具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法及该微晶玻璃技术

本发明专利技术提供一种具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法及该微晶玻璃，包括如下步骤：取含有SiO2、Al2O3、Li2O、Na2O、K2O的原料，将其混合后熔化，获得未析晶的前体玻璃；将前体玻璃置于含锂熔盐中进行离子交换处理，之后取出进行晶化处理，其中，在晶化处理在氧化气氛中进行；以及通过上述方法制备的微晶玻璃。本发明专利技术制备的微晶玻璃表层结晶程度高且晶粒尺寸大，而其内部晶粒细小致密，玻璃表层结晶程度高且晶粒尺寸大可防止表层微裂纹的产生，获得高抗弯强度，其内部晶粒细小致密可保证微晶玻璃更高的断裂韧性，以上两个方面的结合能进一步提高微晶玻璃整体的机械性能。高微晶玻璃整体的机械性能。高微晶玻璃整体的机械性能。

【技术实现步骤摘要】
具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法及该微晶玻璃


[0001]本专利技术属于玻璃材料的
，具体涉及一种具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法及该微晶玻璃。

技术介绍

[0002]微晶玻璃是由母体玻璃通过晶化热处理形成的，内部含有均匀致密的晶体颗粒和残余玻璃相的材料。相比于普通玻璃，其表现出一系列优良的性质，如良好的机械性能、热学性能和电学性能等，应用范围十分广泛。
[0003]5G时代下，智能终端数量和种类大幅增加(手机、电脑、穿戴设备、家居、汽车等)，盖板玻璃作为触摸屏的保护材料，是各类终端设备的关键材料之一。微晶玻璃是新兴的盖板材料，其耐摔性能比普通玻璃提升4倍，维氏硬度达到(HV
0.2
)7.6Gpa，大大超越了普通玻璃盖板。
[0004]微裂纹的产生和扩展是材料抗弯强度和断裂韧性降低的重要原因。，微晶玻璃通过晶粒抑制了新裂纹的产生以及阻碍了已有裂纹的扩展，可以获得较高的抗弯强度和断裂韧性。其中，大尺寸晶粒更有利于防止新裂纹的产生从而提高抗弯强度，小尺寸晶粒更有利于阻碍已有裂纹的扩展从而提高断裂韧性。然而，目前成功应用的微晶玻璃都是通体晶粒尺寸均匀的材料，在晶粒尺寸上做了一个折中的选择，从而保证抗弯强度和断裂韧性都具有较优的水平。表层为此，亟需一种既能大幅抑制表层新的微裂纹产生，又能具备更高断裂韧性的微晶玻璃，从而获得机械性能更优的微晶玻璃。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法，该方法制备的微晶玻璃的晶粒尺寸为梯度分布结构，其表层晶粒尺寸大，内部晶粒细小致密，可防止新裂纹的产生并阻碍裂纹的扩展，保证微晶玻璃较高的抗弯强度和断裂韧性，从而提高微晶玻璃整体的机械性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：
[0008]取含有SiO2、Al2O3、Li2O、Na2O、K2O的原料，将其混合后熔化并成形，获得未析晶的前体玻璃；
[0009]将前体玻璃置于含锂熔盐中进行离子交换处理，之后取出进行晶化处理，其中，晶化处理在氧化气氛中进行。
[0010]进一步地，含锂熔盐包括NaNO
3 0
‑
50wt％和LiNO
3 50％
‑
100wt％。
[0011]进一步地，将前体玻璃置于含锂的熔盐中进行离子交换处理的时间为1
‑
16h，离子交换处理温度为350
‑
500℃。
[0012]进一步地，氧化气氛中氧气体积占比为21
‑
90％。
[0013]进一步地，晶化温度为530
‑
850℃。
[0014]进一步地，原料各组分的质量分数如下：
[0015][0016]本专利技术的另一个目的是提供一种根据上述的具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法制备的微晶玻璃。
[0017]进一步地，微晶玻璃的表层层晶粒尺寸为40～80nm，内部晶粒尺寸为30～50nm。
[0018]进一步地，所述表层的深度为从表层开始2～80μm。
[0019]进一步地，微晶玻璃的维氏硬度为7.8～8.5GPa，微晶玻璃的四点弯曲强度为400～900Mpa。
