一種適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃及其制備方法

張琨+張肖華+苗蓮

摘 要：一種適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃及其制備方法，所述適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 65%～72%、Li2O 15%～25%、Al2O3 0%～2.6%、P2O5 1.5%～3.5%、ZrO2 0%～4%、K2O 1.0%～2.5%、SnO2 0.3%～2.0%、Y2O3 0.2%～1.5%、Sc2O3 0.5%～1.8%；所述微晶玻璃的制備方法，包括配置粉料、混合、烘干、加熱融化、注入模具、形核及晶化，獲得微晶玻璃。本方法制備的微晶玻璃具有優(yōu)良的抗彎強度和斷裂韌性，且透明度良好，具有良好的市場前景。

關鍵詞：微晶玻璃 制備方法 汽車工業(yè)

中圖分類號：U465 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（b）-0078-03

微晶玻璃又稱微晶玉石或陶瓷玻璃，是一種綜合玻璃。微晶玻璃和我們常見的玻璃看起來大不相同，它具有玻璃和陶瓷的雙重特性，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韌性強，具有優(yōu)良的熱學、力學、電學方面的性能。微晶玻璃自研制成功以來，已經(jīng)在生物醫(yī)學、機械、電子、航空航天工程等領域獲得廣泛的應用。隨著時代的發(fā)展，微晶玻璃因優(yōu)異的性能逐漸應用于汽車行業(yè)，利用微晶玻璃耐高溫、抗膨脹性可調(diào)等力學和熱學性能，用于活塞、旋轉葉片的制作上，也可用于噴射式燃燒器中消除汽車尾氣中的碳氫化合物。現(xiàn)有的微晶玻璃生產(chǎn)技術制備的微晶玻璃強度有限，使其在汽車工業(yè)的使用范圍受限。

針對以上問題，本方法提出了一種具有優(yōu)良的抗彎強度和斷裂韌性且透明度良好的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃及其制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本方法提供如下技術方案。

上述的一種適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 65%～72%、Li2O 15%～25%、Al2O3 0%～2.6%、P2O5 1.5%～3.5%、ZrO2 0%～4%、K2O 1.0%～2.5%、SnO2 0.3%～2.0%、Y2O3 0.2%～1.5%、Sc2O3 0.5%～1.8%。

所述適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，作為本方法進一步的方案，其中，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 66%～70%、Li2O 17%～24%、Al2O3 0%～1.8%、P2O5 1.7%～3.2%、ZrO2 0%～3.5%、K2O 1.3%～2.4%、SnO2 0.5%～1.8%、Y2O3 0.4%～1.5%、Sc2O3 0.8%～1.8%。

所述適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，作為本方法進一步的方案，其中，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 66%～69%、Li2O 18%～23%、Al2O3 0%～1.6%、P2O5 1.7%～3.1%、ZrO2 0%～3.4%、K2O 1.5%～2.4%、SnO2 0.8%～1.8%、Y2O3 0.5%～1.5%、Sc2O3 0.9%～1.8%。

所述適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟：

（1）配置粉料：準確稱取各組分原料，并經(jīng)球磨后，過70目篩，制成粉料。

（2）混合：將粉料放入剛玉罐中濕混1～2h，制成漿料。

（3）烘干：將漿料采用旋轉蒸發(fā)器烘干，制成混合料。

（4）加熱融化：將混合料放入坩堝中，以15～20℃/min的升溫速率升溫至850℃～920℃，保溫15～30min，然后以10～15℃/min的升溫速率升溫至1380℃～1550℃，保溫1～2h，直至玻璃熔體組分分布均勻且氣泡完全逸出，制得玻璃溶液。

（5）注入模具：將玻璃溶液倒入模具內(nèi)，并將模具迅速放入電熱爐內(nèi)，在500℃～550℃溫度下退火0.5～1h，以消除基礎玻璃的內(nèi)應力，獲得無色、透明、無氣泡的基礎玻璃。

（6）形核及晶化：將基礎玻璃放入電熱爐內(nèi)，在530℃～600℃溫度下形核處理1～3h，再將電熱爐升溫至700℃～900℃晶化處理1～3h，獲得微晶玻璃。

有益效果如下。

本方法具體實施方式中對比例1與實施例3采用相同的制備工藝，唯一的區(qū)別在于實施例3的組分中包括SnO2，對比例1中不含SnO2。對比例2與實施例3采用相同的制備工藝，唯一的區(qū)別在于實施例3的組分中包括ZrO2，對比例1中不含ZrO2。對比例1的抗彎強度為322MPa，斷裂韌性為3.18MPa·m0.5，對比例2的抗彎強度為315MPa，斷裂韌性為3.06MPa·m0.5。實施例3的抗彎強度為395MPa，斷裂韌性為3.82MPa·m0.5。根據(jù)此數(shù)據(jù)可以看出，本方法通過添加SnO2，SnO2與ZrO2配合，對微晶玻璃的力學強度具有明顯的增強效果，本方法制備的微晶玻璃具有優(yōu)良的抗彎強度和斷裂韌性，且透明度良好，在汽車工業(yè)具有更廣泛的適用范圍，具有良好的市場前景。

