微晶玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种微晶玻璃及其制备方法，包括如下摩尔质量分数的各组分：SiO

【技术实现步骤摘要】
微晶玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术属于玻璃材料的
，具体涉及一种能生长出棒状金红石的微晶玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，智能手机、平板电脑和可穿戴设备已经成为人们日常生活的必需品，显示面板的轻薄化、大尺寸化成为发展的必然趋势，使得盖板玻璃必须向厚度薄、质量轻、强度高的方向发展。5G时代是一次新的通信技术革命，具有低能耗、网络全覆盖等特点，基本实现人们对时时处处有网络的需求。5G智能手机将5G通信技术和人工智能完美的结合，5G通信技术大大提升了智能手机的通信能力，5G通信技术的成熟也意味着手机的一次伟大的革新，从智能型发展到智慧型。同时5G通信技术对手机的网络传输能力提出了更高的要求，金属材料对电磁信号有明显的吸收对5G高频信号传输不利，因此5G智能手机的背板必须放弃传统的金属材料。相比之下，玻璃的介电损失很小，对电磁信号的传输影响不大，对5G通信具有很好的适用性。
[0003]铝硅酸盐玻璃具有轻质、高强、化学性质稳定等优点，优异的性能使其在电子通信领域颇受青睐。铝硅酸盐玻璃的结构影响着其力学性能，两者联系非常紧密，研究两者之间的关系，对于大尺寸玻璃的制备具有指导性的意义。盖板材料不仅对强度要求较高，还需要具备较好的耐摔性。玻璃自身脆性较大，抗裂韧性低于0.8Mpa/m
1/2
，随着玻璃板材的轻薄化很容易发生碎裂。提高玻璃本体抗裂韧性最有效的方法之一是使其微晶化，即在玻璃基体中生长出均匀分布的晶体颗粒，晶体颗粒通常为球形颗粒或具有一定长径比的椭圆形颗粒。但是该增韧方法还存在以下问题：首先，微晶玻璃中晶体生长方向难以控制，难以生长出长径比大的针状晶体；其次，有时在微晶玻璃中生长出单一针状晶体对基体玻璃的增韧效果并不明显。因此，如何在微晶玻璃中生长出团状晶体和长径比大于5的晶体且显著提高微晶玻璃的抗裂韧性是目前盖板用高强度微晶玻璃面临的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种微晶玻璃，该微晶玻璃中生长有磷酸镁、磷酸镁锂、无定型磷酸盐及其组合物或聚合物和长径比大于5的针棒状金红石形成的堆叠或互锁结构，从而大大提高了玻璃的硬度和韧性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种微晶玻璃，其特征在于，包括如下摩尔质量分数的各组分：
[0007]SiO
2 50.0～65.0％，
[0008]Al2O
3 10.0～24.0％，
[0009]Li2O 2.0～15.0％，
[0010]Na2O 5.0～15.0％，
[0011]MgO 2.0～12.0％，
[0012]TiO
2 3.0～11.0％，
[0013]P5O
2 1.0～8.0％。
[0014]进一步地，微晶玻璃中生长有磷酸盐晶体和针棒状金红石晶体。
[0015]进一步地，所述微晶玻璃中金红石晶体占5
‑
15wt％，且磷酸镁、磷酸镁锂、无定型磷酸盐及其组合物占15
‑
40wt％。
[0016]进一步地，所述针棒状金红石晶体的长度不小于100nm，棒状金红石晶体的横截面平均直径不大于20nm。
[0017]进一步地，[Li2O+Na2O+MgO]/Al2O3摩尔之比为1.1～2.5。
[0018]进一步地，[Li2O+Na2O
‑
Al2O3]/TiO2摩尔之比为
‑
1～1。
[0019]进一步地，P2O5/[MgO+TiO2]摩尔之比为0.1～0.8。
[0020]进一步地，所述微晶玻璃的断裂韧性≥5Mpa/m
1/2
。
[0021]进一步地，所述微晶玻璃的维氏硬度≥7GPa。
[0022]本专利技术的另一个目的是提供一种上述的微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：将上述原料按比例混合后熔化，获得未析晶的前体玻璃，再将前体玻璃进行热处理从而获得微晶玻璃，其中，热处理方法为：将前体玻璃在750～900℃保温2～4h。
