一种具有高透明高强度的镁铝硅微晶玻璃及制备方法技术

本发明专利技术涉及微晶玻璃技术领域，提出了一种具有高透明高强度的镁铝硅微晶玻璃及制备方法，组成按照化合物摩尔百分比计含有：MgO 8%

【技术实现步骤摘要】
一种具有高透明高强度的镁铝硅微晶玻璃及制备方法


[0001]本专利技术涉及微晶玻璃
，具体的，涉及一种具有高透明高强度的镁铝硅微晶玻璃及制备方法。

技术介绍

[0002]智能终端电子产品需要坚硬的和耐摔性好的透明材料作为保护壳层，如智能手表采用蓝宝石或氧化锆透明陶瓷作为防护盖板，或在玻璃材料表面涂敷高弹性模量高硬度的涂层防止划伤，但氧化物透明陶瓷成本高，或高弹性模量涂层容易在使用过程中脱层，导致保护功能失效。
[0003]目前化学强化后的锂铝硅玻璃材料作为智能终端设备的主要保护壳材，耐划伤和耐破损性有了较大的提升，但仍较难满足使用要求，近年来高强度的透明微晶玻璃材料逐渐得到广泛关注，并已经在高端手机上得到应用，如苹果手机使用的超瓷晶面板，华为旗舰机使用的纳米微晶等，这类材料引入了晶体使其硬度和弹性模量得到提升，对刺穿和裂纹的扩展起到了较好的阻碍作用，是目前高端机盖板材料的主要方向，但受限于专利壁垒和制备技术，生产成本较高，且用到价格较高且含量高的氧化锂，综合成本高，制备难度大，极大限制了应用范围和领域。其他体系的透明微晶玻璃，存在的问题如弹性模量低、硬度低、抗摔和抗划伤性差、透过性不理想。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种具有高透明高强度的镁铝硅微晶玻璃及制备方法，解决了相关技术中的玻璃的力学性能和光学性能不能满足使用需求的问题。本专利技术针对上述问题，对材料体系进行选择和大量实验验证，提出一种具有高透性高强度的镁铝硅微晶玻璃，其具有适当的结晶度和高的弹性模量、硬度，且具有优异的化学强化能力，使其能满足电子设备对材料性能的要求，可应用于电子设备保护壳、移动终端触摸保护材料、航天机窗保护材料等领域。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种具有高透明高强度的镁铝硅微晶玻璃，组成按照化合物摩尔百分比计含有：MgO 8%
‑
20%；Al2O35%
‑
35%；SiO242%
‑
65%；ZrO20.5%
‑
4%；RE2O31%
‑
10%；Li2O 2.5%
‑
10%；Na2O 2%
‑
8%；ZnO 0.2%
‑
0.8%；TiO20.1%
‑
3%；B2O30.1%
‑
3%；P2O50.1%
‑
3%；NaCl 0.1%
‑
0.5%；Sb2O30.1%
‑
0.3%；其中RE2O3包括Y2O3、La2O3、Gd2O3中的一种或多种。
[0006]作为进一步的技术方案，晶相包括RE2Ti2O7、RE2Zr2O7、ZrO2、MgAl2O4、Mg
x
Zr
y
O
x+2.5y
、Al
1.5x
Zr
2y
O
1.5x+2y
、Mg
x
RE
1.5y
Ti
z
O
x+1.5y+2z
、石英固溶体中的一种或多种复合晶相。
[0007]作为进一步的技术方案，晶体的结晶度≥20%，优选的≥40%，更优选的≥50%，更更优选的≥60%，高的结晶度有利于对产生的裂纹起到阻碍作用，提高了微晶玻璃的抗破损能力。
[0008]作为进一步的技术方案，(MgO+Al2O3)/SiO2为0.2
‑
1.2，优选的为0.3
‑
1.1。
[0009]作为进一步的技术方案，(MgO+ZnO)/(Al2O3+SiO2)为0.1
‑
0.4，优选的为0.12
‑
0.37。
[0010]如果(MgO+ZnO)/(Al2O3+SiO2)大于0.4，在析晶过程中容易出现不利的石英相固溶体晶相析出，极大的影响了玻璃的透明度，使雾度增加，影响光学性能；如果比例关系小于0.1较难析出镁铝尖晶石及含镁的固溶晶体。
[0011]作为进一步的技术方案，Li2O+Na2O为4.5%
‑
16%，Na2O/Li2O≤1。
