一種云母基玻璃陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種云母基玻璃陶瓷，其原料包括質(zhì)量含量為25～55％的氟金云母粉和質(zhì)量含量為45～75％的基體玻璃粉，基體玻璃粉主要由以下質(zhì)量百分比的組分組成：CaO 15～31％；SiO2 21～35％；B2O3 17～29％；Na2O 2～10％；MgO 4～11％和ZnO 6～13％。本發(fā)明的制備方法，按照基體玻璃粉的組份含量稱取原料，混合均勻后，經(jīng)熔融、淬火、球磨得到基體玻璃粉；再將基體玻璃粉與氟金云母粉混合，經(jīng)熔融、淬火、球磨得到玻璃粉；最后將玻璃粉依次經(jīng)模壓成型、燒結(jié)，得到云母基玻璃陶瓷。本發(fā)明的制備方法對原料要求簡單，成本較低，設(shè)備要求低，熔融溫度低，能耗相對較低。
【專利說明】
-種云母基玻璃陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于粉末冶金材料領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種云母基玻璃陶瓷W及利用粉末冶金 在低溫下制備該云母基玻璃陶瓷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 玻璃陶瓷是一種通過在玻璃中控制形核和晶化的材料，它結(jié)合了玻璃和陶瓷的優(yōu) 點。20世紀70年代，Beall研發(fā)出云母基玻璃陶瓷，因為該材料的（001)面易解理，使得裂紋 沿解理面解離或者云母/玻璃界面前發(fā)生偏轉(zhuǎn)和純化，材料能夠W粉末狀去除而不會發(fā)生 大塊的剝落和斷裂，從而可W獲得很高的機加工精度。玻璃陶瓷除了可W進行機加工，還具 有良好的電絕緣性和較高的強度，自從問世后，很快在航天飛機和電子儀表工業(yè)中得到應 用。隨后Corning公司進一步開發(fā)，將其應用于齒科修復方面。
[0003] 目前，制備云母基玻璃陶瓷主要有Ξ種方法:鑄造法、燒結(jié)法W及溶膠凝膠法。與 鑄造法和溶膠凝膠法相比，燒結(jié)法成本更低，并且過程簡單，尤其是在制備含有難烙氧化物 或者要求復相玻璃陶瓷方面。燒結(jié)法通常需要經(jīng)歷一到兩次的烙融過程，然后再退火或者 燒結(jié)形核晶化。但是如果母體玻璃按照KMg3(AlSi3化o)F2中化學成分配比，氣金云母則不可 能通過退火得到。目前主流的制備方法中，無論是燒結(jié)法還是融烙法，都需要通過高溫烙融 原料運一步驟(鑄造法為獲得大塊玻璃，燒結(jié)法為獲得玻璃渣碎片），并且高溫烙融都需要 高達1500~155(TC，運對工業(yè)設(shè)備提出很高的要求，并且能量消耗也是一個值得關(guān)注的方 面。針對運種情況，專利公開號為CN 1609028A的申請直接跳過原料烙融過程，將廢棄的玻 璃與云母晶體粉末混合與壓制燒結(jié)，此方法雖然能降低能耗但是難W制備云母基的復相玻 璃陶瓷。因此，研究一種既能整體上降低能耗又能得到具有較高的力學性能的復相玻璃陶 瓷W及制備方法是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種云母基玻璃陶瓷及其 制備方法方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0006] -種云母基玻璃陶瓷，其原料包括質(zhì)量含量為25 %~55 %的氣金云母粉和質(zhì)量含 量為45 %~75 %的基體玻璃粉，所述基體玻璃粉主要由W下質(zhì)量百分比的組分組成：
[0007] Ca0 15~31%;
[000引 Si02 21 ~35%;
[0009] B203 17 ~29%;
[0010] Na2〇2~10%;
[0011] MgO 4~11%和化0 6~13%。
[0012] 基于同一個發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種云母基玻璃陶瓷的制備方法，包括W下 步驟：
[0013] (1)按照基體玻璃粉的組份含量稱取原料，混合均勻后，經(jīng)烙融、澤火、球磨得到基 體玻璃粉；
[0014] (2)將步驟(1)得到的基體玻璃粉與氣金云母粉混合，經(jīng)烙融、澤火、球磨得到玻璃 粉；
[0015] (3)將步驟(2)得到玻璃粉依次經(jīng)模壓成型、燒結(jié)，即得到所述云母基玻璃陶瓷樣 品。
