利用廢玻璃燒結製備可加工氟雲母玻璃陶瓷技術的製作方法

2023-08-10 19:53:56

專利名稱：利用廢玻璃燒結製備可加工氟雲母玻璃陶瓷技術的製作方法
專利說明利用廢玻璃燒結製備可加工氟雲母玻璃陶瓷技術 本發明涉及一種利用廢玻璃燒結製備可加工氟雲母玻璃陶瓷技術，特別是以廢玻璃為原料，加入氟雲母粉，模壓成型後，通過燒結法來製備可加工玻璃陶瓷的生產技術，屬於工程陶瓷材料製造領域。可加工玻璃陶瓷是一種由氟雲母晶體和玻璃組成的複合材料，上世紀七十年代首先在美國問世。它即有陶瓷材料電絕緣、耐高溫、抗氧化、耐化學腐蝕、抗熱震等優點，又克服了陶瓷材料難加工的缺點，可以使用普通刀具通過車、銑、刨、鑽加工至精密尺寸，是一種極有發展潛力的新型的高技術精細陶瓷材料，在工業生產中有著廣泛的用途。目前國際上僅有美國、日本能夠批量生產，我國也有少量生產。生產工藝主要為熔融法，工藝流程為配料→熔化→澆鑄成型→二步熱處理析晶。美國康寧公司的著名品牌Macor可加工玻璃陶瓷就是使用該工藝生產的。其原料組成為SiO2-MgO-Al2O3-K2O-B2O3-F，在1500℃熔化，澆鑄成型冷卻後，分別在800℃-1100℃熱處理，使氟金雲母從玻璃中析出。近年來又發展了燒結法，工藝流程為配料→熔化→水淬→粉碎→模壓成型→燒結析晶。如美國專利US5061308(Method of manufacturingreadily machinable high strength glass ceramics)報導，將配料1(11～11.5％K2O，23.5～24.8％Mgo、55～56.8％SiO2、8.4～12.6％F、0.86～0.99％ZrO2)和配料2(5～46％K2O、9.5～11％MgO、46～48％SiO2、21～23％CaO、0.2～0.5％CaF2、5～6.5％MgF、8～8.5％P2O5)分別1400℃～1500℃熔化，冷卻後，研磨成粉末，再將30～95％粉末1和5～70％粉末2混合均勻，在200MPa壓力下模壓成型，模壓毛坯在1050℃～1150℃下燒結製成可加工玻璃陶瓷。這兩種工藝存在以下缺點1、玻璃熔化溫度高(＞1500℃)，能耗大；2、熔融法中的二步熱處理晶化工藝複雜；3、為了能在玻璃中析出氟金雲母晶體，對玻璃原料成分有嚴格的限制，無法使用普通的玻璃原料，必須使用化工原料。所有這些都造成可加工玻璃陶瓷成本居高不下，目前市場售價為300～400元/kg。因而儘管該材料以問世多年，但至今仍難以在生產中推廣應用。
據有關部門統計，我國每年產生的廢玻璃高達1040萬噸，充分利用好這筆可觀的再生資源，將對我國的經濟發展起到不可估量的作用。目前廢玻璃的回收利用主要有玻璃回爐和生產建築材料，如利用廢玻璃製造玻璃馬賽克、人造大理石、人造花崗巖、地板磚、建築用裝飾板等。這方面已有不少專利報導，如中國專利公告號CN1016312，公告號CN1018526，公告號CN1062714，公告號CN1172089。最近有報導說芬蘭英諾拉西公司發明了利用廢玻璃生產新型建築材料「生態玻璃貼面」的專利技術，已經投入了正式投產。但是利用廢玻璃生產可加工玻璃陶瓷的技術在國內外未見報導，利用廢玻璃生產可加工玻璃陶瓷即可以降低可加工玻璃陶瓷的生產成本，又為廢玻璃的回收利用開闢了一條新的途徑，具有一箭雙鵰之功效。本發明的目的是針對現有的可加工玻璃陶瓷生產方法的弊端，從工藝上和原料上對它進行改進，其創新之處在於採用將氟雲母晶體粉和廢玻璃粉直接混合後，在常壓下直接燒結成可加工玻璃陶瓷，大大簡化了生產工藝，降低了生產成本，既為這一高技術材料的推廣應用創造了條件，也為廢玻璃的回收利用開闢了一條新的途徑。
