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CN1180672A - 一种微晶玻璃的配方及其制造工艺 - Google Patents

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CN1180672A
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CN 97121931
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Inventor
梁开明
蒋洋
顾守仁
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Tsinghua University
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Tsinghua University
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/16—Halogen containing crystalline phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0036—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents
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Abstract

一种微晶玻璃的配方及其制造工艺,属于建筑材料领域。本微晶玻璃的配方可分为两类,第一类矿渣类:所用原料为:矿渣,石英砂,长石,石灰石,萤石,白云石,滑石。第二类泥沙类:所用原料为泥沙,石英砂,长石,纯碱,石灰石,白云石,重晶石,萤石。其制造工艺有整体晶化法和烧结晶化法两种。本发明的微晶玻璃具有结晶率高、不易变形、不开裂、表面气孔少、强度高的特性。

Description

一种微晶玻璃的配方及其制造工艺
本发明涉及有关制造一类以高致密度，低气孔率及不易开裂为特点的复相微晶玻璃装饰材料，属于建筑材料领域。
在微晶玻璃材料生产中，制得的烧结型微晶玻璃板材中往往含有或多或少的气孔，降低了成品的强度等性能；在磨平抛光后其表面的气孔将会严重影响其外观及装饰效果，并降低了材料的成品率。如何降低微晶玻璃产品的气孔率，提高其致密度实际上已成为烧结型微晶玻璃生产中面临的主要难题之一，另一方面，对整体晶化法生产的微晶玻璃，往往为了达到让玻璃母体析晶的目的而加入大量的网络调整及修饰体离子和大量晶核剂，造成玻璃网络结构疏松，料性变短，从而在晶化过程中不易控制，时常会因晶化过快应力不均导致开裂。
本发明的目的是提供一种微晶玻璃的配方，使微晶玻璃在生产过程中玻璃不易开裂，且降低玻璃的气孔率。
本发明的目的是通过调整玻璃的成分配方来实现的。本发明微晶玻璃的配方是使制造微晶玻璃的玻璃母体至少有二个析晶峰(Tc1，Tc2)且二个析晶峰之间及其与玻璃转变温度(Tg)之间的温度间隔都较大。
具体地说，本发明的微晶玻璃配方有两类：
第一类矿渣类：其组分为(重量％)：
SiO2 44～60，  Al2O3 3～10，    CaO  10～21
MgO 3～7，     ZnO 0.5～3.0，     R2O(Na2O+K2O)3～7
FeO+Fe2O3  0.1～24.0            S 0.2～1.5
B2O3 0～8，    还原剂炭：0～1，    F2  1～3
Cr2O3 0～1.5   Sb2O3  0～1
其中RO(CaO+MgO+ZnO+FeO)应占25～38％。
其中加入的Cr2O3或ZnS作为着色剂和晶核剂。
所用原料为：矿渣，石英砂，长石，石灰石，萤石，白云石，滑石。
第二类泥沙类：其组分为(重量％)
SiO2 44～65    Al2O3 4～11  CaO  10～20
MgO 0～4       ZnO 0～2.5     B2O3 0～6
R2O(Na2O+K2O)  10～18  FeO+Fe2O3  0.1～2.0
可按色泽要求加入一定量的ZnS或TiO2为着色剂和晶核剂。所用原料为泥沙，石英砂，长石，纯碱，石灰石，白云石，重晶石，萤石。
用本发明微晶玻璃配方生产微晶玻璃的工艺过程，按整体晶化或烧结晶化分别为：
1、整体晶化法
按上述配方的原料，经熔化、压延、压型或铸型技术制成玻璃板，继而于550～620℃退火，再逐渐冷却到室温。
将得到的玻璃板以150～350℃/小时的速率升到TC1附近保温0.5～1小时  (不排除先在玻璃软化点附近保温一段时间)，而后以不大于300℃/小时的速率升到高于Tc250～200℃保温1.5小时左右，而后降温冷却，即得到微晶玻璃板材。
2、烧结晶化法：
将按上述配方制得的玻璃熔体流入水中，水淬成为碎渣状，取粒度1～15mm的玻璃碎渣放入并储集在有理想形状的模子里，以不高于400℃/小时的速率升至略低于TC1附近保温0.5～1小时，(不排除先在玻璃软化点附近保温一段时间)，而后以不高于300℃/小时的速率升至1000℃～1120℃之间的温度保温约为1.5小时，使玻璃料软化和变形并彼此熔融结合成一整体，同时，晶体从玻璃渣表面析出，从而得到结晶玻璃。
按照本发明方法设计的原料配方，由于得到的玻璃含有至少二个析晶峰，而且析晶峰之间和玻璃转变温度Tg之间的间隔较大，从而在我们对其进行晶化处理时，在Tc1附近保温后，由于适当的晶核剂的作用，在玻璃板内将出现第一种晶相的成核及析出，继续升温后，玻璃内部在第一种晶相之界面上生长出第二、第三种晶体，构成复相结构。由于避免在玻璃内部同时生成大量晶体，玻璃在晶化热处理过程各阶段中均有一驰豫过程，且生成的晶相构成了相匹配的复相结构，因此得到的微晶玻璃板具有结晶率高，不易变形，不开裂，强度高的特性。
在烧结晶化的情况下，玻璃渣内在TC1附近处理时形成了一部分晶相1，但由于是内部均匀成核生长，同时所占比例较小，故保持渣料内大部分仍为玻璃，在以后的升温烧结时仍能够流动，从而在烧结过程中，颗粒之间能够通过流动传质而彼此熔合，清除颗粒之间的气孔，而避免了烧结型微晶玻璃往往由于其首先表面析晶面引起的颗粒过早固化，烧结困难，气孔不易排除的问题。同时，先期形成的晶胚上生长出的晶相与表面上生长出的晶相在烧结析晶过程中形成了结合紧密的复相结构，达到了结晶率高，气孔少，外观美观的烧结型微晶玻璃。
实施例1：
将以下成分的混合物在1450℃下熔融100min以制备熔融玻璃：
   铅锌矿渣    石英砂    长石    萤石    C2O3 CuO    方解石重量％   56          20       10       6      ≤1    1       6
将制得的玻璃在600℃退火。将其进行阶段热处理，第一阶段保温温度为780℃，保温半小时，此时玻璃中析出一定量的铬铁矿和普通辉石晶相。升温至1040℃并保温1小时，再降温退火冷却至室温后，得到主晶相为辉石和硅灰石的微晶玻璃板。在电镜下可观察到在第二阶段保温后硅灰石晶体和各种辉石相交错的复相结构。经表面磨抛加工后，即呈现黝黑发亮的类似深黑大理石的美丽外观，可用作高级饰面材料。
实施例2：
将以下成分的混合物在1530℃熔融3小时以制备玻璃：
山东黄河泥沙     长石     方解石    Na2CO3重量％  66            10        16        8
在配合料中加入一定量的ZnS和TiO2作为晶核剂，将熔融玻璃水淬得到小玻璃料。将1～15mm的玻璃料储集在模箱中送入隧道窑中使之在800℃保持45min，然后又升温至1100℃保持1小时，再逐渐冷却到室温，磨平抛光后得到绿色晶花的表面几乎不存在气孔的结晶玻璃板。分析表明第一阶段析出的晶相为失透石和一小部分钙长石，第二阶段处理后，板中析出了大量硅灰石，也有一部分霞石。从表面析出的放射状和短柱状的硅灰石和霞石与先前析出的短柱状，针状失透石等部分晶相一起形成了高致密度的微晶复相材料。第一阶段玻璃中晶体析出的同时，由于其基本为内部均匀析晶，渣粒大部分仍保持为玻璃态，避免了第二阶段高温处理过程中流动性差，不易烧结消除气孔的困难，获得了致密度很高的微晶玻璃材料。

