專利名稱：含晶核劑玻璃核化條件的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含晶核劑玻璃核化條件的優(yōu)化方法，具體是指核化溫度和核化時間的 優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
微晶玻璃是通過加入晶核劑，經(jīng)過熱處理的過程在玻璃中形成晶核，再使晶核長大而 形成的玻璃與晶體共存的均勻多晶材料。在微晶玻璃形成過程中，熱處理是最為重要的工 藝，直接影響到微晶玻璃的顯微結(jié)構(gòu)及力學性能。熱處理一般包括核化及晶化過程，其中 核化過程是微晶玻璃中最為重要的步驟。有效的核化過程能使玻璃具有極大的成核率，而 所形成的晶核微小、不粗大。核化條件主要包括核化溫度和核化時間。最佳的核化溫度一 般介于相當于粘度為10" 10 白的溫度范圍之間，晶核粒度約為3 7納米。按照現(xiàn)有技術(shù) 初步估計，最佳核化溫度介于玻璃相變點溫度(Tg)和比其高5(TC的溫度之間。為獲得準 確的最佳核化溫度，人們采用不同的測試技術(shù)對微晶玻璃核化進行研究；比如利用差熱分 析測定的玻璃相變溫度(Tg)來大致確定核化溫度，或者利用不同核化溫度處理后的成品 的物理化學性質(zhì)進行推斷，或者利用玻璃液滴失透現(xiàn)象來確定。但是這些方法均很難獲得 準確的最佳核化溫度和核化時間。CN1970479公開了一種微晶玻璃熱處理條件的確定方法，其采用差熱分析對預核化處 理后的玻璃進行研究，并利用熱流分析曲線上晶化峰面積對溫度的曲線圖來確定最佳核化 溫度和核化時間。該專利以核化峰溫度作為基點，左右增加或減小2(TC后作為核化溫度范 圍，由于設(shè)定的溫度范圍較窄，因此容易產(chǎn)生誤差。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，采用本發(fā)明 的方法能準確地獲得最佳的核化溫度和核化時間。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，采用 差熱分析方法獲得最佳核化溫度和最佳核化時間。作為本發(fā)明的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法的改進，該方法依次進行以下步驟1) 、獲得最佳核化溫度將退火后的含晶核劑玻璃進行差熱分析，根據(jù)差熱曲線上的玻璃相變溫度和析晶峰溫 度確定核化溫度范圍，使核化溫度的下限靠近玻璃相變溫度、上限小于析晶峰溫度；然后 在該溫度范圍內(nèi)每隔15 25'C選取一個溫度點，并分別針對上述每個溫度點進行玻璃的預 核化處理；接著對所有預核化處理后的玻璃進行差熱分析，得到相應的析晶峰溫度；最小 析晶峰溫度對應的預核化溫度即為微晶玻璃的最佳核化溫度；2) 、獲得最佳核化時間在最佳核化溫度下，在0.5 2小時的預核化時間范圍內(nèi)，每隔20 40分鐘選取一個時 間點，并分別針對上述每個時間點進行預核化處理；接著對所有預核化處理后的玻璃進行 差熱分析，得到相應的析晶峰溫度；最小析晶峰溫度對應的預核化時間即為微晶玻璃的最 佳核化時間。作為本發(fā)明的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法的進一步改進，步驟1)和步驟2) 中的差熱分析條件均為將含晶核劑玻璃進行研磨、過100目篩后，取9 llmg進行差熱 分析；采用德國耐馳公司STA409熱分析儀，測試條件為升溫速率2(TC/min，最高溫度 IIOO'C。作為本發(fā)明的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法的進一步改進步驟1)中核化溫度的下限為玻璃相變溫度減去50 18(TC，核化溫度的上限為析晶峰溫度減去1 5(TC。作為本發(fā)明的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法的進一步改進步驟l)中每隔2(TC 選取一個溫度點；步驟2)中每隔30分鐘選取一個時間點。作為本發(fā)明的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法的進一步改進步驟l)中的預核化時間是根據(jù)常規(guī)核化時間來初步確定的， 一般為1小時。本發(fā)明的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上所進行的改造； 其提出了采用玻璃預核化的方法來進行含晶核劑玻璃核化的研究，從而確定最佳的核化溫 度和核化時間。