用高矽鐵尾礦製造低膨脹微晶玻璃的方法

2023-06-14 22:42:06 1

專利名稱：用高矽鐵尾礦製造低膨脹微晶玻璃的方法
技術領域：
本發明涉及一種低膨脹微晶玻璃以及這種低膨脹微晶玻璃的製造方法。
背景技術：
自從人們1950年代後期發明微晶玻璃以來至今已經有半個多世紀了，國內外眾多研究機構和廠商在這方面進行了大量的開發與研究工作。到目前為止微晶玻璃已經形成了一種特別門類的材料，其品種繁多，性能各異，具有十分廣泛的用途。 微晶玻璃是通過控制玻璃的結晶而得到的一種多晶材料。低膨脹微晶玻璃主要是指Li20-A1203-Si02系統微晶玻璃。由於它同時具備了抗溫度衝擊，高頻絕緣，高機械強度，高化學穩定性這四個方面的優良性能，所以能夠廣泛應用於天文望遠鏡、高溫電光源玻璃、實驗室用加熱器具、高溫熱交換器、代石英玻璃、高溫窗、炊具、餐具等領域，目前已成為微晶玻璃乃至材料科學中的一個重要分支。具有適當組成的Li203-A1203-Si02系統玻璃經過受控晶化熱處理後可析出大量低膨脹甚至負膨脹的e-石英固溶體微小晶相。這使得此類製品具有良好的抗熱震、耐高溫、耐腐蝕及高機械強度等性能。 目前生產低膨脹微晶玻璃所使用的原料除了石英砂以外基本上都是化工原料。用常規原料製造低膨脹微晶玻璃的一般方法是玻璃配合料的成分為(重量％):石英砂60 65，氧化鋁20 24，碳酸鋰9. 5 9. 9，氧化鎂0 1， 二氧化鈦2 4， 二氧化鋯2 4，氧化鋅1 2，碳酸鈉0. 5 0. 7，碳酸鉀0. 6 0. 8，碳酸鋇1. 5 3. 2，玻璃熔化溫度1620 165(TC，熱處理制度與尾礦微晶玻璃相同。 現有的玻璃配合料的缺點是原料成本高；玻璃熔化溫度高， 一般在1600_165(TC之間，這勢必增加燃料消耗，還加劇了玻璃液對窯爐耐火材料的侵蝕；化工原料與礦物原料相比較，在氧化物組成及熔化溫度相同的條件下，玻璃配合料中的化工原料越多則對熔爐耐火材料的侵蝕越重。

