一種耐火填料顆粒及其製備方法
2023-09-13 01:11:55
一種耐火填料顆粒及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及玻璃封接領域，尤其是一種耐火填料顆粒及其製備方法。所述耐火填料顆粒的製備方法，包括如下步驟，第一步：將晶體材料或玻璃進行研磨成顆粒狀物體；第二步：將第一步得到的顆粒狀物體，在1600～2000℃高溫條件下，反應10～20秒；在原料為玻璃時，高溫反應產物冷卻後即為耐火填料顆粒；在原料為晶體材料時，將高溫反應產物進行析晶處理，即形成耐火填料顆粒。本發明所公開的一種耐火填料顆粒的製備方法製造過程簡捷易行，可以實現連續化的大規模工業化生產。
【專利說明】一種耐火填料顆粒及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及玻璃封接領域，尤其是一種耐火填料顆粒及其製備方法。
【背景技術】
[0002]由於封接溫度低的玻璃體系通常具有較大的熱膨脹係數，如=PbO-ZnO-B2O3系玻璃、Bi2O3-ZnO-B2O3系玻璃和P2O5-SnO-ZnO系玻璃等，其熱膨脹係數一般均大於110(X10-7/°C )。為了實現與被封接材料的匹配封接，需要將封接材料的膨脹係數調整到與被封接材料接近的水平，一般兩者的膨脹係數差不大於5%才能獲得良好的封接效果。通常的做法是，需在玻璃粉中加入較低膨脹係數的耐火填料顆粒，從而達到膨脹係數匹配的目的。
[0003]然而，現有的耐火填料顆粒在低溫封接過程中，容易與玻璃封接材料發生反應，從而導致封接失敗。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明提供一種耐火填料顆粒及其製備方法，主要目的在於，製備一種類球形狀且表面光滑的耐火填料顆粒。
[0005]為了達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案:
[0006]一方面，本發明的實施例提供一種耐火填料顆粒及其製備方法，包括如下步驟，
[0007]第一步:將晶體材料或玻璃進行研磨成顆粒狀物體；
[0008]第二步:將第一步得到的顆粒狀物體，在1200?2000°C高溫條件下，反應10?20秒；在原料為玻璃時，高溫反應產物冷卻後即為耐火填料顆粒；在原料為晶體材料時，將高溫反應產物進行析晶處理，即形成耐火填料顆粒。
[0009]前述的耐火填料顆粒及其製備方法，通過第一步中得到的顆粒狀物體細度小於200 目。
[0010]前述的耐火填料顆粒及其製備方法，採用火焰噴吹法、電弧法或隔離劑法來提供1200?2000°C高溫條件。
[0011]前述的耐火填料顆粒及其製備方法，採用馬弗爐進行析晶處理，所述析晶處理包括晶核形成過程和晶體析出過程。
[0012]前述的耐火填料顆粒及其製備方法，所述晶核形成過程的反應溫度為600?850°C，反應時間為2小時；
[0013]前述的耐火填料顆粒及其製備方法，所述晶體形成過程的反應溫度為800?1300°C，反應時間為4小時。
[0014]前述的耐火填料顆粒及其製備方法，所述晶體材料為堇青石、鋯英石、β -鋰輝石、 鋰霞石、鈦酸鉛；
[0015]前述的耐火填料顆粒及其製備方法，所述玻璃為鈉鈣矽玻璃、硼矽玻璃或石英玻
3? ο
[0016]另一方面，本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
[0017]通過本發明的實施例提供的一種耐火填料顆粒，所述耐火填料顆粒由上述的耐火填料顆粒的製備方法進行製備的。
[0018]通過本發明的實施例提供的一種耐火填料顆粒，所述耐火填料顆粒的比表面為20 ?50m2/kg ；