本發(fā)明的確定方法，主要對含晶核劑玻璃進行預核化處理，由于預核化處理后的玻璃 中有大量納米晶核形成，在晶化處理(或者說在后續(xù)加熱過程)中結(jié)晶相對容易生產(chǎn)，表 現(xiàn)在DTA圖譜上的晶化峰向低溫段發(fā)展，即玻璃中晶核數(shù)量越多，玻璃的結(jié)晶就越容易， 析晶峰溫度就越低。本發(fā)明就是利用上述原理對含晶核劑玻璃進行核化研究。綜上所述，本發(fā)明的方法是根據(jù)玻璃相變溫度和析晶峰溫度來確定核化溫度范圍，因 此溫度范圍更寬，核化溫度下限比玻璃相變溫度低50 180°C，上限溫度必須低于析晶峰 溫度(如果高于析晶峰溫度，那么玻璃就處于晶化階段而非核化階段)。核化溫度范圍寬， 不但能準確地確定最佳核化溫度，而且還能克服差熱分析帶來的誤差。本發(fā)明的方法簡單、 直觀、準確，無需進行其它計算，能直接根據(jù)差熱分析曲線得知最佳核化溫度和核化時間。 本發(fā)明的方法與現(xiàn)有熱處理制度的優(yōu)化方法相比，更直觀、更科學，可廣泛用于各類玻璃 核化過程的研究。為了證明本發(fā)明的優(yōu)點，發(fā)明人作了如下的對比實驗采用一種含1.5XP205無氟鋰鋁硅玻璃作為實驗樣品，研磨通過100目篩子，做差熱 分析，得到玻璃的相變點溫度82(TC，核化峰溫度在830。C，析晶峰溫度849。C。分別采用 下面兩種方法來確定最佳核化溫度和核化時間。A組實驗采用CN1970479的方法，分別選擇810°C、 820°C、 830°C、 840°C、 850 'C溫度下，將基礎(chǔ)玻璃核化1小時；將核化后的玻璃研磨并通過100目篩子，做差熱分析， 根據(jù)差熱分析曲線計算熱流曲線晶化峰面積，得到上述核化玻璃的最終析晶峰面積分別為 420焦耳/克、405焦耳/克、375焦耳/克、390焦耳/克和402焦耳/克，根據(jù)該專利原理， 析晶峰面積最大對應的核化溫度即為最佳核化溫度，本試樣的最佳核化溫度為81(TC。B組實驗采用本發(fā)明的方法，核化溫度范圍下限為64(TC，上限為840'C (低于析 晶峰溫度)，在64(TC 840'C內(nèi)每隔20'C取點，在上述不同的溫度點下將基礎(chǔ)玻璃核化1 小時；將核化后的玻璃研磨并通過IOO目篩子，做差熱分析，根據(jù)差熱分析曲線讀出析晶 峰，上述核化玻璃的析晶峰溫度為855.7°C、 852.2°C、 850.5°C、 859.1°C、 853.9°C、 843.6 °C、 859.1°C、 996.3°C、 1023.8°C、 1060°C、 1656°C。根據(jù)本發(fā)明的原理，最小析晶峰溫度 對應的預核化溫度即為最佳核化溫度，本試樣的最佳核化溫度為740°C。根據(jù)上述兩種方法確定的最佳核化溫度，分別對基礎(chǔ)玻璃核化處理1小時，將核化后 的玻璃研磨，進行X射線一衍射分析后發(fā)現(xiàn)810'C核化處理的玻璃出現(xiàn)明顯的e—石英 固熔體晶相；而74(TC核化處理的玻璃雖然出現(xiàn)饅頭型峰值，但沒有明顯的晶相產(chǎn)生，說 明此溫度下玻璃晶核大量產(chǎn)生，并沒有生長成晶核。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。 圖1是含氟磷鋰鋁硅玻璃的差熱分析曲線；圖2是預核化處理后含氟磷晶核劑玻璃的差熱分析曲線；圖3是含氟磷鋰鋁硅玻璃的析晶峰溫度與預核化溫度的關(guān)系圖；圖4是含氟磷鋰鋁硅玻璃的析晶峰溫度與預核化時間的關(guān)系圖。
具體實施方式
一種含氟0.5%、磷1.2%晶核劑的鋰鋁硅玻璃原料(以上含量為重量含量)，放入高 溫玻璃溶爐中，熔制溫度為1550—165(TC，熔制時間為3 — 5小時，熔制完備后，將熔融 液倒入預熱模具中成型，經(jīng)58(TC溫度退火1小時，消除內(nèi)應力；然后，隨爐冷卻至室溫， 獲得含氟磷鋰鋁硅玻璃。確定上述含氟磷鋰鋁硅玻璃的最佳核化溫度和核化時間步驟如 下(1) 將退火后玻璃試樣研磨成粉，過100目篩，進行差熱分析，獲得差熱分析曲線 (圖1)。由于核化溫度一般在玻璃相變點附近，根據(jù)差熱分析曲線，玻璃相變點溫度為755.3°C，析晶峰溫度為836.8°C，因此設(shè)定核化溫度范圍為640 800°C。(2) 在640 80(TC的溫度范圍內(nèi)均勻取點(每隔20。