本方法適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃的制備方法能夠制備出力學性能優(yōu)異的微晶玻璃，簡單方便，易于推廣，生產(chǎn)成本較低，有利于提高企業(yè)效益。

具體實施方式如下。

下面結合具體實施例，對本方法的技術方案做進一步詳細地說明。

實施例1：

本方法實施例1的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 71%、Li2O 24%、Al2O3 0.5%、P2O5 1.6%、ZrO2 0.4%、K2O 1.2%、SnO2 0.4%、Y2O3 0.3%、Sc2O3 0.6%。

本方法實施例1的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟。

（1）配置粉料：準確稱取各組分原料，并經(jīng)球磨后，過70目篩，制成粉料。

（2）混合：將粉料放入剛玉罐中濕混1h，制成漿料。endprint

（3）烘干：將漿料采用旋轉蒸發(fā)器烘干，制成混合料。

（4）加熱融化：將混合料放入坩堝中，以15℃/min的升溫速率升溫至860℃，保溫15min，然后以15℃/min的升溫速率升溫至1450℃，保溫2h，直至玻璃熔體組分分布均勻且氣泡完全逸出，制得玻璃溶液。

（5）注入模具：將玻璃溶液倒入模具內(nèi)，并將模具迅速放入電熱爐內(nèi)，在530℃溫度下退火0.5h，以消除基礎玻璃的內(nèi)應力，獲得無色、透明、無氣泡的基礎玻璃。

（6）形核及晶化：將基礎玻璃放入電熱爐內(nèi)，在550℃溫度下形核處理2h，再將電熱爐升溫至750℃晶化處理2h，獲得微晶玻璃。

實施例2：

本方法實施例2的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 68%、Li2O 17%、Al2O3 2%、P2O5 3%、ZrO2 3%、K2O 2.3%、SnO2 1.7%、Y2O3 1.5%、Sc2O3 1.5%。

本方法實施例2的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟。

（1）配置粉料：準確稱取各組分原料，并經(jīng)球磨后，過70目篩，制成粉料。

（2）混合：將粉料放入剛玉罐中濕混2h，制成漿料。

（3）烘干：將漿料采用旋轉蒸發(fā)器烘干，制成混合料。

（4）加熱融化：將混合料放入坩堝中，以20℃/min的升溫速率升溫至900℃，保溫30min，然后以15℃/min的升溫速率升溫至1500℃，保溫2h，直至玻璃熔體組分分布均勻且氣泡完全逸出，制得玻璃溶液。

（5）注入模具：將玻璃溶液倒入模具內(nèi)，并將模具迅速放入電熱爐內(nèi)，在500℃溫度下退火1h，以消除基礎玻璃的內(nèi)應力，獲得無色、透明、無氣泡的基礎玻璃。

（6）形核及晶化：將基礎玻璃放入電熱爐內(nèi)，在580℃溫度下形核處理3h，再將電熱爐升溫至850℃晶化處理2.5h，獲得微晶玻璃。

實施例3：

本方法實施例3的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 70%、Li2O 20%、Al2O3 1.3%、P2O5 2%、ZrO2 2%、K2O 1.5%、SnO2 1.2%、Y2O3 0.8%、Sc2O3 1.2%。

本方法實施例3的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟。

（1）配置粉料：準確稱取各組分原料，并經(jīng)球磨后，過70目篩，制成粉料。

（2）混合：將粉料放入剛玉罐中濕混1.5h，制成漿料。

（3）烘干：將漿料采用旋轉蒸發(fā)器烘干，制成混合料。

（4）加熱融化：將混合料放入坩堝中，以18℃/min的升溫速率升溫至880℃，保溫25 min，然后以13℃/min的升溫速率升溫至1 480℃，保溫1.5 h，直至玻璃熔體組分分布均勻且氣泡完全逸出，制得玻璃溶液。

（5）注入模具：將玻璃溶液倒入模具內(nèi)，并將模具迅速放入電熱爐內(nèi)，在530℃溫度下退火0.5 h，以消除基礎玻璃的內(nèi)應力，獲得無色、透明、無氣泡的基礎玻璃。

（6）形核及晶化：將基礎玻璃放入電熱爐內(nèi)，在560℃溫度下形核處理2h，再將電熱爐升溫至800℃晶化處理2h，獲得微晶玻璃。

實施例4：

本方法實施例4的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 68%、Li2O 20.3%、Al2O3 0.2%、P2O5 3.5%、ZrO2 3.8%、K2O 1.3%、SnO2 0.6%、Y2O3 1.2%、Sc2O3 1.1%。

本方法實施例4的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟。

（1）配置粉料：準確稱取各組分原料，并經(jīng)球磨后，過70目篩，制成粉料。

（2）混合：將粉料放入剛玉罐中濕混1.5h，制成漿料。

（3）烘干：將漿料采用旋轉蒸發(fā)器烘干，制成混合料。

（4）加熱融化：將混合料放入坩堝中，以15℃/min的升溫速率升溫至850℃，保溫30 min，然后以15℃/min的升溫速率升溫至1 520℃，保溫2 h，直至玻璃熔體組分分布均勻且氣泡完全逸出，制得玻璃溶液。