[0019]通過本發明的實施例提供的一種耐火填料顆粒，所述耐火填料顆粒粒度小於75 μ m0
[0020]前述的耐火填料顆粒，所述耐火填料顆粒的膨脹係數為-120?+95 (X 10-7/°C )。
[0021]另一方面，本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
[0022]通過本發明的實施例提供的一種封接材料，所述封接材料包括玻璃粉和上述的耐火填料顆粒。
[0023]藉由上述技術方案，本發明提出的一種耐火填料顆粒及其製備方法至少具有下列優點:
[0024]I)本發明的實施例所製備的一種耐火填料顆粒的製備方法，製造過程簡捷易行，可以實現連續化的大規模工業化生產。
[0025]2)本發明的實施例所製備的一種耐火填料顆粒，具有比表面積小、與玻璃基體的反應活性低的特點，且耐火填料顆粒的膨脹係數可根據需要進行調整等特點。
[0026]3)本發明的實施例通過添加所述耐火填料顆粒，對玻璃封接材料流動性的影響降低到最低限度，進而達到匹配封接之目的。所述玻璃封接材料的粘度較低，容易實現封接。
[0027]4)本發明的實施例，在玻璃粉中加入耐火填料顆粒還具有提高玻璃的強度、改善玻璃封接材料的力學性能；降低玻璃封接的收縮率、提高成品的尺寸穩定性等優點。
[0028]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明的實施例提供的一種耐火填料顆粒及其製備方法的流程圖；
[0030]圖2是本發明的實施例提供的一種耐火填料顆粒的掃描電鏡圖片。
【具體實施方式】
[0031]為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的一種耐火填料顆粒及其製備方法的【具體實施方式】、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。在下述說明中，不同的「一實施例」或「實施例」指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特徵、結構、或特點可由任何合適形式組合。
[0032]本發明的一實施例公開了一種耐火填料顆粒的製備方法，包括如下步驟，
[0033]第一步:將晶體材料或玻璃進行研磨成顆粒狀物體；
[0034]第二步:將第一步得到的顆粒狀物體，在1200?2000°C高溫條件下，反應10?20秒；在原料為玻璃時，高溫反應產物冷卻後即為耐火填料顆粒；在原料為晶體材料時，將高溫反應產物進行析晶處理，即形成耐火填料顆粒。
[0035]所述耐火填料顆粒的製備方法的工藝流程圖請參照圖1。所述耐火填料顆粒的製備方法製造過程簡捷易行，可以實現連續化的大規模工業化生產。
[0036]具有特定熱膨脹係數的耐火填料顆粒，是製造封接材料的關鍵基礎材料之一。由於現有的耐火填料顆粒在製備過程中，僅通過研磨過程以製備較小的顆粒。為將耐火填料製成細小的顆粒粉末，需在製備過程中反覆地進行機械破碎和研磨，在耐火填料表面不斷形成新鮮斷面，這種不規則的、粗糙的顆粒表面，存在無數臺階、裂縫和凹凸不平的峰谷，致使耐火填料顆粒的比表面積增大(約250?300m2/kg)，表面能增高，導致耐火填料顆粒的反應活性增大，極易與玻璃封接材料發生反應，在耐火填料顆粒與玻璃封接材料之間形成熔解和擴散層，改變了耐火填料顆粒的特性，減弱了耐火填料顆粒對膨脹係數調整的作用，無法實現膨脹係數匹配；同時，改變了封接材料的組成，增加了封接材料的粘度，對封接材料的流動阻礙極大，最終導致封接失敗。
[0037]由於，結構緊密的晶體，膨脹係數較大；而類似於無定形的玻璃，往往有較小的膨脹係數。所以，所述顆粒進行析晶處理後，膨脹係數較低。通過析晶處理能夠，實現所述耐火填料顆粒具有較低的膨脹係數。
