用鵝髓巖製造的微晶玻璃及其工藝的製作方法

2023-10-10 15:48:19

專利名稱：用鵝髓巖製造的微晶玻璃及其工藝的製作方法
技術領域：
本發明所涉及的是一種玻璃材料及其製造方法。特別是涉及一種用鵝髓巖製造的低膨脹微晶玻璃及其工藝。
低膨脹微晶玻璃具有極佳的耐冷熱急變性，高的機械強度與硬度，以及良好的透微波性能，是一種很有應用價值的玻璃材料。在現代工業和日常生活中，它的應用面相當廣泛，主要用於製造耐熱微晶玻璃器皿、微波爐用器具、微波爐與電磁灶板，以及其它工業用低膨脹高硬度材料如微晶玻璃儀表軸承與紅外輻射材料等。
已知的低膨脹微晶玻璃均使用化工原料生產。((1)S.D.Stookey，「Method of Making Ceramics and Product Thereof，」U.S.Patent 2，920，971(January 12，1960).(2)S.D.Stookey，「Low-Expansion Glass-Ceramic and Method of Making It」，U.S.Patent.3，157，522.(November 17，1964).(3)G.P.Smith，「Method of Making Ceramic Atticle」U.S.Patent 3，246，972，(Aptil 19，1966).)它由Li2O(氧化鋰)-Al2O3(氧化鋁)-SiO2(二氧化矽)為主要成份，添加一定量的晶核劑如TiO2(二氧化鈦)、ZrO2(二氧化鋯)或磷酸鹽，以及助熔劑Na2O(K2O)、MgO，在高溫熔爐內熔成均勻玻璃液，成型後再經控制結晶製成微晶玻璃。由於它所用的原料價格昂貴，如化工原料碳酸鋰高達1.8萬元/噸，限制了它的發展。再者，對於Li2O含量為4%左右的玻璃熔化溫度高達1600℃左右，生產中能耗大，同時也給熔爐耐火材料和成型設備帶來一系列問題。因而，如何降低成本與熔化溫度已成為低膨脹微晶玻璃生產中迫切需要解決的問題。
一般說來，適用於製造低膨脹微晶玻璃的礦物原料除應含有氧化鋰、氧化鋁和二氧化矽外，其有害雜質-鉀、鈉氧化物和鐵的含量應少。前者的含量過高將導致微晶玻璃熱膨脹係數的增大，而氧化鐵超過允許量(如大於0.06%)會嚴重地影響產品的白度。實際上，能滿足上述兩條件的礦物原料在世上為數極少，這就是低膨脹微晶玻璃迄今仍然用化工原料生產的原因。
本發明的目的在於提供用鵝髓巖製造低膨脹微晶玻璃的新方法及其製品。鵝髓巖是新發現的一種火成巖，用它作為製造低膨脹微晶玻璃的主要原料可大幅度降低微晶玻璃成本和熔化溫度。
本發明所述製造低膨脹微晶玻璃的方法主要包括以下內容1.採用鵝髓巖作為製造低膨脹微晶玻璃的主要原料。這種鵝髓巖含有氧化鋰(Li2O)、氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)、氧化鉀(K2O)和氟(F)等化學成份，藏量經初步核算在六十萬噸以上。主要巖相是鋰雲母、石英和斜長石。鵝髓巖的化學成份列於表1。
表1鵝髓巖的化學成份礦樣 SiO2Al2O3Li2O K2O Fe2O3F166.2520.501.903.620.022.22266.0520.211.793.780.022.33此礦物含鐵量低，色澤潔白，含有構成低膨脹微晶玻璃的主要成份Li2O、Al2O3和SiO2，是一種極佳的製造低膨脹微晶玻璃的原料。用作原料的鵝髓巖需經粉碎至80-100目。
2.本發明所涉及的用鵝髓巖製造的低膨脹微晶玻璃的配料組成和化學組成範圍如下配料組成(重量百分數)範圍為鵝髓巖50-90，氧化鋁或氫氧化鋁0-8，碳酸鋰4-8，碳酸鎂1-5，鈦白粉1-4，磷酸鋁或磷酸二氫銨1-5，二氧化鋯0-4，石英砂0-16，白砒(As2O3)0.3-1。
化學成份(重量百分數)範圍為SiO2Al2O3Li2O K2O MgO TiO2ZrO2P2O5F As2O350-72 16-28 3.5-5 1.5-3.80-31-40-30-51.5-2.5 0.3-1本發明中化學成份含有1.5-2.5%的F，以及較多的K2O，這是本發明與以往的同類玻璃的顯著差別。
工藝流程是粉碎鵝髓巖(80-100目)-加入晶核劑(TiO2、ZrO2、P2O5)助熔劑(MgCO3、K2O或Na2O)-玻璃熔化-成型-晶化熱處理。
3.玻璃熔化溫度為1540-1570℃，保溫8-12小時。
4.玻璃成型操作溫度為1380-1480℃。可以採用吹制、拉制、壓制方法成型。
5.微晶玻璃的晶化熱處理工藝為以1℃/分～4℃/分的速率升溫至700-800℃，保溫0.5-2小時，使玻璃內形成晶核。再以1℃/分～4℃/分的速率升至840-920℃，保溫1-4小時，以便晶體長大，然後以3～10℃/分的速率降溫。