發明內容
本發明提供一種用高矽鐵尾礦製造低膨脹微晶玻璃的方法，要解決現有的微晶玻
璃製造方法不能用鐵尾礦、原料成本高以及熔化溫度高的問題。 本發明所帶來的積極效果是 1.鐵尾礦是一種礦山廢棄物，它侵佔耕地、汙染環境甚至有可能造成潰壩等危及生命財產的災害性事故。將它作為工業原料加以利用可以減少其堆存量，減輕尾礦對環境的危害。 2.因為鐵尾礦是一種礦山廢棄物，所以它除了運輸費用以外其它成本基本為零。將其用在玻璃配合料中可以代替部分石英砂、氧化鋁、氧化鎂、純鹼、碳酸鉀等常規原料，能夠降低玻璃配合料成本20%以上。 3.引入鐵尾礦後，減少了純鹼、碳酸鉀等化工原料的用量，而這些原料都對耐火材料具有很強的侵蝕作用。因此在氧化物組成及熔化溫度不變的條件下，可以減輕玻璃液對
4熔爐耐火材料的侵蝕。 4.用鐵尾礦代替部分化工原料後，Si02、 A1203這兩種難熔組分中有一部分已經 成為化合物，因此還可以降低玻璃的熔化溫度，同時提高玻璃的熔制速度，從而提高了熔窯 效率，降低了能耗。在上述3、5兩項因素的共同作用下，玻璃的熔化溫度能夠從165(TC降低 至1550°C。 總之，本發明帶來的好處是減少環境汙染、降低生產成本。 本發明用三點彎曲法測定材料的抗彎強度為140(MPa)，採用熱膨脹儀測試本發明
的熱膨脹係數僅為2X10-7/°C。 本發明進行X射線衍射分析結果如下
編號鋁矽酸鋰鋰輝石尖晶橄欖石平均晶粒大小
1》95%30mm
290%腦45mm
具體實施例方式實施例1 : 通過稱量、混合製成玻璃配合料，其組成按重量百分比為鐵尾礦30、石英45、氧 化鋁17、碳酸鋰9. 6、氧化鋅1. 0、碳酸鋇2. 0、硼酸0. 8、氧化鈦2. 0、氧化鋯2. 0。
將上述玻璃在1600°C的溫度下熔化4小時；將熔化好的玻璃液澆注成直徑100毫 米，厚度5毫米的圓片，立即送入窯爐中進行退火，溫度為6S(TC，時間為1小時；完成退火 後直接升溫進行核化和晶化，核化溫度為700°C，時間1. 5小時，晶化溫度為S1(TC，時間2 小時；晶化結束後以5°C /小時的速度降溫至室溫即可得到結晶均勻、晶粒尺寸小於50納 米的成品。產品的膨脹係數為5X10-7廣C，抗彎強度100Mpa，產品色澤為透明深棕色。
實施例2: 通過稱量、混合製成玻璃配合料，其組成按重量百分比為鐵尾礦35、石英40、氧 化鋁18、碳酸鋰7. 6、氧化鋅1. 0、碳酸鋇2. 0、硼酸0. 8、氧化鈦4. 0、氧化銻1. 0。
將上述玻璃在1580°C的溫度下熔化4小時；將熔化好的玻璃液澆注成直徑100毫 米，厚度5毫米的圓片，立即送入窯爐中進行退火，溫度為670°C，時間為1小時；完成退火 後直接升溫進行核化和晶化，核化溫度為700°C，時間1. 5小時，晶化溫度為950°C，時間2 小時；晶化結束後以5°C /小時的速度降溫至室溫即可得到結晶均勻、晶粒尺寸小於1000 納米的成品。產品的膨脹係數為12X10-7廣C，抗彎強度140Mpa，產品色澤為不透明淺棕 色。
實施例3 : 通過稱量、混合製成玻璃配合料，其組成按重量百分比為鐵尾礦35、石英40、氧 化鋁18、碳酸鋰9. 6、碳酸鋇2. 0、氧化鈦2. 0、氧化鋯2. 0。 將上述玻璃在1560°C的溫度下熔化4小時；將熔化好的玻璃液澆注成直徑100毫 米，厚度5毫米的圓片，立即送入窯爐中進行退火，溫度為620°C，時間為1小時；完成退火
5後直接升溫進行核化和晶化，核化溫度為680°C，時間1. 5小時，晶化溫度為780°C，時間2 小時；晶化結束後以5°C /小時的速度降溫至室溫即可得到結晶均勻、晶粒尺寸小於50納 米的成品。產品的膨脹係數為8X10-7廣C，抗彎強度100Mpa，產品色澤為透明深棕色。
實施例4 : 通過稱量、混合製成玻璃配合料，其組成按重量百分比為鐵尾礦32、石英45、氧 化鋁16、碳酸鋰6、氧化鋅0. 5、碳酸鋇1. 6、硼酸0. 8、氧化鈦3. 0、氧化鋯1. 0、氧化銻0. 5。
將上述玻璃在1560°C的溫度下熔化4小時；將熔化好的玻璃液澆注成直徑100毫 米，厚度5毫米的圓片，立即送入窯爐中進行退火，溫度為620°C，時間為1小時；完成退火 後直接升溫進行核化和晶化，核化溫度為700°C，時間1. 5小時，晶化溫度為920°C，時間2 小時；晶化結束後以5°C /小時的速度降溫至室溫即可得到結晶均勻、晶粒尺寸小於1000 納米的成品。產品的膨脹係數為15X10-7廣C，抗彎強度140Mpa，產品色澤為不透明淺棕 色。
權利要求
一種低膨脹微晶玻璃，其特徵在於其配合比按重量百分比的組合為鐵尾礦30～35石英 40～45氧化鋁16～18碳酸鋰5～10氧化鋅0.2～2碳酸鋇0.1～2硼酸 0.1～1氧化鋅、碳酸鋇、硼酸、這3種組分的合量在1～4之間氧化鈦1～4氧化鋯1～4氧化鈦與氧化鋯的合量在3～5之間。
2.根據權利要求1所述的低膨脹微晶玻璃，其特徵在於其配合比按重量百分比的組合為鐵尾礦30 - 35石英40 - 45氧化鋁16 —- 18碳酸鋰5 10氧化鋅0. 2 2碳酸鋇0. 1 2硼酸0. 1 1氧化鋅、碳酸鋇、硼酸、這3種組分的合量在1 4之間氧化鈦 1 4氧化鋯 1 4氧化鈦與氧化鋯的合量在3 5之間氧化銻 《1。
3.根據權利要求1所述的低膨脹微晶玻璃，其特徵在於其配合比按重量百分比的組合為鐵尾礦30 - 35石英40 - 45氧化鋁16 ' 18碳酸鋰6 '9. 6碳酸鋇1 '2氧化鈦2 '4。
4.根據權利要求1所述的低膨脹微晶玻璃，其特徵在於該玻璃配合料按重量百分比配比為鐵尾礦30 ~- 35氧化鋁16 -18石英40 -- 45
5 寸造低膨脹微晶玻璃的方法，其特徵在於步驟如下步驟l，將玻璃配合料在1550 162(TC的溫度下在窯爐中熔化4小時；步驟2，將熔化好的玻璃液成型；步驟3，成型後立即送入窯爐中進行退火，溫度為600-69(TC，退火時間為1-2小時；步驟4，核化和晶化處理，核化溫度為650-750 °C ，時間1-2小時，晶化溫度為750-100(TC，時間1-2小時；步驟5，晶化結束後降溫至室溫。
6. 根據權利要求5所述的製造低膨脹微晶玻璃的方法，其特徵在於上述步驟1中玻璃配合料熔化所用的窯爐為坩堝窯或池窯。
7. 根據權利要求5所述的製造低膨脹微晶玻璃的方法，其特徵在於上述步驟2中將熔化好的玻璃通過澆注、壓制或壓延的方法成型。
8. 根據權利要求5所述的製造低膨脹微晶玻璃的方法，其特徵在於上述步驟3中退火所用的窯爐為室式窯爐或連續式窯爐。鋰鋇鈦鋅 鋯銻酔酔化化酸化化碳碳氧氧硼氧氧
全文摘要
一種低膨脹微晶玻璃，其特徵在於配合比按重量百分比的組合為鐵尾礦30～35；石英40～45；氧化鋁16～18；碳酸鋰5～10；氧化鋅0.2～2；碳酸鋇0.1～2；硼酸0.1～1；氧化鋅、碳酸鋇、硼酸、這3種組分的合量在1～4之間；氧化鈦1～4；氧化鋯1～4；氧化鈦與氧化鋯的合量在3～5之間。本發明解決了利用廢棄物製造低膨脹微晶玻璃的問題，具有減少環境汙染、提高產品性能、降低生產成本的特點。
文檔編號C03C10/14GK101786796SQ200910001000
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月24日 優先權日2009年1月24日
發明者黃西江 申請人:北京清邁信息材料有限公司