可结晶玻璃及其在制备具有优良可抛光表面的耐断裂高刚性玻璃陶瓷中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种含镁的硅铝酸盐型可结晶化的玻璃，该玻璃适于制备具有优良可抛光表面的高刚性耐断裂玻璃陶瓷，其特征在于如下含量：５－３３重量％的ＳｉＯ↓［２］、２５－４０重量％的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、５－２５重量％的ＭｇＯ、０－１５重量％的Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］、０．１－３０重量％的Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｌｎ↓［２］Ｏ↓［３］、Ａｓ↓［２］Ｏ↓［３］和／或Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］、０．１－１０重量％的Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Crystalline glass and its use in preparing high fracture resistant high rigid glass ceramic with excellent polishing surface

The invention relates to a magnesium aluminosilicate type crystallized glass, the glass is suitable for the preparation of excellent polishing surface of high rigidity and fracture resistance of glass ceramics, which is characterized in that the following content: 5 - 33 wt% SiO: 2, 25 - 40 wt% Al: 2 O: 3, 525 wt% MgO, 015 wt% B: 2 O: 3, 0.130 wt% Y: 2 O: 3, Ln: 2 O: 3, As: 2 and O: 3 Nb / or down 2 O down 5, 0.110 wt% P: 2 O: 5.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含镁的硅铝酸盐型耐断裂高刚性可结晶玻璃、由其制备的具有优良可抛光表面的玻璃陶瓷、以及其在磁性存储盘和反射镜系统中或为此作为基片的应用。对磁性存储盘和磁光存储器材料以及纯光学存储器材料和反光镜材料的断裂强度、高的比刚性和高的表面质量提出了高的要求。例如对硬盘驱动器在存储密度和存取速度方面提出的越来越高的要求增加了作用于基片材料上的机械应力。为明显减少存取时间，不仅需使存储盘的转数提高到大于15000rpm，而且需进一步减小读出磁头和磁盘表面的距离。为实现这点，需要具有高断裂强度(K1c和弯曲断裂强度)和非常高E-模量以及非常高比刚性和由此低颤动幅度的载体材料。此处，该材料在波纹度＜10nm(ISO 1305或DIN 4768)时具有非常低的表面粗糙度即Ra＜0.5nm是绝对必要的。另外，在制备磁涂层时该基片材料或载体材料需耐约400-450℃的热应力，并且由于如在溅射过程中出现的高的温度变化，该材料要耐温度交变。最后该存储器材料和反射镜的热膨胀应适配录入设备(主轴和衬套)的热膨胀。目前其均由钢制成，以致热膨胀系数α20_300为约12ppm/K是最佳的，但也容许较小的值。目前应用铝合金、玻璃和玻璃陶瓷作为磁性存储盘的基片。尽管玻璃有较高的E-模量，但其缺点为小的K1c值。通过热硬化或化学硬化也仅可有限改进。与玻璃本身或铝相比，玻璃陶瓷由于其在玻璃基体中嵌入的微晶的不均匀结构而具有不太好的可抛光性。因此玻璃陶瓷至今难以达到Ra＜0.5nm的所需表面粗糙度。其原因是其近表面的晶粒通常比围绕其的玻璃相更硬。因此，在抛光工序中玻璃材料比晶粒磨去得更多，由此得到粗糙的表面。因此这种材料不适合大量应用。玻璃陶瓷，也称为高温玻璃陶瓷，是一种多晶固体，其通过针对性的反玻璃化作用即通过对此特别适用的玻璃的结晶化而制备。该结晶化或陶瓷化通过加热玻璃体或需要时也可通过辐照来实现。但这时该玻璃陶瓷材料还含有残余量的其中嵌有晶体的玻璃相基体。因为通过常用的玻璃工业成形方法由其玻璃前体可形成玻璃陶瓷的各种任意形状，并可具有许多所需特性如耐温度交变、小的膨胀系数和好的电绝缘性，所以该玻璃陶瓷适于制备各种各样的物品如烧煮台面、炊具、高压绝缘体、实验室用品、骨代用品、或用于环境有害废物如辐照过的核燃料捧的封闭。经充分研究过的用于形成玻璃或玻璃陶瓷的体系是三元体系SiO2-Al2O3-MgO(MAS体系)。在该三元体系中存在各种组成范围，其中存在不同的特定结晶相或这些结晶相是稳定的或是形成这些结晶相。至今在文献中该玻璃陶瓷的描述仅局限于MAS体系的那些范围，即其中出现晶相石英(SiO2)、鳞石英(SiO2)、顽辉石(MgO·SiO2)、堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)、镁橄榄石(MgO·SiO2)、富铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)以及也可能的尖晶石(MgO2·Al2O3)作为各热力学稳定相，并由此也可称为主晶相。