[0023]上述原料中，SiO2是涉及玻璃成形的一种氧化物，可用于稳定玻璃的网络结构，但是含量过高会造成熔融温度过高，熔融过程困难，不利于环保节能。
[0024]Al2O3也可稳定网络，且还提供改善的机械性能和化学耐久性；但是Al2O3含量过高，会导致玻璃样品粘度过大，难以熔制。
[0025]Li2O用于降低玻璃的熔化温度，同时提供化学强化过程中的锂源；但Li2O含量过高会破坏玻璃熔体的稳定性，影响制品的物理性能。
[0026]Na2O用于降低玻璃的熔化温度，同时提供化学强化过程中的钠源。但Na2O含量过高会破坏玻璃熔体的稳定性，影响制品的物理性能。
[0027]MgO用于降低玻璃的熔化温度，同时与加入碱金属氧化物相比体系稳定性大大提高。
[0028]P2O5用于降低玻璃的熔化温度，同时促进玻璃前期的分相。但是P2O5含量过高破坏玻璃稳定性。
[0029]TiO2既作为晶核剂，促进玻璃的体析晶，避免玻璃的表面析晶，也为金红石晶体生长提供充足的氧化物来源。
[0030]经过专利技术人的多次创造性劳动，最后得出各组分的摩尔质量分数如上所述，采用上述的配方和热处理方法能制造出具有针棒状金红石的微晶玻璃，其纳米晶体均匀的分布在玻璃样品中。本专利技术是在SiO2‑
Al2O3‑
MgO
‑
TiO2体系中加入P2O5，随着P2O5含量的增加，玻璃中PO
43+
离子的数量增多，在P
5+
的高离子场强作用下，O2‑
、Mg
2+
和Li
+
等离子优先向富磷区域移动，形成自发相分离，形成磷酸镁，磷酸镁锂，无定型磷酸盐及其组合物或聚合物，从而导致玻璃基体和富钛区域中的阳离子减少，具有高长径比的针状金红石从样品中的富钛区域生长出来。本专利技术制备的微晶玻璃表现为磷酸盐晶体和金红石晶体分散在富硅铝的玻璃基体中，磷酸盐晶体形成团状颗粒，金红石晶体形成针棒状纳米线，富硅铝相形成玻璃基质。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过调整配方及热处理方法，即在配方中引入离子场强更大的P
5+
，用以争夺Ti
4+
周围阳离子，最终使Ti
4+
析出针棒状金红石晶
体，且生长出的针棒状金红石晶体具有较高的长径比，其中，金红石晶体的长径比大于5，部分晶体长径比能达到10以上，同时形成团状的磷酸镁，磷酸镁锂，无定型磷酸盐及其组合物或聚合物，团状晶体与针棒状晶体相互堆叠，大大提高了微晶玻璃的硬度和韧性。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例2制得的前体玻璃样品在不同的热处理温度下的XRD图谱；
[0033]图2为本专利技术实施例2制得的玻璃样品的SEM图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微晶玻璃，其特征在于，包括如下摩尔质量分数的各组分：SiO
2 50.0～65.0％，Al2O
3 10.0～24.0％，Li2O 2.0～15.0％，Na2O 5.0～15.0％，MgO 2.0～12.0％，TiO
2 3.0～11.0％，P5O
2 1.0～8.0％。2.根据权利要求1所述的微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中生长有磷酸盐晶体和针棒状金红石晶体。3.根据权利要求2所述的微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中金红石晶体占5
‑
15wt％，且磷酸镁、磷酸镁锂、无定型磷酸盐及其组合物占15
‑
40wt％。4.根据权利要求2所述的微晶玻璃，其特征在于，所述针棒状金红石晶体的长度不小于100nm，棒状金红石晶体的横截面平均直径不大于20nm。5.根据权利要求1所述的微晶玻璃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆平，李帅，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：