本發明的目的是通過以下技術手段實現的。
一種利用廢玻璃燒結製備可加工氟雲母玻璃陶瓷技術，包括步驟A將廢玻璃分選，清洗，粉碎製取破璃粉，本發明的特點是步驟B按重量百分比在玻璃粉中摻入適量的氟雲母晶體粉；步驟C在玻璃粉與氟雲母晶體粉混合粉中加入適量粘合劑模壓成型；步驟D用加熱爐將上述玻璃粉與氟雲母晶體粉和粘合劑混合物在常壓大氣中燒結，製成可加工氟雲母玻璃陶瓷。
所述的步驟A為首先對廢玻璃進行分選，將無色平板玻璃、窗玻璃和有色瓶罐玻璃、窗玻璃分開，去掉金屬和非金屬等雜物，清洗乾淨後分類球磨製成100目以下的玻璃粉。由於不同種類玻璃具有不同的性能，所製成的可加玻璃陶瓷性能也不同。所述的步驟B是在廢玻璃粉中按重量百分比摻入15～75％氟雲母晶體粉，用攪拌機中充分混合均勻。所述的步驟C在玻璃粉與氟雲母晶體粉混合粉中，加入佔玻璃粉和氟雲母晶體粉混合粉重量比為2～10％的粘結劑。在模具中將上述玻璃粉與氟雲母晶體粉和粘合劑混合物加壓成型，壓力為50～350MPa。尺寸大的工件還需在100～200MPa下進一步冷等靜壓，以使素坯密度更加均勻。所述的步驟D是將成型素坯在加熱爐如普通電爐、電熱輥道窯中，在500℃～700℃溫度下保溫1～10小時，烘乾去除粘結劑；再將溫度升溫至800℃～1200℃，燒結時間根據工件尺寸決定，一般保溫時間為1～10小時，隨爐冷卻至室溫出爐，燒結製成可加工氟雲母玻璃陶瓷成品。
上述氟雲母可以選用氟金雲母、氟鈣雲母、氟鋇雲母、氟硼雲母、氟矽雲母任意一種，或選用氟金雲母、氟鈣雲母、氟鋇雲母、氟硼雲母、氟矽雲母兩種或兩種以上組分任意組合混合氟雲母。
上述粘合劑為PVC粘合劑。
本發明所提供的利用廢玻璃製備可加工玻璃陶瓷的生產技術，主要工藝流程為廢玻璃分選、清洗；球磨粉碎；摻入氟雲母和粘合劑模壓成型；燒結。該方法對現行的可加工玻璃陶瓷生產方法——熔融法進行了徹底的改革，在原料上直接採用廢玻璃，變廢為寶；在工藝上採用燒結法，不必熔化玻璃，節約能源，生產工藝簡單，為國內外首創。即為可加工玻璃陶瓷提供了一種新的生產工藝，又為廢玻璃的回收利用開闢了一條新途徑，大大降低了可加工玻璃陶瓷的生產成本，有著顯著的經濟效益和社會效益。所製備的可加工玻璃陶瓷使用普通的機加工設備和刀具可以進行鑽孔、攻絲、車削，具有良好的可加工性能，是一種新型的高技術精細陶瓷材料，在工業生產中有著廣泛的用途。
本發明與現有的可加工玻璃陶瓷生產技術比較，具有生產成本低，生產工藝簡單，無需熔化玻璃，也無需燒結析晶，燒結溫度低，節約能源等優點。利用本技術生產的可加工玻璃陶瓷顏色潔白，抗壓強度200～300MPa，密度2.0～2.6g/cm3，具有優良的可加工性能，可用普通刀具在普通的機械加工設備上進行鑽孔和車削。