[0012]通过控制碱金属氧化物Li2O和Na2O的引入量及比例，控制微晶玻璃的晶相的析出。当Li2O+Na2O大于16%，微晶玻璃析晶困难，甚至难以析晶，当Li2O+Na2O小于4.5%时，微晶玻璃后期离子交换化学强化效果不理想，且当Li2O过多时，玻璃容易析出锂辉石造成透明度降低。且Na2O/Li2O大于1时，微晶玻璃离子交换应力层低于100μm。
[0013]作为进一步的技术方案，TiO2/ZrO2为0.25
‑
2，优选的为0.5
‑
1.5，更优选的为0.5
‑
1。
[0014]本专利技术设计的透明微晶玻璃，当TiO2/ZrO2低于0.25时难以获得目标晶体，当TiO2/ZrO2高于2时，玻璃热处理容易失透，且基础玻璃颜色偏黄，透过率低。
[0015]作为进一步的技术方案，(Li2O+Na2O)/(RE2O3+MgO)为0.2
‑
1，优选的为0.3
‑
0.8。
[0016]根据微晶玻璃热处理工艺得到的结果，如果(Li2O+Na2O)/(RE2O3+MgO)低于0.2，微晶玻璃化学强化效果不佳，尤其是CS50低于150MPa，DOC低于100μm，当比例高于1时，会影响微晶玻璃晶体的析出，甚至出现不析晶的情况。
[0017]作为进一步的技术方案，通过离子交换化学强化，性能满足：CS50≥180MPa，CS80≥100MPa，DOC≥110μm，2.5D形态整机配重200克80目砂纸≥1m，四点弯曲强度≥600MPa，110g钢球冲击高度≥200mm。
[0018]本专利技术还提出一种具有高透明高强度的镁铝硅微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：将化合物对应的碳酸盐或硝酸盐按比例称取后高温熔化，浇铸、压制、拉制成形后保温退火处理并随炉冷却，进行热处理得到微晶玻璃。
[0019]作为进一步的技术方案，所述热处理工艺为600
‑
700℃下核化0.5
‑
18h，再升温至700
‑
850℃下晶化0.2
‑
12h。
[0020]作为进一步的技术方案，通过热处理制度优化控制，可实现0.7mm厚微晶玻璃550nm透过率≥89%，优选的≥90%，更优选的≥91%。
[0021]作为进一步的技术方案，保温550
‑
580℃退火处理1
‑
5h。
[0022]本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提供一种高透明和高强度的玻璃材料，通过可控微晶晶化工艺制备出具高透明高弹性模量的微晶玻璃材料，实现微晶玻璃本征力学性能弹性模量达95GPa以上、维氏硬度达680HV以上，所涉及的透明微晶玻璃材料可以单步/多步化学强化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种具有高透明高强度的镁铝硅微晶玻璃，其特征在于，以摩尔百分比计，组成含有：MgO 8%
‑
20%；Al2O
3 5%
‑
35%；SiO
2 42%
‑
65%；ZrO
2 0.5%
‑
4%；RE2O
3 1%
‑
10%；Li2O 2.5%
‑
10%；Na2O 2%
‑
8%；ZnO 0.2%
‑
0.8%；TiO
2 0.1%
‑
3%；B2O
3 0.1%
‑
3%；P2O
5 0.1%
‑
3%；NaCl 0.1%
‑
0.5%；Sb2O
3 0.1%
‑
0.3%；其中RE2O3包括Y2O3、La2O3、Gd2O3中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种具有高透明高强度的镁铝硅微晶玻璃，其特征在于，晶相包括RE2Ti2O7、RE2Zr2O7、ZrO2、MgAl2O4、Mg
x
Zr
y
O
x+2.5y
、Al
1.5x
Zr
2y
O
1.5x+2y
、Mg
x
RE
1.5y
Ti
z
O

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志钢，袁坚，杜晓欧，张茂森，
申请(专利权)人：河北省沙河玻璃技术研究院，
类型：发明
国别省市：