[0020]进一步地，微晶玻璃的表层晶化程度88～95％，内部晶化程度82～90％。
[0021]本专利技术的原理如下：
[0022]锂铝硅玻璃体系的析晶机理与其组成有很大关系，Li含量更高的组成有利于二硅酸锂的析晶，而Li含量相对较低的组成有利于透锂长石的析晶，在相同的晶化温度时，二硅酸锂晶粒粗大而透锂长石晶粒细小。见图1，玻璃原片在晶化之前，通过一定配比的LiNO3熔盐交换玻璃片表层层一定深度内的Na
+
、K
+
离子，以使得玻璃片表层层的Li含量提高，进而使表层层玻璃组分偏移至利于二硅酸锂析晶的范围，再通过控制熔盐配比(LiNO3与NaNO3配比)、离子交换温度和时间来控制玻璃片表层层Li的含量以及交换深度，由于Li
+
离子比Na
+
、K
+
离子体积小，故其不会引起玻璃表层压应力，因而不会影响后续晶化，再将处理好的玻璃片进行晶化处理，从而得到具有表层层晶粒大、内部晶粒小的“三明治”结构的微晶玻璃；
[0023]同时，晶化处理时，还进行氧化气氛控制，氧化气氛有利于玻璃表层层保持较高的Li
+
浓度，见图2，使已经交换到表层层的Li
+
离子不会在晶化时向内扩散，从而降低表层层析晶程度，维持析晶时表层层的晶粒快速生长，得到如图3所示的三明治结构。其机理如下：由于离子交换后表层层Li
+
离子浓度提高，在晶化热处理时，部分Li
+
离子会向内扩散，从而影响表层层析晶的效果。然而，在氧化气氛中对玻璃进行热处理时，玻璃表层层会产生电子空穴h
·
，电子空穴向内扩散，为保持电荷平衡Li
+
离子会向表层层扩散，从而可以减少Li
+
离子向内的扩散。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过将未析晶的玻璃与LiNO3熔盐进行离子交换，改变玻璃表层层的Li
+
离子含量，从而使得玻璃表层层组分偏移至利于二硅酸锂析晶的范围，再将其放于氧化气氛中进行晶化，从而使得玻璃在晶化时，其已经交换到
表层层的Li+离子不会在晶化时向内扩散影响表层层析晶，进而使得晶化后的玻璃形成为表层层结晶程度高且晶粒尺寸大而其内部晶粒细小致密的“三明治”结构的微晶玻璃，玻璃表层层结晶程度高且晶粒尺寸大可抑制表层微裂纹的产生，获得高抗弯强度，同时获得高硬度和耐刮擦性能，而其内部晶粒细小致密可保证微晶玻璃更高的断裂韧性，以上两个方面的结合能进一步提高微晶玻璃整体的机械性能。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中离子交换示意图；
[0026]图2为本专利技术中氧化气氛控制离子扩散原理简图；
[0027]图3为本专利技术的微晶玻璃内部结构示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例1微晶玻璃的表层晶粒的SEM图谱；
[0029]图5为本专利技术实施例1微晶玻璃的内部晶粒的SEM图谱；
[0030]图6为本专利技术实施例1微晶玻璃的XRD图谱；
[0031]图7为本专利技术对比例微晶玻璃的表层晶粒的SEM图谱；
[0032]图8为本专利技术对比例微晶玻璃的内部晶粒的SEM图谱。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取含有SiO2、Al2O3、Li2O、Na2O、K2O的原料，将其混合后熔化并成形，获得未析晶的前体玻璃；将前体玻璃置于含锂熔盐中进行离子交换处理，之后取出进行晶化处理，其中，晶化处理在氧化气氛中进行。2.根据权利要求1所述的具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，含锂熔盐包括NaNO
3 0
‑
50wt％和LiNO
3 50％
‑
100wt％。3.根据权利要求1所述的具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，将前体玻璃置于含锂的熔盐中处理的时间为1
‑
16h，处理温度为350
‑
500℃。4.根据权利要求1所述的具有梯度晶粒尺寸的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石懿瑾，罗恺，袁晓波，成磊，郭麒，李利，
申请(专利权)人：晋城市光机电产业协调服务中心晋城市光机电产业研究院，
类型：发明
国别省市：