[0038]通過本發明所提供的耐火填料顆粒的製備方法，通過第二部反應能夠製備出的所述耐火填料顆粒表面光滑的顆粒，且所述耐火填料顆粒的比表面積較小，表面能增低，也就是所述耐火填料顆粒的反應活性增小，不易與玻璃粉發生反應，也就是能夠實現通過所述耐火填料顆粒進行調配所述封接材料的膨脹係數，從而實現所述封接材料與被封接材料之間的膨脹係數的匹配，從而，能夠實現將被封接材料的成功封接。
[0039]通過將所述晶體材料或玻璃研磨成顆粒狀物體，不僅能夠充分反應，又能促進顆粒的形成。
[0040]在對所述晶體材料或玻璃進行研磨前，有必要時，可以先對大塊的所述晶體材料或玻璃進行破碎。
[0041]在對所述晶體材料或玻璃進行研磨後,對所述晶體材料或玻璃的顆粒狀物體進行過篩後，在進行第二步反應。
[0042]所述晶體材料為堇青石、鋯英石、β -鋰輝石、β -鋰霞石、鈦酸鉛等；所述玻璃為鈉鈣矽玻璃、硼矽玻璃或石英玻璃。
[0043]所述耐火填料顆粒的形狀接近球形。由於在同樣體積的顆粒中，球形的表面積最小，並且通過析晶反應，使耐火填料顆粒析出所需要的晶體，其膨脹係數降低以滿足需求。通過上述步驟獲得的耐火填料顆粒表面十分光滑，沒有裂紋和凸凹不平的現象，所以，所述耐火填料顆粒的比表面積相對較小。由於所述耐火填料顆粒的比表面積較小，即所述耐火顆粒反應接觸面較小，也就是所述耐火顆粒的反應活性低；同時其膨脹係數也滿足需求。所述耐火填料顆粒具有能調整膨脹係數又不影響流動性的良好效果。
[0044]較佳的，本發明的另一實施例提出一種耐火填料顆粒的製備方法，與上述實施例相比，通過第一步中得到的顆粒狀物體細度小於200目。從而，能夠使所述顆粒狀物體的細度滿足第二步的反應。並且第二步反應中顆粒也比較小。
[0045]較佳的，本發明的另一實施例提出一種耐火填料顆粒的製備方法，與上述實施例相比，在第二步中，採用火焰噴吹法，以使所述顆粒狀物體在1200?2000°C條件下融化。
[0046]可選擇地，還可以採用電弧法或隔離劑法使所述顆粒狀物體融化。
[0047]較佳的，本發明的另一實施例提出一種耐火填料顆粒的製備方法，與上述實施例相比，採用馬弗爐進行析晶處理，所述析晶處理包括晶核形成過程和晶體析出過程。
[0048]較佳的，本發明的另一實施例提出一種耐火填料顆粒的製備方法，與上述實施例相比，所述晶核形成過程的反應溫度為600?850°C，反應時間為2小時；
[0049]較佳的，本發明的另一實施例提出一種耐火填料顆粒的製備方法，與上述實施例相比，所述晶體形成過程的反應溫度為800?1300°C，反應時間為4小時。
[0050]所述晶核形成過程中具體溫度，根據不同的反應物質形成晶核的溫度進行設定。所述晶體形成過程中具體溫度，根據不同反應物質形成晶體的溫度進行設定。
[0051]較佳的，本發明的另一實施例提出一種耐火填料顆粒，與上述實施例相比，所述耐火填料顆粒由上述實施例中的耐火填料顆粒的製備方法進行製備的。
[0052]所述耐火填料顆粒為類球形狀且表面光滑，沒有裂紋和凸凹不平的現象；由於對所述晶體材料或玻璃進行處理的方法為研磨，具體實施時，還要進行過篩，優選地，控制所述顆粒狀物體細度小於200目，從而能夠使生成的耐火填料顆粒粒度小於75 μ m。
[0053]較佳的，本發明的另一實施例提出一種耐火填料顆粒，與上述實施例相比，所述耐火填料顆粒的膨脹係數為8?15 (X 10-7/°C )。
[0054]較佳的，本發明的另一實施例提出一種玻璃封接材料，與上述實施例相比，包括玻璃粉和上述實施例中的耐火填料顆粒。也就是說，本實施例中所述的玻璃封接材料為玻璃粉和耐火填料顆粒的混合物。