利用本發明技術生產的可加工玻璃陶瓷是一種優良的耐高溫電絕緣材料，它有很高的電絕緣強度，高體積電阻及低介質損耗。同時又是一種能在超低溫領域廣泛使用的耐腐蝕電絕緣材料。它的使用範圍在-270℃～+800℃，在許多電器設備中都可以應用。由於可加工玻璃陶瓷中的雲母晶體具有一定的彈性，能制止微裂紋的擴展，因此它又具有較好的抗熱衝擊性能，從800℃急冷至0℃不破碎，200℃急冷到0℃強度不變化。它的低熱膨脹係數保證了工件的尺寸穩定，可進行氣密封結。由於可加工玻璃陶瓷具有各種優良綜合性能，能滿足高精度技術要求，無須模具設計及製作，大大縮短研製周期，可以加速工程進展，節省研製費用，因此深受廣大科研、教學和設計部門的歡迎，在航空、航天、電子基片、耐高溫絕緣骨架、離子鍍膜、真空鍍膜、離子顯微鏡、離子加速器、雷射器、醫療設備、精密儀表、低溫工程等工業生產領域中有著廣泛的用途。採用本技術生產的可加工玻璃陶瓷由於成本低，工藝簡單，必將進一步擴大該材料在工業領域中的應用。
實施本發明技術不需要特殊設備，只需普通的工業陶瓷生產設備如粉碎機、球磨機、壓力機，燒結爐、普通車床、鑽床等就能生產出合格的產品，具有設備投資省，生產過程無汙染，產品附加值高等特點，是一項值得大力推廣的新技術。實施例一首先對廢玻璃進行分選，將無色平板玻璃清洗乾淨後，球磨製成200目玻璃粉。在上述廢玻璃粉按重量百分比摻入50％氟金雲母晶體粉，用攪拌機中充分混合均勻。加入佔玻璃粉和氟金雲母晶體粉混合粉重量比為8％的PVC粘結劑。在模具中將上述玻璃粉與氟雲母晶體粉和粘合劑混合物加壓成型，壓力為300MPa，以使素坯密度更加均勻。將成型素坯放入溫度為500℃～700℃普通電爐中，保溫5～7小時烘乾、去除粘結劑；再將溫度升溫至800℃～1200℃，保溫6～8小時，隨爐冷卻至室溫出爐，燒結製成可加工氟雲母玻璃陶瓷成品。
實施例二首先對廢玻璃進行分選，將無色平板玻璃、窗玻璃和有色瓶罐玻璃、窗玻璃分開，清洗乾淨後分類球磨製成100目以下的玻璃粉。在廢玻璃粉中按重量百分比摻入35％氟鈣雲母晶體粉，用攪拌機中充分混合均勻。加入佔玻璃粉和氟鈣雲母晶體粉混合粉重量比為5％的PVC粘結劑，在壓力為350MPa模具中加壓成型。將成型素坯在普通電爐中在600℃下保溫8小時，烘乾去除粘結劑，再升溫至1000℃保溫10小時，隨爐冷卻至室溫出爐，燒結製成可加工氟雲母玻璃陶瓷成品。
實施例三將窗玻璃清洗乾淨後球磨製成150目以下的玻璃粉，在廢玻璃粉中按重量百分比加入60％氟鋇雲母晶體粉，用攪拌機充分混合均勻。再加入佔玻璃粉和氟鋇雲母晶體粉混合粉重量比為3％的PVC粘結劑，在模具中加壓成型，壓力為100～350MPa。將成型素坯在600℃普通電爐中中保溫5小時烘乾、去除粘結劑，再升溫至800℃，保溫5小時，隨爐冷卻至室溫出爐，燒結製成可加工氟雲母玻璃陶瓷成品。
實施例四將有色瓶罐玻璃清洗乾淨後，球磨製成100目以下的玻璃粉，在廢玻璃粉中按重量百分比加入30％的任意兩種比例隨意混合的氟硼雲母、氟矽雲母晶體粉，用攪拌機中充分混合均勻。加入佔玻璃粉和氟硼雲母、氟矽雲母晶體粉混合粉重量比為7％的PVC粘結劑，在壓力為350MPa的模具中加壓成型，尺寸大的工件還需在100～200MPa下進一步冷等靜壓1～3小時，以使素坯密度更加均勻。將成型素坯在電熱輥道窯中在550℃～650℃下保溫4～7小時烘乾、去除粘結劑，再升溫至850℃～1100℃，燒結時間根據工件尺寸決定，一般保溫5～6小時，隨爐冷卻至室溫出爐，燒結製成可加工氟雲母玻璃陶瓷成品。
實施例五將有色瓶罐玻璃清洗乾淨後，球磨製成150目以下的玻璃粉，在廢玻璃粉中按重量百分比加入25％氟金雲母、氟鈣雲母、氟鋇雲母、氟硼雲母、氟矽雲母兩種或兩種以上組分任意組合混合的氟雲母晶體粉，用攪拌機中充分混合均勻。加入佔玻璃粉和氟雲母晶體粉混合粉重量比為9％的PVC粘結劑，在壓力為250MPa的模具中加壓成型，尺寸大的工件還需在150～190MPa下進一步冷等靜壓1～3小時，以使素坯密度更加均勻。將成型素坯在電熱輥道窯中在550℃～650℃下保溫4～7小時烘乾、去除粘結劑，再升溫至850℃～1100℃，保溫5～6小時，隨爐冷卻至室溫出爐，燒結製成可加工氟雲母玻璃陶瓷成品。