最佳熱處理條件是740-800℃保溫2小時成核，850-900℃晶體生長。
本發明所述的方法及其製品有如下優點1.可大幅度降低原料成本本發明所用的鵝髓巖含有構成低膨脹微晶玻璃的主要成份Li2O、Al2O3、SiO2，由此可以大幅度降低原料成本。以年使用量1000噸鵝髓巖(日產玻璃約3噸所用原料量)計算，與使用化工原料相比，僅原料費用一項每年可節約五十餘萬元。
2.同成份的玻璃採用鵝髓巖原料後能降低熔化溫度40～50℃。這是因為本發明中極少使用難熔氧化物SiO2和Al2O3，代之以處於化合狀態的鋁矽酸鹽礦物。再者，礦物中含有一定量的K2O和F，這都有助於加速熔化，從而使熔制溫度降低40-50℃。達到減少能耗，延長熔爐和模具壽命的目的。
3.本發明所述方法製造的低膨脹微晶玻璃具有很好的物理性質(表2)。以此可用於製成耐熱微晶玻璃器皿、微波爐和電磁灶底板、紅外輻射材料等。
表2以鵝髓巖製造的低膨脹微晶玻璃物性熱膨脹係數抗折強度硬度耐水穩定性＊密度×10-7/℃ kg/cm2kg/mm2mg/g g/cm39-151200-750-0.008-0.0162.531900950＊100℃水中7小時的失重。
實例1、低膨脹微晶玻璃製備流程鵝髓巖粉碎-加入晶核劑與助熔劑按配方配料-玻璃熔化-成型-晶化熱處理。
按上述流程圖，鵝髓巖經粉碎至過80目篩，按下配料重量%鵝髓巖83.3氫氧化鋁4.0碳酸鋰4.0碳酸鎂3.4二氧化鈦2.1磷酸二氫銨2.7白砒0.4
由鵝髓巖所引入到玻璃中的成份佔總成份的87%。玻璃熔化溫度為1540℃-1550℃，保溫8小時。晶化熱處理溫度為成核溫度為780℃保溫2小時，晶體生長溫度為860℃保溫2小時。測得玻璃熱膨脹係數為13±2×10-7/℃，抗折強度為1900kg/cm2。
實例2、與實例1所不同的是鵝髓巖引入的成份佔玻璃總成份的75%。
玻璃的配料成份如下重量%鵝髓巖71碳酸鋰5.2碳酸鎂3.9二氧化鈦2.6磷酸鹽2.8石英砂9氧化鋁3.4白砒0.4F餘量玻璃的熔化溫度為1500-1560℃保溫10小時。晶化熱處理工藝為成核溫度750-760℃保溫2小時，晶體生長溫度為850-860℃保溫2小時。得到玻璃的熱膨脹係數為11±2×10-7/℃。
實例3。與實例1、2所不同的是玻璃中以TiO2和ZrO2作晶核劑。鵝髓巖引入的成份佔玻璃總成份的86%。玻璃熔化溫度為1550-1560℃，保溫8-10小時，成核溫度為780℃保溫2小時，晶體生長溫度為860℃保溫2小時。製得玻璃的熱膨脹係數為12±2×10-7/℃。
玻璃的配料成份如下鵝髓巖81.2%氫氧化鋁5.0%碳酸鋰4.6%碳酸鎂3.9%二氧化鈦3.4%二氧化鋯1.7%白砒餘量
權利要求
1.一種用鵝髓巖製造的低膨脹微晶玻璃，其特徵在於A，玻璃成份含(重量%)SiO250-72 Li2O 3.5-5Al2O316-28 TiO21-4K2O 1.5-3.8 ZrO20-3MgO 0-3 P2O50-5AS2O30.3-1 F-1.5-2.5B，玻璃的物理參數a、熱膨脹係數 9-15×10-7/℃；b、抗折強度 1200-1900kg/cm2；c、硬度 750-950kg/mm2；d、密度 2.53g/cm3。
2.一種用鵝髓巖製造低膨脹微晶玻璃的工藝，其特徵在於A，選用鵝髓巖作主要原料，粉碎至80-100目;B，按下列配方製備原料(重量%)鵝髓巖 50-90 磷酸鹽 1-5(晶核劑)碳酸鋰 4-8 鈦白粉 1-4(晶核劑)氧化鋁 0-8 氧化鋯 0-4(晶核劑)(或氫氧化鋁) 碳酸鎂 1-5(助熔劑)石英砂 0-16 三氧化二砷 0.3-1C，按下列工藝條件順序進行製造a、原料的的熔化溫度 1540-1580℃，保溫 8-1.2小時;b、玻璃的形成溫度 1380-1480℃;c、成型;d、晶化熱處理成核溫度 700-800℃ 保溫 0.5-3小時;晶體生長 840-920℃ 保溫 1-4小時。
3.根據權利要求2的製造工藝，其特徵在於玻璃成型的方法是吹制，拉制，壓制。
4.根據權利要求2的製造工藝，其特徵在於最佳熱處理工藝條件為740-800℃保溫2小時成核，850-900℃晶體生長。
全文摘要
本發明提出了一種用鵝髓巖製造的低膨脹微晶玻璃及其製造工藝，以鵝髓巖為主要原料製造低膨脹微晶玻璃可大幅度降低成本。降低玻璃熔化溫度40～50℃。玻璃具有下列特性熱膨脹係數9～15×10
文檔編號C03C10/00GK1034704SQ87108208
公開日1989年8月16日 申請日期1987年12月26日 優先權日1987年12月26日
發明者方之耀, 陳學賢, 朱亞娟, 陳鐵姆, 沈崇德, 李家治 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所