[0055]一般情況下，所述玻璃粉的膨脹係數較大；所述填料顆粒膨脹係數較小，表面能增低，反應活性小。在進行低溫封接玻璃時，一般需要在封接材料中加入具有低膨脹係數的耐火填料顆粒，以調整玻璃封接材料的膨脹係數。也就是，通過耐火填料顆粒與玻璃粉混合製成複合型封接材料，可有效地調整封接料的膨脹係數，並且對封接材料的流動性的影響小，進而達到匹配封接之目的。也就是說，通過將所述玻璃粉和所述耐火填料顆粒進行混合，能夠調節所述玻璃封接材料的膨脹係數和反應活度。
[0056]具體比例可以根據所述玻璃封接材料所需要的膨脹係數進行調節。假設，所述玻璃封接材料所需要的膨脹係數為A，所述玻璃粉的膨脹係數為al，所述玻璃粉的體積分數為Vl ;所述耐火填料顆粒的膨脹係數為a2，所述耐火填料顆粒的體積分數為v2。則:A =al*vl+a2*v2。根據此公式，可以配置根據需要任意膨脹係數的玻璃封接材料。
[0057]較佳的，本發明的另一實施例提出一種封接玻璃，包括玻璃基體，在所述玻璃基體中添加上述實施例中的所述耐火填料顆粒。通過添加所述耐火填料顆粒，對封接玻璃流動性的影響降低到最低限度，進而達到匹配封接之目的。所述玻璃封接材料的粘度較低，容易實現封接。
[0058]另外，在玻璃粉中加入耐火填料顆粒還具有提高玻璃的強度、改善封接玻璃的力學性能；降低玻璃封接的收縮率、提高成品的尺寸穩定性等優點。
[0059]較佳的，本發明的另一實施例提出一種玻璃封接方法，與上述實施例相比，在兩塊被封接玻璃之間放入封接材料進行封接；其中，所述封接材料為上述實施例中的玻璃封接材料。
[0060]本實施例中，根據所述被封接玻璃的膨脹係數的需要，計算出所需要玻璃粉和耐火填料顆粒的量。
[0061]下面以堇青石、β -鋰霞石和石英玻璃為例，對所述耐火填料顆粒的製備方法進行進一步說明。
[0062]實施例1
[0063]堇青石耐火填料顆粒的製備過程:
[0064]第一步:採用氣流磨將堇青石礦石進行破碎研磨，製成粒度小於38微米的顆粒料；
[0065]第二步:採用電弧法方法將第一步中所述的顆粒料在1800?2000°C溫度下駐留10?20秒，使第一步中所述的顆粒料發生表面熔融，並在表面張力作用下自然收縮形成類球形狀、表面光滑、無微裂紋的顆粒；然後，在馬弗爐中對第二步中所述的類球形狀、表面光滑顆粒料進行析晶處理，析晶處理過程為:在840°C保溫2小時，再在1250°C保溫4小時，得到堇青石晶體，冷卻至室溫即可。
[0066]得到的堇青石耐火填料顆粒，是一種膨脹係數為8?15 (X 10-7/°C )，粒度分布小於38微米，具有類球形、光滑表面的顆粒。
[0067]作為可以變換的實施方式，所述晶體材料為鈦酸鉛，也可以參照本實施例中，進行製備相應的耐火填料顆粒。
[0068]實施例2
[0069]β -鋰霞石耐火填料顆粒的製備過程:
[0070]第一步:按照β-鋰霞石(Li20.Al2O3.S12)化學式計算摩爾百分比，採用碳酸鋰、氧化鋁和石英砂進行配料，經混合均勻後，製成配合料；將上述配合料在160(TC保持4小時，熔化成玻璃液後，水淬冷卻後研磨8小時，過800目篩，製成粒度小於18微米的顆粒料；
[0071]第二步:採用火焰噴吹法將上述顆粒料在1200?1600°C溫度下駐留10?20秒，使上述顆粒料發生表面熔融，並在表面張力作用下自然收縮形成類球形狀、表面光滑無微裂紋的顆粒；然後，在馬弗爐中對上述類球形狀、表面光滑顆粒料進行析晶處理，析晶處理過程為:在750°C保溫2小時，再在950°C保溫4小時，得到β -鋰霞石晶體，冷卻至室溫即可。
[0072]得到的所述β -鋰霞石耐火填料顆粒是一種膨脹係數為-60?-80 (X 10-7/°C )，粒度小於18微米，具有類球形、光滑表面的顆粒。
[0073]本實施例中，根據第一步中是根據β -鋰霞石的物質組成，先進行製備β -鋰霞石玻璃。
[0074]具體實施時，其他微晶玻璃也可以根據其物質組成進行製備。