權利要求
1.一種利用廢玻璃燒結製備可加工氟雲母玻璃陶瓷技術，包括步驟A將廢玻璃分選，清洗，粉碎製取玻璃粉，本發明的特點是步驟B按重量百分比在玻璃粉中摻入適量的氟雲母晶體粉；步驟C在玻璃粉與氟雲母晶體粉混合粉中加入適量粘合劑模壓成型；步驟D用加熱爐將上述玻璃粉與氟雲母晶體粉和粘合劑混合物在常壓大氣中燒結，製成可加工氟雲母玻璃陶瓷。
2.根據權利要求1所述的製備可加工玻璃陶瓷技術，其特徵在於所說的步驟B是在廢玻璃粉中按重量百分比摻入15～75％氟雲母晶體粉，用攪拌機中充分混合均勻。
3.根據權利要求1或2所述的製備可加工玻璃陶瓷技術，其特徵在於所說的氟雲母可以選用氟金雲母、氟鈣雲母、氟鋇雲母、氟硼雲母、氟矽雲母任意一種，或選用氟金雲母、氟鈣雲母、氟鋇雲母、氟硼雲母、氟矽雲母兩種或兩種以上組分任意組合氟雲母。
4.根據權利要求1或2所述的製備可加工玻璃陶瓷技術，其特徵在於所說的步驟C是在玻璃粉與氟雲母晶體粉混合粉中，加入佔玻璃粉和氟雲母晶體粉混合粉重量比為2～10％的粘結劑，混合均勻在50～350MPa以下加壓成型。
5.根據權利要求4所述的製備可加工玻璃陶瓷技術，其特徵在於加壓成型工件還需在100～200MPa下進一步冷等靜壓。
6.根據權利要求1、2或5所述的製備可加工玻璃陶瓷技術，其特徵在於所說的步驟D為模壓素坯，在加熱爐中在500℃～700℃下保溫1～10小時烘乾、去除粘結劑，再升溫至800℃～1200℃，保溫1～10小時，隨爐冷卻至室溫出爐，燒結製成可加工氟雲母玻璃陶瓷成品。
7.根據權利要求4所述的製備可加工玻璃陶瓷技術，其特徵在於所說的D步驟為模壓素坯，在加熱爐如普通電爐中在500℃～700℃下保溫1～10小時烘乾、去除粘結劑，再升溫至800℃～1200℃，保溫1～10小時，隨爐冷卻至室溫出爐，燒結製成可加工氟雲母玻璃陶瓷成品。
8.根據權利要求1所述的製備可加工玻璃陶瓷技術，其特徵在於所說的步驟A是將廢玻璃分透明平板玻璃和窗玻璃，有色瓶罐玻璃和有色窗玻璃，去掉金屬和非金屬等雜物，洗去汙垢和油漬，晾乾後分類送入球磨機中粉碎至100目以下的玻璃粉。
9.根據權利要求1或2所述的製備可加工玻璃陶瓷技術，其特徵在於所說的粘合劑為PVC粘合劑。
全文摘要
本發明涉及一種利用廢玻璃燒結製備可加工氟雲母玻璃陶瓷技術，包括廢玻璃分選，清洗，粉碎製取玻璃粉，其特點是在廢玻璃粉中按重量百分比加入15～75％的氟雲母晶體粉；混均後在玻璃粉與氟雲母晶體粉混合粉中加入重量比2～10％的PVC粘合劑模壓成型。用普通電爐在常壓大氣中燒結，製成可加工氟雲母玻璃陶瓷。本發明與現有的可加工玻璃陶瓷生產技術比較，具有生產成本低，生產工藝簡單，無需熔化玻璃，也無需燒結析晶，燒結溫度低，節約能源等優點。利用本技術生產的可加工玻璃陶瓷顏色潔白，抗壓強度200～300MPa，密度2.0～2.6g/cm
文檔編號C03C10/04GK1609028SQ20031010493
公開日2005年4月27日 申請日期2003年10月22日 優先權日2003年10月22日
發明者高宏, 章為夷 申請人:大連鐵道學院