一种纳米尖晶石微晶玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米尖晶石微晶玻璃，包括以下组分：56wt％～62wt％的SiO2；19wt％～23wt％的Al2O3；6wt％～15wt％的ZnO；2wt％～6.5wt％的MgO；2wt％～6wt％的TiO2；2wt％～7wt％的ZrO2。在本发明专利技术中，SiO2利用硅氧四面体的结构组元形成网状结构，形成硅酸盐的基本结构；晶体中的Al2O3可以利用铝离子形成四配位(AlO4)或者六配位(AlO6)的基团，从而取代硅酸盐的晶格的SiO4四面体，提高微晶玻璃的机械强度；MgO参与构成连续的网状结构，改善了微晶微晶玻璃的机械性能。本发明专利技术提供的纳米微晶玻璃具有较好的机械强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微晶玻璃
，尤其涉及一种纳米尖晶石微晶玻璃及其制备方法。
技术介绍
微晶玻璃是通过对某些特定组成的基础玻璃，在一定温度下进行受控核化、晶化而制得的微晶体在玻璃相中均匀分布的材料。它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是杂乱无章的，这就是为什么玻璃易碎的原因。而微晶玻璃就如陶瓷一般，是由晶体构成的，这就使得它内部的原子排列变得有规律了，所以微晶玻璃具有比陶瓷更高的亮度，比玻璃更强的韧性。镁铝尖晶石有良好的光学透过率，并且耐磨损，耐腐蚀，耐高温，抗冲击，有较高的硬度和抗弯强度，以及优良的电绝缘性和化学稳定性，是一种理想的功能材料。镁铝尖晶石作为一种重要的功能材料被广泛的应用于科学技术、国防与民用工业的许多领域，并日益受到更为广泛的重视；也被作为高级耐火材料广泛应用于水泥、化工等领域；特别是在特种环境下的耐火砖、水泥回转窑炉等方面应用取得了良好的效果。镁铝尖晶石在自然界中广泛存在，但天然的镁铝尖晶石单晶体的品质不高，数量有限，因此其应用前景受到限制。微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的双重特性，且由基础玻璃得到带有尖晶石相的微晶玻璃相对于陶瓷来说更加容易。范仕刚等(范仕刚,余明清,张林,赵春霞,陈广乐,王坤,刘杰,张联盟.纳米晶镁铝尖晶石透明微晶玻璃的晶化行为研究.稀有金属材料与工程,2007,36:322～324.)报道了一种纳米晶镁铝尖晶石透明微晶玻璃，玻璃中掺杂有0.1wt％～5wt％的CoO，将配合料放入铂金坩埚中，在1500℃熔制后将玻璃熔体浇铸在金属模具中成型，在600℃退火，最后在680℃～1000℃之间采用两步法热处理。但是其制备得到的微晶玻璃机械性能仍需要进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米尖晶石微晶玻璃及其制备方法，本专利技术提供的纳米尖晶石微晶玻璃具有较高的机械强度。本专利技术提供了一种纳米尖晶石微晶玻璃，包括以下组分：56wt％～62wt％的SiO2；19wt％～23wt％的Al2O3；6wt％～15wt％的ZnO；2wt％～6.5wt％的MgO；2wt％～6wt％的TiO2；2wt％～7wt％的ZrO2。优选的，还包括质量含量≤3.1wt％的BaO。优选的，还包括质量含量≤3.6wt％的K2O。优选的，所述纳米尖晶石微晶玻璃的晶粒粒径为30nm～100nm。本专利技术提供了一种所述纳米尖晶石微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：将硅源、铝源、锌源、镁源、钛源和锆源混合，得到混合料；将所述混合料熔制和成型，得到基础玻璃；将所述基础玻璃依次进行退火处理和成核处理，再以200℃/h～300℃/h的升温速率将温度升至微晶化温度，进行析晶处理，得到纳米尖晶石微晶玻璃。优选的，所述熔制的温度为1600℃～1650℃；所述熔制的时间为2h～6h。优选的，所述退火处理的温度低于所述基础玻璃的玻璃化转变温度。优选的，所述成核处理在所述基础玻璃的玻璃化转变温度下进行。优选的，所述析晶处理的温度为880℃～1050℃。优选的，所述析晶处理的时间为5min～60min。本专利技术提供了一种纳米尖晶石微晶玻璃，包括以下组分：56wt％～62wt％的SiO2；19wt％～23wt％的Al2O3；6wt％～15wt％的ZnO；2wt％～6.5wt％的MgO；2wt％～6wt％的TiO2；2wt％～7wt％的ZrO2。