[发明专利]一种含稀土的表面析晶微晶玻璃及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃技术领域，具体涉及一种含稀土的表面析晶微晶玻璃及其制备方法与应用。

背景技术

普通玻璃的强度并不是很高，大约在50MPa左右，但是理论强度值却大约在9810～29420MPa之间。原因在于玻璃表面存在着无数光学显微镜看不到的小裂纹，被称之为格里菲斯裂纹。这些裂纹呈半椭圆形起应力中心的作用，当玻璃加上负载时，断裂过程首先从裂纹处开始，比没有缺陷的玻璃发生的早。这就是玻璃表面的实际强度和理论强度相差大的原因。玻璃表面上的缺陷远比玻璃内部脆弱的多，所以想大幅度提高玻璃的强度，须首先对玻璃表面采取措施。表面析晶玻璃有望提高玻璃的强度，如果让玻璃表面晶化使得玻璃机体里面存在有高体积分数的极小晶体，用以限制由应力引起的格里菲斯裂纹，这样就可以使玻璃的强度提高到200MPa以上。

表面析晶玻璃如同在玻璃表面镀了一层保护膜，机械强度高，硬度大，耐磨性很好，化学稳定性和热稳定性良好，能够适应恶劣的使用环境；电绝缘性能优良，介电常数稳定，介电损耗小；与具有相同力学性能的金属材料相比，表面析晶玻璃材料质地致密，具有不透气、不透水等优良性能。而且，还可以利用不同组成的玻璃来制得具有特殊光学、热学、磁学、电学和生物学等功能的表面析晶玻璃，使得这种材料具有非常好的经济效益，且有望代替传统材料。

现有技术中制备析晶玻璃时，向玻璃中引入促进析晶的晶核剂，以促进所得玻璃的表面析晶。所述的促进析晶的晶核剂包括氧化钛、三氧化二铬或者这两者的混合物。通过简单的方法促进了玻璃的表面析晶，在无需对玻璃进行破碎的情况下，添加传统的整体析晶时使用的玻璃晶核剂(TiO₂、Cr₂O₃)就可以提高玻璃的表面析晶速度或表面析晶层中的晶相含量，此方法工艺简单易行，对表面析晶效果显著。并且，可以通过调节TiO₂、Cr₂O₃的用量得到不同析晶层厚度和晶体含量的析晶玻璃，满足各种不同需求。然而上述表面析晶的方法均需要向玻璃中引入析晶剂以达到表面析晶，效率较低，且制备得到的表面析晶微晶玻璃综合性能不够理想。

发明内容

本发明目的在于提供一种表面析晶微晶玻璃及其制备方法于应用，制备过程不需要添加任何的析晶剂，析晶效率高，表面析晶效果好，生产成本低，制备得到的微晶玻璃析晶厚度均匀，表面光滑，且可以提高微晶玻璃的紫外屏蔽能力、材料力学性能和耐碱性，实现太阳光中不同波长光之间的转化，提高微晶玻璃的光转化效率和发光强度，提高微晶玻璃的热稳定性和化学稳定性。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种表面析晶微晶玻璃，其原料包括第一组分和第二组分；所述第一组分包括氧化锌、氧化硼和二氧化硅，所述第二组分为稀土氧化物；其中，所述第一组分和所述第二组分的的摩尔比为100：(0～10)，且所述第二组分的摩尔数不为0；所述氧化锌、所述氧化硼和所述二氧化硅的摩尔比为(25～60)：(5～50)：(5～30)。需要说明的是，所述原料还可以包括杂质组分，所述杂质组分的总含量小于或等于所述原料总量的5wt％，所述杂质组分包括硫酸盐、氯化物、磷酸盐、钙、铅、铁、硝酸盐、硫酸盐、锰和氢氟酸中的一种或几种。

本发明提供的微晶玻璃析晶厚度均匀光滑，微晶玻璃的紫外屏蔽能力、材料力学性能和耐碱性强，可以实现太阳光中不同波长光之间的转化，提高微晶玻璃的光转化效率和发光强度，提高微晶玻璃的热稳定性和化学稳定性。

在本发明的进一步实施方式中，所述第一组分还包括氧化钠和/或氧化铝；其中，所述氧化铝、所述氧化钠和所述氧化锌的摩尔比为(0～4)：(0～20)：(25～60)，且所述氧化钠和所述氧化铝的摩尔数不同时为0。

在本发明的进一步实施方式中，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪和氧化钇中的一种或几种。

第二方面，本发明提供了一种表面析晶微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：将上述任一项的表面析晶微晶玻璃的原料混合均匀，得到混合物；将所述混合物加热熔制，得到玻璃液，将所述玻璃液浇铸成型后退火处理；将所述退火处理得到的产品进行热处理，得到表面析晶微晶玻璃成品。需要说明的是，优选通过研磨将表面析晶微晶玻璃的原料组分混合均匀。

本发明提供的表面析晶微晶玻璃的制备方法，制备过程不需要添加任何的析晶剂，析晶效率高，表面析晶效果好，生产成本低。