其特征在于：其原料包括第一组分和第二组分；所述第一组分包括氧化锌、氧化硼和二氧化硅，所述第二组分为稀土氧化物；其中，所述第一组分和所述第二组分的摩尔比为100：(0～10)，且所述第二组分的摩尔数不为0；所述氧化锌、所述氧化硼和所述二氧化硅的摩尔比为(25～60)：(5～50)：(5～30)。2.根据权利要求1所述的表面析晶微晶玻璃，其特征在于：所述第一组分还包括氧化钠和/或氧化铝；其中，所述氧化铝、所述氧化钠和所述氧化锌的摩尔比为(0～4)：(0～20)：(25～60)，且所述氧化钠和所述氧化铝的摩尔数不同时为0。3.根据权利要求1所述的表面析晶微晶玻璃，其特征在于：所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪和氧化钇中的一种或几种。4.一种表面析晶微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将权利要求1-3任一项所述的表面析晶微...

【专利技术属性】
技术研发人员：王觅堂，李梅，方龙，柳召刚，胡艳宏，张晓伟，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15