C)，分別在該溫度點進行玻璃 的預核化處理l小時，處理后的玻璃均進行差熱分析(圖2)，得到相應的析晶峰溫度，作 預核化溫度與析晶峰溫度關(guān)系(圖3)。(3) 根據(jù)預核化溫度與析晶峰溫度關(guān)系圖，在70(TC時達到最低的析晶峰溫度值 795.6°C。由于最低析晶峰溫度對應的預核化溫度即是玻璃最佳的核化溫度，所以，含氟磷 鋰鋁硅玻璃的最佳核化溫度為700°C。(4) 在最佳核化溫度(700°C)下，初步確定核化時間范圍為30分鐘 120分鐘，每 隔30分鐘選取一個時間點，在不同的核化時間下對玻璃進行預核化處理，處理后的玻璃 均進行差熱分析得到相應的析晶峰溫度，作預核化時間與析晶峰溫度關(guān)系圖(圖4)。在l 小時預核化時達到最低的析晶峰溫度值795.6°C。由于最小析晶峰溫度對應的預核化時間 即為微晶玻璃的最佳核化時間，所以，含氟磯鋰鋁硅玻璃的最佳核化時間為1小時。上述步驟中的差熱分析的條件均為玻璃樣品進行研磨，過100目篩，取10mg左右 進行差熱分析。差熱分析采用德國耐馳公司STA409熱分析儀，測試條件為升溫速率20 。C/min，最高溫度1100。C。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個具體實施例。顯然，本發(fā)明不 限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接 導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，其特征是 采用差熱分析方法獲得最佳核化溫度和最佳核化時間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，其特征是依次進行以下步驟1) 、獲得最佳核化溫度將退火后的含晶核劑玻璃進行差熱分析，根據(jù)差熱曲線上的玻璃相變溫度和析晶峰溫度 確定核化溫度范圍，使核化溫度的下限靠近玻璃相變溫度、上限小于析晶峰溫度；然后在該 溫度范圍內(nèi)每隔15 25'C選取一個溫度點，并分別針對上述每個溫度點進行玻璃的預核化處 理；接著對所有預核化處理后的玻璃進行差熱分析，得到相應的析晶峰溫度；最小析晶峰溫 度對應的預核化溫度即為微晶玻璃的最佳核化溫度；2) 、獲得最佳核化時間在最佳核化溫度下，在0.5 2小時的預核化時間范圍內(nèi)，每隔20 40分鐘選取一個時間點， 并分別針對上述每個時間點進行預核化處理；接著對所有預核化處理后的玻璃進行差熱分析， 得到相應的析晶峰溫度；最小析晶峰溫度對應的預核化時間即為微晶玻璃的最佳核化時間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，其特征是所述步驟l) 和步驟2)中的差熱分析條件均為將含晶核劑玻璃進行研磨、過100目篩后，取9 llmg進 行差熱分析；采用德國耐馳公司STA409熱分析儀，測試條件為升溫速率2(TC/min，最高 溫度IIOO'C。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，其特征是所述步驟l) 中核化溫度的下限為玻璃相變溫度減去50 18(TC，核化溫度的上限為析晶峰溫度減去1 50 。C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，其特征是所述步驟l)中 每隔20'C選取一個溫度點；步驟2)中每隔30分鐘選取一個時間點。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，其特征是所述步驟l)中 的預核化時間為l小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含晶核劑玻璃核化條件的確定方法，采用差熱分析方法獲得最佳核化溫度和最佳核化時間。獲得最佳核化溫度具體為將退火后的含晶核劑玻璃進行差熱分析，選取不同的溫度點進行預核化處理；再對預核化處理后的玻璃進行差熱分析；最小析晶峰溫度對應的預核化溫度即為微晶玻璃的最佳核化溫度；獲得最佳核化時間具體為在最佳核化溫度下，選取不同的時間點進行預核化處理；再對預核化處理后的玻璃進行差熱分析；最小析晶峰溫度對應的預核化時間即為微晶玻璃的最佳核化時間。采用本發(fā)明的方法能準確地獲得最佳的核化溫度和核化時間。
文檔編號C03B32/02GK101215077SQ20081005915
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日
發(fā)明者張玲潔, 明 曹, 輝 楊, 郭興忠 申請人:浙江大學