專利名稱：低膨脹系數(shù)微晶玻璃及其熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低膨脹系數(shù)微晶玻璃，特別是涉及一種Li2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)的低膨脹系數(shù)微晶玻璃及其熱處理方法。
背景技術(shù)：
日本專利特開2005-89272及特開2005-231994公開了兩種低膨脹系數(shù)微晶玻璃，該兩種技術(shù)方案的化學(xué)組成中不含SrO，不清楚其析晶傾向和成形難易度。
現(xiàn)有的對(duì)低膨脹系數(shù)微晶玻璃的熱處理方法主要是兩步法，該方法主要針對(duì)要求快速熱處理的薄板或小塊玻璃，對(duì)大塊材料進(jìn)行熱處理較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低膨脹系數(shù)微晶玻璃，該微晶玻璃的析晶傾向小，容易成形，在20～100℃溫度范圍的線膨脹系數(shù)≤0.0±0.6×10-7/κ。
本發(fā)明還要提供一種上述低膨脹系數(shù)微晶玻璃的熱處理方法。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是低膨脹系數(shù)微晶玻璃，其重量百分比組成為SiO251.5～64％、P2O56.8～11％、Li2O3～5.2％、MgO0.5～2.2％、ZnO0.4～2.1％、CaO0.2～2.5％、BaO0.5～4.5％、SrO0.2～3％、Sb2O30.6～2％、Al2O3、TiO2和ZrO2，所述Al2O3和SiO2的重量百分比之和為75～84％，所述TiO2和ZrO2的重量百分比之和為3.5～5％。
上述低膨脹系數(shù)微晶玻璃的熱處理方法，采用一步法處理，晶化溫度為720～800℃。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過合理安排玻璃組份及各組份含量，使微晶玻璃的主晶相為β-石英及β-石英固熔體，晶體平均大小為40～100nm，主晶相含量70％左右，上述β-石英固熔體是指與β-石英結(jié)構(gòu)相似的β-鋰霞石(Li2O·Al2O3·2SiO2)。本發(fā)明微晶化后線膨脹系數(shù)(20～100℃)為0.0±0.6×10-7/κ，材料(樣品厚度5mm)在可見光區(qū)透過率達(dá)到或接近90％，且微晶玻璃的析晶傾向小，容易成形。


圖1是現(xiàn)有的熱處理方法示意圖。
圖2是本發(fā)明的熱處理方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
K2O和Na2O使玻璃的膨脹系數(shù)增大，而且會(huì)產(chǎn)生離子擴(kuò)散使微晶玻璃表面的鍍膜失效，因而本發(fā)明不含這兩種堿金屬氧化物。另外，為了保護(hù)環(huán)境，本發(fā)明不含有助熔的PbO和CdO及澄清劑As2O3。
SiO2是網(wǎng)絡(luò)形成體氧化物，其含量若低于51.5％(重量百分比含量，以下同)，將導(dǎo)致母體玻璃機(jī)械強(qiáng)度降低，微晶化后晶體尺寸粗大，殘余玻璃相中的SiO2組份過低；但當(dāng)SiO2含量超過64％，會(huì)提高母體玻璃粘度，導(dǎo)致條紋、氣泡和結(jié)石在玻璃中不能消失，因此，SiO2含量?jī)?yōu)選為51.5％～64％，更優(yōu)選為53.5～56％。
作為進(jìn)入β-石英固熔體組份，網(wǎng)絡(luò)形成體氧化物P2O5可促進(jìn)晶核劑ZrO2的熔解，有助于玻璃的澄清，并且使結(jié)晶后的膨脹系數(shù)曲線的彎曲度降低(即使膨脹系數(shù)盡可能接近零線座標(biāo))，P2O5可部分取代SiO2。P2O5也是促進(jìn)母體玻璃分相及成核的氧化物，其含量?jī)?yōu)選為6.8～11％，更優(yōu)選為7～8.6％。