[0016] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（1)中，烙融的具體過程為先W10~15°C/min 的升溫速率升至800~llOOr并保溫1~化;所述澤火是指在去離子水中澤火;所述球磨采 用干法球磨，球磨過程的工藝參數(shù)包括球磨機的轉(zhuǎn)速為150~20化/min,球料質(zhì)量比為（1: 1)~(2:1)，球磨時間為2~地。
[0017] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，烙融的具體過程為先W10~15°C/min 的升溫速率升至1250~1350°C并保溫1.5~化;所述澤火是指在去離子水中澤火;所述球磨 采用濕法球磨，W無水乙醇為球磨介質(zhì)，球磨過程的工藝參數(shù)包括球磨機的轉(zhuǎn)速為220~ 300r/min，球料質(zhì)量比為(3:1)~(4:1)，球磨時間為12~2地。
[0018] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，基體玻璃粉、氣金云母粉和玻璃粉的粒 徑均為350~100目。
[0019] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(3)中，模壓成型過程中的壓力為70~200MPa， 保壓時間為5~10s;壓巧尺寸為32 X 15 X 7~32 X 15 X 10mm3。
[0020] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(3)中，燒結(jié)分兩階段進行;所述第一階段為脫 脂階段：W5~15°C/min的升溫速率升至500~550°C，并保溫1~化;所述第二階段為晶化階 段：W5~8°C/min的升溫速率繼續(xù)升至800~950°C，并保溫5~化。
[0021] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述基體玻璃粉的組份含量W各組分的質(zhì)量百分比計， 包括 15~31% 的Ca0、21 ~35% 的Si〇2、17~29% 的B203、2~10% 的化2〇、4~11% 的MgO和6 ~13%的化0。
[0022] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述基體玻璃粉的添加量為45~75wt% ;氣金云母粉的 添加量為25~55wt%。
[0023] 本發(fā)明通過控制原料的組份，在基體玻璃中加入17~29%的低烙點組分B2化(450 °C)，可W使得基體玻璃在1000°C完全烙融。同時由于氣金云母為高烙點的晶體（1550°〇， 單純將氣金云母和其他氧化物混合，難W在較低的溫度（I30(rc)實現(xiàn)烙融狀態(tài)，本發(fā)明通 過研究發(fā)現(xiàn)將基體玻璃粉和云母晶體粉末混合，可W形成共晶效應，降低烙點，使得云母在 較低溫度下就能烙融。
[0024] 本發(fā)明的制備方法通過先制備低烙融溫度的基體玻璃粉，再將云母晶體粉與基體 玻璃粉混合，二次烙融，由于基體玻璃粉與云母粉形成類似合金中的共晶作用，使原料烙融 的溫度降低，從而整體降低制備過程中的能耗。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0026] (1)本發(fā)明的制備方法對原料要求簡單，成本較低，設(shè)備要求低，烙融溫度低至 1300°C即可獲得澄清玻璃，能耗相對較低。
[0027] (2)本發(fā)明的制備方法制備的云母基玻璃陶瓷為復相玻璃陶瓷，其中云母晶體的 比例可W調(diào)控。
[0028] (3)本發(fā)明的云母基玻璃陶瓷具有較高的力學性能。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明的制備云母基玻璃陶瓷的工藝流程圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明實施例燒結(jié)過程中熱膨脹隨溫度的變化曲線圖。
[0031] 圖3為本發(fā)明實施例1制備的云母基玻璃陶瓷的X射線衍射分析譜圖。
[0032] 圖4為本發(fā)明實施例1制備的云母基玻璃陶瓷的掃描電鏡圖。
[0033] 圖5為本發(fā)明實施例1制備的云母基玻璃陶瓷斷口的掃面電鏡圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實施例對本發(fā)明作更全 面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于W下具體的實施例。