在本专利技术中，SiO2可以利用硅氧四面体的结构组元形成网状结构，形成硅酸盐的基本结构；晶体中的Al2O3可以利用铝离子形成四配位(AlO4)或者六配位(AlO6)的基团，从而取代硅酸盐的晶格的SiO4四面体，提高了微晶玻璃的机械强度；MgO参与构成连续的网状结构，改善了微晶玻璃系统的机械性能。因此，本专利技术提供的纳米尖晶石微晶玻璃具有较高的机械强度。而且，本专利技术提供的纳米尖晶石微晶玻璃还具有良好的热稳定性和硬度。实验结果表明，本专利技术实施例得到的纳米尖晶石微晶玻璃弹性模量在85℃左右，弯曲强度为110MPa，热膨胀系数在45×10-7/K，维氏硬度为5Gpa左右。而且，本专利技术提供的纳米尖晶石微晶玻璃的制备方法简单、易操作，容易转化为工业生产工艺线，利于大规模工业生产。附图说明图1为本专利技术实施例中纳米尖晶石微晶玻璃的工艺流程示意图；图2为本专利技术实施例1～3得到的纳米尖晶石微晶玻璃的XRD图谱；图3为本专利技术实施例1得到的纳米尖晶石微晶玻璃的TEM图像；图4为本专利技术实施例2得到的纳米尖晶石微晶玻璃的TEM图像；图5为本专利技术实施例3得到的纳米尖晶石微晶玻璃的TEM图像。具体实施方式本专利技术提供了一种纳米尖晶石微晶玻璃，包括以下组分：56wt％～62wt％的SiO2；19wt％～23wt％的Al2O3；6wt％～15wt％的ZnO；2wt％～6.5wt％的MgO；2wt％～6wt％的TiO2；2wt％～7wt％的ZrO2。在本专利技术中，SiO2可以利用硅氧四面体的结构组元形成网状结构，形成硅酸盐的基本结构；晶体中的Al2O3可以利用铝离子形成四配位(AlO4)或者六配位(AlO6)的基团，从而取代硅酸盐的晶格的SiO4四面体，提高了微晶玻璃的机械强度；MgO参与构成连续的网状结构，改善了微晶玻璃系统的机械性能。因此，本专利技术提供的纳米尖晶石微晶玻璃具有较高的机械强度。而且，本专利技术提供的纳米尖晶石微晶玻璃还具有良好的热稳定性和硬度。本专利技术提供的纳米尖晶石微晶玻璃，包括56wt％～62wt％的SiO2，优选为56wt％～60wt％；在本专利技术的实施例中，所述SiO2在纳米尖晶石微晶玻璃中的质量含量可具体为56.0wt％、58.3wt％、59.3wt％、61.0wt％或62.0wt％。在本专利技术中，所述SiO2是纳米尖晶石微晶玻璃的主要组成成份，所述SiO2利用硅氧四面体的结构组元形成网状结构，从而形成了硅酸盐的基体结构。本专利技术提供的纳米尖晶石微晶玻璃包括19wt％～23wt％的Al2O3，优选为20wt％～22wt％；在本专利技术的实施例中所述Al2O3在纳米尖晶石微晶玻璃中的质量含量可具体为19.1wt％、19.5wt％、20.0wt％、21.0wt％、21.5wt％、22.0wt％或23.0wt％。在本专利技术中，Al2O3能够利用铝离子形成四配位(AlO4)或者六配位(AlO6)的基团，取代硅酸盐晶格的SiO4四面体，从而提高了纳米尖晶石微晶玻璃的机械强度、热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米尖晶石微晶玻璃，包括以下组分：56wt％～62wt％的SiO2；19wt％～23wt％的Al2O3；6wt％～15wt％的ZnO；2wt％～6.5wt％的MgO；2wt％～6wt％的TiO2；2wt％～7wt％的ZrO2。

【技术特征摘要】
1.一种纳米尖晶石微晶玻璃，包括以下组分：
56wt％～62wt％的SiO2；
19wt％～23wt％的Al2O3；
6wt％～15wt％的ZnO；
2wt％～6.5wt％的MgO；
2wt％～6wt％的TiO2；
2wt％～7wt％的ZrO2。
2.根据权利要求1所述的纳米尖晶石微晶玻璃，其特征在于，还包括质
量含量≤3.1wt％的BaO。
3.根据权利要求1或2所述的纳米就尖晶石微晶玻璃，其特征在于，还
包括质量含量≤3.6wt％的K2O。
4.根据权利要求1所述的纳米尖晶石微晶玻璃，其特征在于，所述纳米
尖晶石微晶玻璃的晶粒粒径为30nm～100nm。
5.一种所述纳米尖晶石微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
将硅源、铝源、锌源、镁源、钛源和锆源混合，得到混合料；
将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长久，姜宏，贾阳，陈阔，沈阳，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南;66