本發(fā)明涉及玻璃陶瓷制備，具體涉及一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、玻璃陶瓷作為一種重要的材料，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、高耐熱性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、良好的光學(xué)性能、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。其中尖晶石系玻璃陶瓷是一類具有優(yōu)異光學(xué)和力學(xué)性能的材料，在平板顯示器、光伏基板、高溫光學(xué)窗口、激光器、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。玻璃陶瓷因析出晶體的尺寸不均勻、折射率差異大、析出晶體形態(tài)都會(huì)對微晶玻璃透過率產(chǎn)生影響，因此調(diào)整原料配方和比例，改進(jìn)燒結(jié)工藝及制度，使用適當(dāng)?shù)膿诫s劑促進(jìn)晶粒大小均衡，晶粒分布均勻，提升玻璃陶瓷的透明度及力學(xué)性能。

2、目前已有大量文獻(xiàn)對尖晶石體系的玻璃陶瓷進(jìn)行了研究，以期實(shí)現(xiàn)對熒光陶瓷進(jìn)行發(fā)光調(diào)控。文獻(xiàn)(zno-al2o3-sio2?glass?ceramics:influence?of?composition?oncrystal?phases,crystallite?size?and?appearance，2021，120481)晶粒尺寸達(dá)到納米級(jí)別。但是會(huì)有zn2sio4、zn2ti3o8等其他相出現(xiàn)，晶相間折射率差異大，導(dǎo)致制成的玻璃陶瓷不透明，且未對玻璃陶瓷硬度進(jìn)行探索。文獻(xiàn)(crystallization?behavior?and?propertiesof?zno-mgo-al2o3-sio2?transparent?glass-ceramics?with?sno2?and?zro2?asnucleating?agents，2024，23150-23056)以zro2和sno2為晶核劑，通過熔融和兩步熱處理制備了透明的zno-mgo-al2o3-sio2(zmas)微晶玻璃，sno2促進(jìn)了zro2納米晶的形成，為后續(xù)晶化提供了成核位點(diǎn)，維氏硬度為8.28mpa。但是隨著晶化溫度的升高，玻璃陶瓷的透明度在降低，無法獲得高結(jié)晶度的透明玻璃陶瓷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷的制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

3、(1)稱量玻璃粉原料，對玻璃粉進(jìn)行研磨0.5～2h后，加入到鉑銠坩堝中，在1500～1750℃熔制2～4h，得到玻璃液；其中所述玻璃粉原料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：zno?0～12wt％、mgo?6～18wt％、al2o3?22～35wt％、sio2?40～50wt％、sb2o3?1～3wt％、成核劑0.5～9wt％；

4、(2)將玻璃液傾倒于預(yù)熱銅模中，得到透明玻璃塊；

5、(3)將玻璃塊退火，得到前驅(qū)體玻璃，并對前驅(qū)體玻璃進(jìn)行切割拋光，玻璃厚度為2mm；

6、(4)將前驅(qū)體玻璃置于電極片之間，先在700～900℃的核化溫度下保溫1～10h，再在900～1150℃的晶化溫度下保溫2～8h，冷卻至室溫后取出，制備得到透明玻璃陶瓷。

7、優(yōu)選的，步驟(1)中，升降爐升溫速率為5～20℃/min。

8、優(yōu)選的，步驟(1)中成核劑選自p2o5、zro2、tio2、eu2o3、ceo2中的一種或多種。

9、優(yōu)選的，步驟(2)中，預(yù)熱銅模預(yù)熱溫度為300～600℃。

10、優(yōu)選的，步驟(4)中，所述玻璃在500～800℃空氣退火4～10h。

11、優(yōu)選的，步驟(4)中，所述玻璃放置在電極片陰陽兩極之間，電場強(qiáng)度為300～1000v/cm，爐內(nèi)溫度升高到結(jié)晶溫度時(shí)，接通電源并保持在目標(biāo)電場強(qiáng)度，直到結(jié)晶時(shí)間終止。

12、優(yōu)選的，步驟(4)還包括對晶化后的玻璃陶瓷進(jìn)行銑磨拋光，玻璃陶瓷厚度為1.5mm。

13、玻璃陶瓷中殘余的玻璃可以起到晶粒連接的作用，合理控制殘余玻璃的含量可以起到提升玻璃陶瓷硬度作用，同時(shí)在結(jié)晶過程中，隨著晶化率的提升，殘余玻璃中堿土金屬離子含量減少，從而提升殘余玻璃的黏度，提高晶粒之間的連接作用，提升玻璃陶瓷的硬度。適量成核劑添加有利于晶核均勻形成，從而提高晶粒的均勻性。在玻璃晶化的過程中，玻璃兩端施加電場，有利于細(xì)化晶粒，從而提高玻璃陶瓷的透過率。