已知存在稳定玻璃的较窄的范围已多次在文献中描述，如在P.W.McMillen“Glass Ceramics”，Academic Press，London，NY，SanFrancisco，第二版(1997)，第18页起。其中还描述，对从MAS体系玻璃转变成玻璃陶瓷，可考虑以TiO2、ZrO2以及P2O5作为晶核形成剂。在US-A-2920971(Stookey等人)中描述了含氧化钛和氧化镁的硅铝酸盐玻璃。其中通过热后处理使堇青石析出作为结晶的镁-铝-硅酸盐相。在EP-A-0289903中描述了一种玻璃涂层/陶瓷涂层基片，其含有上述三元体系的组成，其中SiO2的重量含量为42-68％。JA-91045027B(Nishigaki，J.等人)、JA-91131546A(Tanabe，N.等人)、JA-92106806A(Okubo，F等人)、EP 552377(Kawamura等人)描述了不同的玻璃组合物或玻璃陶瓷组合物。但该组合物不含结晶的镁-铝-硅酸盐相或含少于33重量％的SiO2。在EP-A-1067101、EP-A-1067102和EP-A-0941973中描述了含钇的MAS玻璃陶瓷作为存储器介质的基片。其中证实，在由35-65摩尔％的SiO2、5-25摩尔％的Al2O3、10-40摩尔％的MgO和5-12摩尔％的TiO2组成的基础玻璃混合料中加入0.8-10摩尔％的氧化钇可导致该玻璃更易熔融、具有优良的机械特性和经热处理后所形成的玻璃陶瓷的E-模量＞130Gpa。该陶瓷含具有可变组成如MgO∶Al2O3∶SiO2＝2∶2∶5；1∶1∶3，1∶1∶4的高石英混晶或混合物以及顽辉石(MgO·Al2O3或MgO·0.5Al2O5·SiO2)作为结晶相。TiO2作为晶核形成剂，其另外在一定的范围内补偿了玻璃透明性的损失。Y2O3作为降低加工温度的添加剂。但Y2O3含量＞10摩尔％是不希望的，因为它大大增加了玻璃的结晶化倾向。至今常用的玻璃陶瓷通常含顽辉石、镁橄榄石和堇青石作为主晶相。也描述了尖晶石相和假蓝宝石相作为次生相。SiO2含量的下限为35重量％，通常SiO2下限为40或42-44重量％。至今都认为，在该SiO2浓度以下不可制备工业中可加工的玻璃。在JA-A-2000-327365中描述含碱金属玻璃的下限为25重量％的SiO2，在JA-A-11079785中描述无碱金属玻璃的下限为30重量％。本专利技术的目的在于提供具有低SiO2含量的新玻璃，但该玻璃在玻璃工业中是可加工的，并且可转变成具有高E-模量的玻璃陶瓷。此外本专利技术的目的还在于提供一种玻璃陶瓷，其可被抛光到所需的表面粗糙度，并可用作磁性存储盘和反射镜系统的基片。所述目的是通过在权利要求中所定义的玻璃和由其所制得的玻璃陶瓷和其应用实现的。意外地发现，如果在玻璃中加入Y2O3、Nb2O5和/或Ln2O3就可制备含低于前述的＞30重量％的小含量的形成晶格的SiO2并同时适于工业加工的玻璃和玻璃陶瓷。还意外发现，这种玻璃不仅是高刚性和耐断裂的，而且在按需晶核形成或陶瓷化前其对晶相形成是稳定的，即可被冷却以去应力。此外该玻璃陶瓷可被抛光到Ra＜0.5nm的所需表面粗糙度。本专利技术的玻璃或由其制得的玻璃陶瓷由三元体系“SiO2-MgO-Al2O3”构成，并还含一定含量的B2O3。其SiO2的最小含量为5重量％，特别是10重量％，特别优选15重量％。其上限通常为33重量％或30重量％，优选28重量％，特别优选25重量％。MgO的最小含量为5重量％，优选8重量％，特别优选10重量％。MgO的上限为25重量％，优选20重量％。Al2O3的含量至少为25重量％，优选至少为30重量％。Al2O3的最高含量为40重量％，优选38重量％。氧化硼不是必须存在的，但B2O3的含量经常至少为1重量％，通常至少为2重量％，优选至少为3重量％，在本专利技术的组合物中B2O3含量的上限最大为15重量％，通常最大为12重量％，优选最大为10重量％或最大为9重量％。在本专利技术的组合物中Y2O3、Ln2O3和Nb2O3组氧化物的含量至少为0.1重量％，通常至少为3重量％，优选至少为12重量％。这些氧化物的上限为30重量％，优选28重量％，特别优选上限为25重量％。各个氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备Ｅ－模量＞１１０Ｇｐａ的高刚性耐断裂玻璃陶瓷的含镁的硅铝酸盐型可结晶化的玻璃，其特征在于具有下列含量：５－３３重量％的ＳｉＯ↓［２］２５－４０重量％的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］５－２５重量％的ＭｇＯ０ －１５重量％的Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］０．１－３０重量％的Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｌｎ↓［２］Ｏ↓［３］、Ａｓ↓［２］Ｏ↓［３］和／或Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］０．１－１０重量％的Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D斯普伦格尔，T查豪，R利巴尔德，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]