Claims (2)

1、一种微晶玻璃的配方，其特征是其组成分为：
第一类矿渣类：其组分为(重量％)：
SiO2 44～60，  Al2O3 3～10，    CaO                10～21
MgO 3～7，     ZnO 0.5～3.0，     R2O(Na2O+K2O)3～7
FeO+Fe2O3 0.1～24.0             S                  0.2～1.5
B2O3 0～8，    还原剂炭：0～1，    F2                1～3
Cr2O3 0～1.5   Sb2O3  0～1
其中RO(CaO+MgO+ZnO+FeO)应占25～38％，
第二类泥沙类：其组分为(重量％)
SiO2 44～65    Al2O3 4～11    CaO  10～20
MgO  0～4      ZnO   0～2.5   B2O3 0～6
R2O(Na2O+K2O)10～18  FeO+Fe2O3  0.1～2.0。
2、一种微晶玻璃的制造工艺，其特征为：
(1)整体晶化法
按上述配方的原料，经熔化、压延、压型或铸型技术制成玻璃板，继而于550～620℃退火，再逐渐冷却到室温；将得到的玻璃板以150～350℃/小时的速率升到TC1附近保温0.5～1小时，不排除先在玻璃软化点附近保温一段时间；而后以不大于300℃/小时的速率升到高于Tc250～200℃保温1.5小时左右；而后降温冷却，即得到微晶玻璃板材；
(2)烧结晶化法：
将按上述配方制得的玻璃熔体流入水中，水淬成为碎渣状，取粒度1～15mm的玻璃碎渣放入并储集在有理想形状的模子里，以不高于400℃/小时的速率升至略低于TC1附近保温0.5～1小时，不排除先在玻璃软化点附近保温一段时间，而后以不高于300℃/小时的速率升至1000℃～1120℃之间的温度保温约为1.5小时，使玻璃料软化和变形并彼此熔融结合成一整体。
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