本发明专利技术公开了一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃及其制备方法和应用。所述微晶玻璃由包含如下摩尔百分比的组分制备得到：40～55％SiO2、12～30％Al2O3、6～22％Na2O、0～1％K2O、4～8％MgO、0～2.2％CaO、1.8～3％ZnO、2.1～5％B2O3、1～4％ZrO2和1～5％P2O5；其主晶相为(Mg，Zn)Al2O4，次晶相为二氧化锆，主晶相和次晶相的晶粒尺寸均≤50nm。本发明专利技术制得的微晶玻璃无色，不管是熔制温度和热处理温度都要低于一般的尖晶石微晶玻璃，从而降低了其生产能耗。另外，该微晶玻璃能进行化学强化，增强其力学性能，进一步拓宽其应用领域。进一步拓宽其应用领域。进一步拓宽其应用领域。
【技术实现步骤摘要】
一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于无机材料领域，尤其涉及一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]目前市场上所采用的盖板材料主要是锂铝硅体系，相较于锂矿资源的稀缺，钠、镁原料储备量要丰富的多，随着新能源行业的发展，锂原料价格的飞涨，导致生产成本大幅增加。并且锂铝硅体系需要采用两步法进行化学强化，其工艺过程较为复杂，也增加了生产的成本。钠镁铝硅体系微晶玻璃是一种优异的候选材料，其主要晶相为尖晶石。尖晶石是具有立方结构的氧化物，化学通式为AB2O4,其中A是具有四面体配位的Zn、Fe或Mg等二价金属离子，B是具有八面体配位的A1、Cr或Fe金属离子,属于Fd3m空间群。常见的镁铝尖晶石(MgAl2O4)晶体，由于Al
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O、Mg
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O均形成较强的离子键，使得其结构牢固，硬度大(8)，熔点高(2135℃),化学性质稳定。尖晶石在玻璃中可控析出可以增加其力学性能，通过控制其热处理制度获得力学性能良好的透明微晶玻璃。
[0003]但含有尖晶石的微晶玻璃通常使用TiO2成核剂来进行成核。通常需要显著量的TiO2成核剂来在含有尖晶石的微晶玻璃中产生内部成核(例如，约5
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10重量％)，这是足以使前体玻璃(形成微晶玻璃制品的玻璃)中呈黄色或琥珀色的量，限制了其在手机盖板领域和其他对透明度和颜色有特定要求领域的使用。并且尖晶石微晶玻璃中含有大量的MgO，只含有少量的Na2O，难以进行化学强化，对于盖板玻璃领域来说，其是否能进行化学强化也是一个重要的考量指标，所以相较于可化学强化的微晶玻璃制备，存在天然的劣势。
[0004]因此，本领域需要透明、无色且可化学强化的含有尖晶石的微晶玻璃制品。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃及其制备方法和应用。本专利技术通过玻璃成分设计及热处理工艺控制得到具有较高的可见光透过率并且无色、能进行化学强化的微晶玻璃，且此体系微晶玻璃中含有较多的Na2O，可以在较低温度下熔制，又由于组分含有半径较小的Na
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，因此可以直接借用普通铝硅酸盐玻璃“一步法”与硝酸钾熔盐中K
+
进行离子交换，实现化学强化。进一步增强其力学性能。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃，由包含如下摩尔百分比的组分制备得到：40～55％SiO2、12～30％Al2O3、6～22％Na2O、0～1％K2O、4～8％MgO、0～2.2％CaO、1.8～3％ZnO、2.1～5％B2O3、1～4％ZrO2和1～5％P2O5；其主晶相为(Mg，Zn)Al2O4，次晶相为二氧化锆，主晶相和次晶相的晶粒尺寸均≤50nm。
[0008]优选的，所述无色透明可化学强化的尖晶石微晶玻璃，由包含如下摩尔百分比的组分制备得到：44～50.2％SiO2、18～21％Al2O3、13～18％Na2O、0～1％K2O、4～8％MgO、0～2.2％CaO、1.8～3％ZnO、2.1～5％B2O3、1.5～2％ZrO2和2.7～3.8％P2O5。
[0009]优选的，无色透明可化学强化的尖晶石微晶玻璃，由包含如下摩尔百分比的组分制备得到：47％SiO2、19.3％Al2O3、15.7％Na2O、0％K2O、6.5％MgO、0％CaO、2％ZnO、5％B2O3、1.5％ZrO2和3％P2O5。
[0010]优选的，按摩尔百分比计，3％≤(P2O5+ZrO2)≤7％。
[0011]优选的，按摩尔百分比计，6％≤(MgO+ZnO)≤11％。
[0012]本专利技术制备得到的可化学强化的尖晶石微晶玻璃，在经过化学强化后，还包含压缩应力层，所述平均压缩应力在800MPa以上。
[0013]上述一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：