Al2O3和SiO2的總含量直接影響玻璃的熔融性，考慮到作為主晶相組份的要求及晶化后殘余玻璃相的性質(zhì)，Al2O3和SiO2的總含量為75～84％，Al2O3/SiO2＝0.36～0.50。
Li2O為β-石英的重要組份，也是在熔融過程中起重要作用的熔劑，Li2O可部分被MgO和ZnO置換，其含量過高導(dǎo)致母體玻璃析晶性能變壞，晶化時(shí)尺寸過大，影響材料的透明性，因此，其含量?jī)?yōu)選為3～5.2％，更優(yōu)選為3.5～4.2％。
中間體氧化物ZnO是β-石英固熔體的組份之一，作為助熔劑引入，可使膨脹系數(shù)大幅降低(使膨脹系數(shù)曲線繞其與零線交點(diǎn)順時(shí)針偏轉(zhuǎn))，具有降低玻璃粘度和提高玻璃強(qiáng)度的作用，但當(dāng)ZnO含量過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致析晶，因此，ZnO含量?jī)?yōu)選為0.4～2.1％。
MgO也是β-石英固熔體組份之一，具有較好的助熔作用，可使膨脹系數(shù)不會(huì)降到負(fù)值較大的值，當(dāng)MgO、P2O5和ZnO的含量合理選擇后，會(huì)使膨脹曲線接近零線而且較為平直，因此，MgO含量?jī)?yōu)選為0.5～2.2％，更優(yōu)選為0.6～1.7％。
SiO2、P2O5、Al2O3、Li2O、MgO和ZnO都是形成β-石英固熔體的組份，其總含量過低時(shí)，殘余玻璃相多使膨脹系數(shù)增大；過高時(shí)，使熔融澄清均化造成困難，因此，其總含量應(yīng)為92～95％。
CaO為晶化后殘余玻璃相成份，具有較好的助熔作用，可降低玻璃高溫粘度，提高機(jī)械強(qiáng)度，其含量?jī)?yōu)選為0.2～2.5％，更優(yōu)選為0.8～2％。
BaO為晶化后殘余玻璃相成份，具有較好的助熔作用，可提高玻璃的失透性能，抑制晶體生長(zhǎng)粗大化，其含量?jī)?yōu)選為0.5～4.5％，更優(yōu)選為0.6～2.5％。
SrO作為堿土金屬氧化物引入，在對(duì)堿土金屬總量加以限定的條件下，引入的堿土金屬氧化物種類越多，其成形范圍越大，并且可以降低玻璃的析晶傾向。另外，SrO與CaO相同，可以使玻璃的硬度降低，有利于材料的研磨拋光加工。SrO的優(yōu)選含量為0.2～3％。
網(wǎng)絡(luò)外體的氧化物MgO、CaO、BaO和SrO作為堿金屬氧化物引入，具有較好的助熔作用，共同引入玻璃可降低熔化溫度，降低析晶能力。在對(duì)堿金屬氧化物總含量加以限制的條件下，引入的堿土金屬氧化物種類越多，其成型范圍越大，可使玻璃的硬度降低，有利于材料的研磨拋光加工。CaO、BaO和SrO為殘余玻璃相中的成份，CaO、MgO、SrO和BaO的總含量為2～6％。
TiO2和ZrO2作為玻璃晶核劑引入，TiO2和ZrO2的總含量?jī)?yōu)選為3.5～5％，TiO2/ZrO2＝1～3。
Sb2O3是澄清劑，優(yōu)選含量為0.6～2％。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法包括以下步驟按重量百分比組成計(jì)算配合料所采用的氧化物、碳酸鹽及足夠的硝酸鹽，準(zhǔn)確稱量后均勻混合成為玻璃配合料；將配合料加入已升溫至1540～1580℃的鉑金坩堝中，熔融過程中多次充分?jǐn)嚢?，升溫?580～1600℃澄清，均化降溫后將玻璃液澆注于模具中，經(jīng)粗退火降溫至室溫即可。