（5）注入模具：將玻璃溶液倒入模具內(nèi)，并將模具迅速放入電熱爐內(nèi)，在500℃溫度下退火1h，以消除基礎玻璃的內(nèi)應力，獲得無色、透明、無氣泡的基礎玻璃。

（6）形核及晶化：將基礎玻璃放入電熱爐內(nèi)，在600℃溫度下形核處理3h，再將電熱爐升溫至900℃晶化處理1h，獲得微晶玻璃。

實施例5：

本方法實施例5的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 65%、Li2O 15%、Al2O3 0.2%、P2O5 1%、ZrO2 0.8%、K2O 2.1%、SnO2 1.3%、Y2O3 1.5%、Sc2O3 1.4%。

本方法實施例5的適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟。

（1）配置粉料：準確稱取各組分原料，并經(jīng)球磨后，過70目篩，制成粉料。

（2）混合：將粉料放入剛玉罐中濕混1h，制成漿料。

（3）烘干：將漿料采用旋轉蒸發(fā)器烘干，制成混合料。

（4）加熱融化：將混合料放入坩堝中，以20℃/min的升溫速率升溫至850℃，保溫30min，然后以10℃/min的升溫速率升溫至1450℃，保溫2h，直至玻璃熔體組分分布均勻且氣泡完全逸出，制得玻璃溶液。

（5）注入模具：將玻璃溶液倒入模具內(nèi)，并將模具迅速放入電熱爐內(nèi)，在520℃溫度下退火1h，以消除基礎玻璃的內(nèi)應力，獲得無色、透明、無氣泡的基礎玻璃。endprint

（6）形核及晶化：將基礎玻璃放入電熱爐內(nèi)，在560℃溫度下形核處理2h，再將電熱爐升溫至780℃晶化處理2h，獲得微晶玻璃。

對比例1：

一種適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 71.2%、Li2O 20%、Al2O3 1.3%、P2O5 2%、ZrO2 2%、K2O 1.5%、Y2O3 0.8%、Sc2O3 1.2%。

所述適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟。

（1）配置粉料：準確稱取各組分原料，并經(jīng)球磨后，過70目篩，制成粉料。

（2）混合：將粉料放入剛玉罐中濕混1.5h，制成漿料。

（3）烘干：將漿料采用旋轉蒸發(fā)器烘干，制成混合料。

（4）加熱融化：將混合料放入坩堝中，以18℃/min的升溫速率升溫至880℃，保溫25 min，然后以13℃/min的升溫速率升溫至1 480℃，保溫1.5 h，直至玻璃熔體組分分布均勻且氣泡完全逸出，制得玻璃溶液。

（5）注入模具：將玻璃溶液倒入模具內(nèi)，并將模具迅速放入電熱爐內(nèi)，在530℃溫度下退火0.5 h，以消除基礎玻璃的內(nèi)應力，獲得無色、透明、無氣泡的基礎玻璃。

（6）形核及晶化：將基礎玻璃放入電熱爐內(nèi)，在560℃溫度下形核處理2h，再將電熱爐升溫至800℃晶化處理2h，獲得微晶玻璃。

對比例2：

一種適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃，按照重量百分比的原料成分配比如下： SiO2 72%、Li2O 20%、Al2O3 1.3%、P2O5 2%、K2O 1.5%、SnO2 1.2%、Y2O3 0.8%、Sc2O3 1.2%。

所述適用于汽車工業(yè)的微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟。

（1）配置粉料：準確稱取各組分原料，并經(jīng)球磨后，過70目篩，制成粉料。

（2）混合：將粉料放入剛玉罐中濕混1.5h，制成漿料。

（3）烘干：將漿料采用旋轉蒸發(fā)器烘干，制成混合料。

（4）加熱融化：將混合料放入坩堝中，以18℃/min的升溫速率升溫至880℃，保溫25min，然后以13℃/min的升溫速率升溫至1480℃，保溫1.5h，直至玻璃熔體組分分布均勻且氣泡完全逸出，制得玻璃溶液。

（5）注入模具：將玻璃溶液倒入模具內(nèi)，并將模具迅速放入電熱爐內(nèi)，在530℃溫度下退火0.5h，以消除基礎玻璃的內(nèi)應力，獲得無色、透明、無氣泡的基礎玻璃。

（6）形核及晶化：將基礎玻璃放入電熱爐內(nèi)，在560℃溫度下形核處理2 h，再將電熱爐升溫至800℃晶化處理2 h，獲得微晶玻璃。

對比例1與實施例3采用相同的制備工藝，唯一的區(qū)別在于實施例3的組分中包括SnO2，對比例1中不含SnO2。對比例2與實施例3采用相同的制備工藝，唯一的區(qū)別在于實施例3的組分中包括ZrO2，對比例1中不含ZrO2。

對實施例1～5及對比例1～2進行力學性能測試，測試結果如表1所示。

根據(jù)表1可以看出，當微晶玻璃的原料組分中同時包含SnO2和ZrO2時，對微晶玻璃的力學強度具有明顯的增強效果。

參考文獻

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