14、另一方面，本發(fā)明還提供由上述制備方法制得的高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷。所述玻璃陶瓷主要包括鋅鋁尖晶石和鎂鋁尖晶石，以及起到連接作用的殘余玻璃相。

15、所述的玻璃陶瓷顆粒尺寸為20～100nm，晶相之間組成致密結(jié)構(gòu)，成核劑的添加可以有效地降低玻璃的熔化溫度和結(jié)晶溫度，利于晶相的形成，能提高玻璃的穩(wěn)定性。在可見光范圍內(nèi)是透明的，1.5mm厚的玻璃陶瓷在800nm波長光的透過率≥86.5％。成核劑提供了額外的成核點(diǎn)，使得在玻璃熔體冷卻過程中更容易形成晶核，還可以控制最終玻璃陶瓷中的晶粒大小和分布。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

17、(1)本發(fā)明所制備的透明玻璃陶瓷，通過兩步結(jié)晶方式，通過對結(jié)晶時(shí)間和溫度的控制實(shí)現(xiàn)可控結(jié)晶。成核劑提供了額外的成核點(diǎn)，通過調(diào)控晶化條件可以控制晶粒大小和均勻性，增強(qiáng)材料的力學(xué)性能。玻璃陶瓷結(jié)晶度≥85％；

18、(2)本發(fā)明提供的玻璃在晶化過程中，對玻璃施加電場，有利于尖晶石相的生成，并且生成的晶粒小且均勻，因此玻璃陶瓷具有良好的光學(xué)質(zhì)量與透過率，厚度為1.5mm玻璃陶瓷在800nm處透過率≥86.5％。殘余的玻璃相中zn2+，mg2+減少，殘余玻璃黏度增加，有利于玻璃陶瓷力學(xué)性能的提升；

19、(3)基于成熟的玻璃成型技術(shù)，對前驅(qū)體玻璃進(jìn)行熱處理后能獲得透明玻璃陶瓷，工藝簡單、高效、結(jié)晶度高，且通過此方法可以實(shí)現(xiàn)大尺寸透明玻璃陶瓷的制備。

技術(shù)特征：

1.一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，升降爐升溫速率為5～20℃/min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟(1)中成核劑選自p2o5、zro2、tio2、eu2o3、ceo2中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，預(yù)熱銅模預(yù)熱溫度為300～600℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述玻璃在500～800℃空氣退火4～10h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述玻璃放置在電極片陰陽兩極之間，電場強(qiáng)度為300～1000v/cm，爐內(nèi)溫度升高到結(jié)晶溫度時(shí)，接通電源并保持在目標(biāo)電場強(qiáng)度，直到結(jié)晶時(shí)間終止。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟(4)還包括對晶化后的玻璃陶瓷進(jìn)行銑磨拋光，玻璃陶瓷厚度為1.5mm。

8.一種由權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述制備方法制得的高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高硬度高結(jié)晶度透明玻璃陶瓷及其制備方法。稱量玻璃粉原料，研磨后加入鉑銠坩堝中熔制，得到玻璃液；其中所述玻璃粉原料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：ZnO?0～12wt％、MgO?6～18wt％、Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;?22～35wt％、SiO<subgt;2</subgt;?40～50wt％、Sb<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;?1～3wt％、成核劑0.5～9wt％；將玻璃液傾倒于預(yù)熱銅模中，得到透明玻璃塊；退火，切割拋光，得到厚度為2mm的前驅(qū)體玻璃；將前驅(qū)體玻璃置于電極片之間，先在700～900℃的核化溫度下保溫1～10h，再在900～1150℃的晶化溫度下保溫2～8h，制備得到透明玻璃陶瓷。本發(fā)明通過對結(jié)晶時(shí)間和溫度的控制實(shí)現(xiàn)可控結(jié)晶，玻璃陶瓷結(jié)晶度≥85％，且具有良好的光學(xué)質(zhì)量與透過率，厚度為1.5mm玻璃陶瓷在800nm處透過率≥86.5％。

技術(shù)研發(fā)人員：張樂,陳旭,周春鳴,陳航,霍子祥,康健,陳浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5