确定玻璃陶瓷核化时间的方法技术

本发明专利技术提供一种确定玻璃陶瓷核化时间的方法，包括：测试前体玻璃的差热分析DSC曲线，获得玻璃转变点Tg和析晶峰位置Pc；选定一个核化温度Tn和一个晶化温度Tc，Tn范围为Tg～Tg+150℃，Tc范围为Pc

【技术实现步骤摘要】
确定玻璃陶瓷核化时间的方法


[0001]本专利技术属于属于玻璃陶瓷制备的
，具体涉及一种确定玻璃陶瓷核化时间的方法。

技术介绍

[0002]玻璃陶瓷是一种通过控制晶化在玻璃内部析出均匀分布的晶体颗粒的材料。一般随着晶体含量的增加，其机械性能也会逐步增加，如弯曲强度、维氏硬度、断裂韧性等。实用的玻璃陶瓷通常要求晶粒尺寸均一并且晶粒分布均匀。为了达到这一效果，一般采用二步法工艺制备玻璃陶瓷，即第一步在较低的温度进行核化，使前体玻璃中析出均匀密集的纳米级微小晶体作为晶核，然后第二步升温至较高的温度进行晶化，使目标晶体在晶核的基础上均匀生长。
[0003]晶核的数量是获得最终玻璃陶瓷中晶体含量的决定性因素，针对某个确定组成的前体玻璃，对于第一步核化工艺而言，其在核化温度范围内的某个固定温度下进行保温时，晶核数量随着保温时间的延长而增加，但是同时在该温度下能产生的晶核数量存在一个极限。判断某一核化温度下达到核化极限所需要的时间对玻璃陶瓷的制备和生产非常重要。核化时间不足时，晶核数量没有达到该玻璃陶瓷组成的最大值，导致最终制品的物理性能没有得到完全体现。核化时间过长时，产生了一段无效核化时间，导致生产效率的降低和能源的浪费。
[0004]X射线衍射(XRD)是测试玻璃陶瓷中晶相含量的常用方法，然而，晶核的尺寸非常小，只经过第一步核化处理的玻璃陶瓷的X射线衍射峰非常微弱，采用XRD方法无法精确判断晶核的数量和含量，只能做定性的分析。SEM也可以判断晶核的数量，然而，其只能通过计数的方法统计暴露在测试样品表面的晶核数量，并且测试样品通常要进行酸液侵蚀以使晶核暴露出来，酸液浓度和侵蚀时间不当时，晶核往往也会被侵蚀掉，因此采用SEM评估晶核数量时也存在很大误差。
[0005]CN101215077A公开了一种含晶核剂玻璃核化条件的确定方法，其对预核化处理后的玻璃进行了差热分析，利用析晶峰温度的大小来确定最佳核化温度及时间。该专利在确定最佳核化温度后，仅选取了0.5～2h预核化时间范围来确定最佳核化时间，设定的时间范围过窄，2h远未达到玻璃陶瓷的核化极限时间。因此，本领域亟需一种能快速准确判断玻璃陶瓷达到核化极限时间的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种确定玻璃陶瓷核化时间的方法，该方法通过计算和比较析出晶体熔解时的吸热峰面积，从而快速准确地确定达到核化极限所需要的最短时间。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种确定玻璃陶瓷核化时间的方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1、测试前体玻璃的差热分析(DSC)曲线，获得玻璃转变点(Tg)和析晶峰位置(Pc)；
[0010]步骤2、确定一个核化温度(Tn)和一个晶化温度(Tc),核化温度(Tn)范围为Tg～(Tg+150℃),晶化温度(Tc)范围为(Pc
‑
60℃)～(Pc+60℃)；
[0011]步骤3、将前体玻璃在Tc热处理不同时间并分别测试DSC，把DSC曲线上的析晶峰完全消失时对应的时间设定为晶化时间(tc)；
[0012]步骤4、采用二步法制备玻璃陶瓷，包括：将前体玻璃加热到核化温度(Tn)并保温一定时间，然后继续加热到晶化温度(Tc)并保温tc时间；
[0013]步骤5、测试经过步骤4获得的玻璃陶瓷的差热分析(DSC)曲线，并计算DSC曲线上对应的吸热峰的积分面积；
[0014]步骤6、逐步延长核化时间，重复步骤4
‑
5，当DSC曲线吸热峰积分面积变化小于预设值时，所对应的核化时间为该核化温度Tn所需的最佳核化时间tn；
[0015]所述的一种确定玻璃陶瓷核化时间的方法，特别适用于采用二步法进行晶化处理的前体玻璃组成。所谓二步法晶化工艺，即第一步在较低的温度进行核化，使前体玻璃中析出均匀密集的纳米级微小晶体作为晶核，然后第二步升温至较高的温度进行晶化，使目标晶体在晶核的基础上均匀生长。