[0014](1)按照组分配比将所有原料混匀后于1500～1650℃下保温熔制2h制备得到前体玻璃，然后成型得到板坯，板坯于500～600℃下退火3h得到玻璃板坯；
[0015](2)将步骤(1)所述玻璃板坯以10℃/min的加热速率加热到600～700℃的成核温度(Tn)并保温2～8h，然后再以5～8℃/min的加热速率加热到700～850℃的结晶温度(Tn)并保温2～10h，最后自然冷却至室温即制备得到所述尖晶石微晶玻璃。
[0016]优选的，步骤(1)所述成型为浇铸成型。
[0017]优选的，步骤(2)所述玻璃板坯以10℃/min的加热速率加热到700℃的成核温度(Tn)并保温2h。
[0018]优选的，步骤(2)中，以5℃/min的加热速率加热到800℃的结晶温度(Tn)并保温2h。
[0019]上述一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃在制备手机盖板和其他对透明度和颜色有特定要求的玻璃中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0021]本专利技术制备出了一种无色、透明且可化学强化的尖晶石微晶玻璃制品，与传统尖晶石微晶玻璃相比，本专利技术不含TiO2，所以制得的微晶玻璃是无色的，且不管是熔制温度和热处理温度都要低于一般的尖晶石微晶玻璃，从而降低了其生产能耗。并且本专利技术公开的微晶玻璃制品可以进行化学强化，增强其力学性能，进一步拓宽其应用领域，如高强玻璃盖板和耐划伤后盖等。
附图说明
[0022]图1为实例2中，以10℃/min的加热速率加热到700℃并保温4h，然后再以5℃/min的加热速率加热到800℃并保温4h，最后自然冷却至室温即制备得到所述尖晶石微晶玻璃在300～700nm波长的透过率曲线。
[0023]图2为实例6中，700℃核化2h然后在800℃晶化6h后通过XRD衍射仪测得的样品衍射图谱。
[0024]图3为样品2
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3通过FSM
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6000LE仪器测得的应力条纹。
[0025]图4为样品2
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5通过EPMA测得的表面至内部100μm的K
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分布图。
[0026]图5为实例1中，以10℃/min的加热速率加热到700℃并保温2h，然后再以5℃/min的加热速率加热到800℃并保温2h，最后自然冷却至室温即制备得到所述尖晶石微晶玻璃的实物图。
[0027]图6为实例6中，以10℃/min的加热速率加热到700℃并保温2h，然后再以5℃/min
的加热速率加热到800℃并保温2h，最后自然冷却至室温即制备得到所述尖晶石微晶玻璃的SEM微观形貌图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]实施例1
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃，其特征在于，由包含如下摩尔百分比的组分制备得到：40～55％SiO2、12～30％Al2O3、6～22％Na2O、0～1％K2O、4～8％MgO、0～2.2％CaO、1.8～3％ZnO、2.1～5％B2O3、1～4％ZrO2和1～5％P2O5；其主晶相为(Mg，Zn)Al2O4，次晶相为二氧化锆，主晶相和次晶相的晶粒尺寸均≤50nm。2.根据权利要求1所述一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃，其特征在于，由包含如下摩尔百分比的组分制备得到：44～50.2％SiO2、18～21％Al2O3、13～18％Na2O、0～1％K2O、4～8％MgO、0～2.2％CaO、1.8～3％ZnO、2.1～5％B2O3、1.5～2％ZrO2和2.7～3.8％P2O5。3.根据权利要求2所述一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃，其特征在于，所述所述无色透明可化学强化的尖晶石微晶玻璃，由包含如下摩尔百分比的组分制备得到：47％SiO2、19.3％Al2O3、15.7％Na2O、0％K2O、6.5％MgO、0％CaO、2％ZnO、5％B2O3、1.5％ZrO2和3％P2O5。4.根据权利要求1所述一种可化学强化的尖晶石微晶玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，3％≤(P2O5+ZrO2)≤7％。5.根据权利要求1所述一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：王静，佘文涛，韩建军，李路瑶，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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