[0075]作為可以變換的實施方式，鈦酸鉛也可以通過人工進行製備，然後，在參照本發明提供的耐火填料顆粒的製備方法，進行製備鈦酸鉛耐火填料顆粒。
[0076]實施例3
[0077]石英玻璃耐火填料顆粒的製備過程:
[0078]第一步:採用石英玻璃為原料，經球磨8小時，製成粒度小於45微米顆粒料；
[0079]第二步:採用電弧法將上述所述顆粒料在1800?2000°C溫度下駐留10?20秒，使顆粒料發生表面熔融，並在表面張力作用下自然收縮形成類球形、表面光滑無微裂紋的石英玻璃耐火填料顆粒。
[0080]所述石英玻璃耐火填料顆粒是一種膨脹係數為5?6(X 10-7/°C )，粒度小於45微米，具有類球形、光滑表面的顆粒。所述石英玻璃耐火填料顆粒在玻璃封接材料基體中的微觀形貌照片見圖2。
[0081]作為可以變換的實施方式，所述玻璃為鈉鈣矽玻璃和硼矽玻璃時，也可以參照本實施例進行製備相應的耐火填料顆粒。
[0082]封接材料實例
[0083]一種膨脹係數為85(X10_7/°C )鉍鋅硼無鉛玻璃封接材料的製備方法，包括鉍鋅硼玻璃粉，在所述玻璃粉中添加上述實施例中的所述石英玻璃耐火填料顆粒。其中鉍鋅硼玻璃的膨脹係數為113(X 10-7/°C )，石英玻璃耐火填料顆粒的膨脹係數為6(X 10-7/°C )。根據公式A = al*vl+a2*v2計算,玻璃粉:耐火填料=100:11.8 (重量百分比)，按照該比例進行玻璃封接材料的配製，經充分混合即獲得膨脹係數為85(X10-7/°C )鉍鋅硼無鉛玻璃封接材料。
[0084]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種耐火填料顆粒的製備方法，其特徵在於包括如下步驟， 第一步:將晶體材料或玻璃進行研磨成顆粒狀物體； 第二步:將第一步得到的顆粒狀物體，在1200?2000°C高溫條件下，反應10?20秒；在原料為玻璃時，高溫反應產物冷卻後即為耐火填料顆粒；在原料為晶體材料時，將高溫反應產物進行析晶處理，即形成耐火填料顆粒。
2.根據權利要求1所述的耐火填料顆粒的製備方法，其特徵在於， 通過第一步中得到的顆粒狀物體細度小於200目。
3.根據權利要求1所述的耐火填料顆粒的製備方法，其特徵在於， 採用火焰噴吹法、電弧法或隔離劑法來提供1200?2000°C高溫條件。
4.根據權利要求1所述的耐火填料顆粒的製備方法，其特徵在於， 採用馬弗爐進行析晶處理，所述析晶處理包括晶核形成過程和晶體析出過程。
5.根據權利要求4所述的耐火填料顆粒的製備方法，其特徵在於， 所述晶核形成過程的反應溫度為600?850°C，反應時間為2小時； 所述晶體形成過程的反應溫度為800?1300°C，反應時間為4小時。
6.根據權利要求1所述的耐火填料顆粒的製備方法，其特徵在於， 所述晶體材料為堇青石、鋯英石、鋰輝石、鋰霞石、鈦酸鉛； 所述玻璃為鈉鈣矽玻璃、硼矽玻璃或石英玻璃。
7.一種耐火填料顆粒，其特徵在於， 所述耐火填料顆粒由權利要求1至6中任一項所述的耐火填料顆粒的製備方法進行製備的。
8.根據權利要求6所述的耐火填料顆粒，其特徵在於， 所述耐火填料顆粒的比表面為20?50m2/kg ； 所述耐火填料顆粒粒度小於75 μ m。
9.根據權利要求6所述的耐火填料顆粒，其特徵在於， 所述耐火填料顆粒的膨脹係數為-120?+95 (X 10-7/°C )。
10.一種玻璃封接材料，其特徵在於， 包括玻璃粉和權利要求7至9中任一項所述的耐火填料顆粒。
【文檔編號】C03C12/00GK104326678SQ201410549845
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】黃幼榕, 李要輝, 王晉珍 申請人:中國建築材料科學研究總院, 北京航玻新材料技術有限公司