[0016]核化温度Tn通常在Tg至Tg+150℃范围内。在一些情况下，在相对较低的核化温度进行核化时，获得的晶核尺寸更小更均匀，在相对较高的核化温度进行核化时，获得的晶核尺寸偏差大。而更均匀的晶核尺寸有利于晶体生长(晶化)时获得更均匀的晶粒尺寸。通常更优选的核化温度也常常采用实验或测试的方法进行确定，如采用全方案的核化温度/核化时间、晶化温度/晶化时间的组合制备样品，然后通过最终获得的玻璃陶瓷的性能对比来获得针对某个性能的最佳的核化温度。
[0017]晶化温度(Tc)范围通常为(Pc
‑
60℃)～(Pc+60℃)。在一些情况下，晶化温度(Tc)是根据最终制品的性能要求确定的。例如，为了获得透明的玻璃陶瓷，Tc选择在较低的温度，为了获得较大的晶粒尺寸，Tc选择在较高的温度。通常更优选的晶化温度也常常采用实验或测试的方法进行确定，如采用全方案的核化温度/核化时间、晶化温度/晶化时间的组合制备样品，然后通过最终获得的玻璃陶瓷的性能对比来获得针对某个性能的最佳的晶化温度。
[0018]晶化时间(tc)可以通过将前体玻璃在Tc热处理不同时间并测试DSC，把DSC曲线上的析晶峰完全消失时对应的时间设定为晶化时间(tc)。在一些情况下，所述步骤3中用于确定晶化时间(tc)的前体玻璃可以是经过一定时间核化的。在一些情况下，所述步骤3中用于确定晶化时间(tc)的前体玻璃可以是经过一轮测试获得了tn后，在Tn温度经过tn时间核化过的。在一些情况下，所述步骤3中用于确定晶化时间(tc)的前体玻璃可以是经过几轮测试获得了tn后，在Tn温度经过tn时间核化过的。
[0019]在本专利技术所述的确定tn的过程中，要求排除tn变化以外的其它因素的影响。在一些情况下，确定tn过程中除了制备DSC测试测试样品时核化时间变化以外，晶化温度和时间，以及DSC测试的各项参数都不变，包括样品组成、样品重量、样品粒径、样品粒径范围。
[0020]在一些情况下，DSC测试样品的重量为10～50
㎎
，样品重量太小DSC测试结果中的放热峰和吸热峰太小，不利于精确判断析晶温度的位置，也不利于计算晶体熔解的吸热峰
积分面积，样品重量太大会导致放热峰和吸热峰随温度的变化滞后，带来与实际效果的偏差。
[0021]在一些情况下，DSC测试样品的重量差≤
±
10％，虽然DSC曲线中纵坐标表示的是单位重量样品放出或吸收的热量，但是在确定tn的同一批次DSC测试中，样品重量偏差会带来测试结果的偏差。
[0022]在一些情况下，DSC测试样品的粒径为0.1～5.0mm，针对测试样品析晶类型的不同可选择不同的粒径。在一些情况下，表面析晶的样品选择较小的粒径，整体析晶的样品选择较大的粒径。
[0023]在一些情况下，DSC测试样品的粒径分布≤
±
10％，根据测试样品析晶类型选择不同的粒径，并把粒径限制在一定范围，当粒径范围过大时会导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定玻璃陶瓷核化时间的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、测试前体玻璃的差热分析DSC曲线，获得玻璃转变点Tg和析晶峰位置Pc；步骤2、选定一个核化温度Tn和一个晶化温度Tc，核化温度Tn范围为Tg～Tg+150℃，晶化温度Tc范围为Pc
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60℃～Pc+60℃；步骤3、将前体玻璃在Tc热处理不同时间并分别测试DSC，将DSC曲线上的析晶峰完全消失时对应的时间设定为晶化时间tc；步骤4、制备玻璃陶瓷，在制备的过程中将前体玻璃先加热到核化温度Tn并保温一定时间，然后继续加热到晶化温度Tc并保温tc时间；步骤5、测试经过步骤4获得的玻璃陶瓷的差热分析DSC曲线，并计算DSC曲线上对应的吸热峰的积分面积；步骤6、逐步延长核化时间，重复步骤4
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【专利技术属性】
技术研发人员：牛俊，罗恺，袁晓波，成磊，李利，郭麒，
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：