本發(fā)明的母體玻璃的熔制在較低的溫度范圍內(nèi)，通過充分?jǐn)嚢枋共Ａе械臈l紋、氣泡和結(jié)石基本消失，析出晶體尺寸微細(xì)而使其在可見光區(qū)透過率高。
圖1是現(xiàn)有的熱處理方法示意圖。將本發(fā)明的玻璃置于熱處理爐中，按圖2所示方法進(jìn)行熱處理采用一步法處理，晶化溫度為720～800℃，其具體方法是先按V1≤300℃/h的速度加熱到溫度為T1(玻璃應(yīng)變點(diǎn)溫度-50℃)，核化在升溫過程中實(shí)現(xiàn)，再按V2為0.1～12℃/h的速度加熱到晶化溫度720～800℃，最后按V3為-0.1～-8℃/h降溫。
本發(fā)明微晶玻璃的熱處理方法為一步法，這對(duì)塊狀材料尤其是大塊材料的熱處理最為合適。
實(shí)施例表1是本發(fā)明的5個(gè)實(shí)施例和2個(gè)比較例，本發(fā)明的5個(gè)實(shí)施例采用本發(fā)明的方法進(jìn)行熱處理，2個(gè)比較例采用現(xiàn)有的方法進(jìn)行熱處理。


權(quán)利要求
1.低膨脹系數(shù)微晶玻璃，其特征在于其重量百分比組成為SiO251.5～64％、P2O56.8～11％、Li2O3～5.2％、MgO0.5～2.2％、ZnO0.4～2.1％、CaO0.2～2.5％、BaO0.5～4.5％、SrO0.2～3％、Sb2O30.6～2％、Al2O3、TiO2和ZrO2，所述Al2O3和SiO2的重量百分比之和為75～84％，所述TiO2和ZrO2的重量百分比之和為3.5～5％。
2.如權(quán)利要求1所述的低膨脹系數(shù)微晶玻璃，其特征在于其重量百分比組成為SiO253.5～56％，P2O57～8.6％、Li2O3.5～4.2％、MgO0.6～1.7％、ZnO0.4～2.1％、CaO0.8～2％、BaO0.6～2.5％、SrO0.2～3％、Sb2O30.6～2％、Al2O3、TiO2和ZrO2，所述Al2O3和SiO2的重量百分比之和為75～84％，所述TiO2和ZrO2的重量百分比之和為3.5～5％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低膨脹系數(shù)微晶玻璃，其特征在于所述Al2O3和SiO2的重量百分比之比Al2O3/SiO2為0.36～0.50。
4.如權(quán)利要求1或2所述的低膨脹系數(shù)微晶玻璃，其特征在于所述SiO2、P2O5、Al2O3、Li2O、MgO和ZnO的重量百分比之和為92～95％。
5.如權(quán)利要求1或2所述的低膨脹系數(shù)微晶玻璃，其特征在于所述CaO、MgO、SrO和BaO的重量百分比之和為2～6％。
6.如權(quán)利要求1或2所述的低膨脹系數(shù)微晶玻璃，其特征在于所述TiO2和ZrO2的重量百分比之比TiO2/ZrO2＝1～3。
7.權(quán)利要求1所述的低膨脹系數(shù)微晶玻璃的熱處理方法，其特征在于采用一步法處理，晶化溫度為720～800℃。
8.權(quán)利要求7所述的低膨脹系數(shù)微晶玻璃的熱處理方法，其特征在于所述一步法是先按V1≤300℃/h的速度加熱到溫度為T1，所述T1是玻璃應(yīng)變點(diǎn)溫度-50℃，核化在升溫過程中實(shí)現(xiàn)，再按V2為0.1～12℃/h的速度加熱到晶化溫度720～800℃，再按V3為-0.1～-8℃/h降溫。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低膨脹系數(shù)微晶玻璃，其重量百分比組成為SiO
文檔編號(hào)C03C10/14GK1944300SQ20061002212
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者孫偉, 李啟甲, 黃剛 申請(qǐng)人:成都光明光電股份有限公司