[0035] 除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義 相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明 的保護范圍。
[0036] 除有特別說明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可W從市場上購買的商品或 者可W通過公知的方法制得的產(chǎn)品。
[0037] 實施例1:
[0038] 一種本發(fā)明的云母基玻璃陶瓷的制備方法，其工藝流程如圖1所示，包括W下步 驟：
[0039] (1)按基體玻璃粉的組份質(zhì)量分數(shù)為30%〔曰0、25%51〇2、24%82〇3、7%化2〇、7% Mg0、7%Zn0稱取原料并混合均勻，然后將混合均勻的原料倒入250mL剛玉相蝸中，并置于馬 弗爐中烙融，先W10°C/min的升溫速率升至1000°C，保溫化；
[0040] (2)將步驟（1)烙融的烙體在去離子水中澤火，干燥，然后干法球磨（轉(zhuǎn)速為18化/ min,球料質(zhì)量比為2:1)4小時，球磨后過100目篩子，得到基體玻璃粉；
[0041] (3)將步驟（2)得到的基體玻璃粉與粒度為-300目的氣金云母粉按質(zhì)量比為1:1 (記為F5P5)的量混合均勻;然后將混合粉裝入250mL剛玉相蝸中，置于馬弗爐中烙融，先W 10°(：/111111升溫至1300°(：并保溫化；
[0042] (4)將步驟(3)烙融的玻璃在去離子水中澤火，干燥，然后濕法球磨(球磨介質(zhì)為無 水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為25化/min，球料質(zhì)量比為3.5:1) 1她，再干燥后過300目篩子，得到玻璃 粉；
[0043 ] (5)將步驟(4)中得到的玻璃粉與占玻璃粉質(zhì)量2.5 %的PVA水溶液混合后干燥，過 80目篩子，再每次裝粉4.5g，單向模壓成型(壓制壓力為130MPa，保壓時間為7s，壓巧尺寸為 32 X 15 X 9mm3)，將制備好的壓巧放入舟皿中，用Al2〇3粉末覆蓋壓巧并且填滿舟皿，將舟皿 移入馬弗爐中燒結(jié)，該過程分兩階段進行燒結(jié)(燒結(jié)參數(shù)的確定根據(jù)圖2的熱膨脹曲線確 定），先將溫度WlOtVmin的升溫速率從室溫升至500°C，保溫化，然后將溫度從550°CW5 °C/min的升溫速率分別升溫至800°C、850°C和900°C，保溫化，最后隨爐冷卻，即得到云母基 玻璃陶瓷。
[0044]本實施例3種賠燒溫度下制備的云母基玻璃陶瓷樣品X射線如圖3所示，由圖3可 知，該樣品中確實形成了云母相，并且特征峰最高，此外還生成了霞石、輝石、堇青石w及儀 橄攬石。本實施例900°C下賠燒制備的云母基玻璃陶瓷樣品的沈及斷口解理形貌分別如 圖4和圖5所示，分別發(fā)現(xiàn)片狀云母晶體和解理臺階，其力學性能和物理性能見表1所示。
[0045] 實施例2:
[0046] -種本發(fā)明的云母基玻璃陶瓷的制備方法，其工藝流程如圖1所示，包括W下步 驟：
[0047] (1)按基體玻璃粉的組份質(zhì)量分數(shù)為30 % CaO、25 % Si〇2、24 % B203、7 %化2〇、7 % Mg0、7%Zn0稱取原料并混合均勻，然后將混合均勻的原料倒入250mL剛玉相蝸中，并置于馬 弗爐中烙融，先W15°C/min的升溫速率升至1000°C，保溫化；
[0048] (2)將步驟（1)烙融的烙體在去離子水中澤火，干燥，然后干法球磨(轉(zhuǎn)速為20化/ min,球料質(zhì)量比為1.5:1)3小時，球磨后過100目篩子，得到基體玻璃粉；
[0049] (3)將步驟（2)得到的基體玻璃粉與粒度為-300目的氣金云母粉按質(zhì)量比為6:4 (記為F4P6)的量混合均勻;然后將混合粉裝入250mL剛玉相蝸中，置于馬弗爐中烙融，先W 10°(：/111111升溫至1300°(：并保溫化；
[0050] (4)將步驟(3)烙融的玻璃在去離子水中澤火，干燥，然后濕法球磨(球磨介質(zhì)為無 水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為24化/min，球料質(zhì)量比為3:1) 2地，再干燥后過300目篩子，得到玻璃粉； [005。 （ 5)將步驟(4)中得到的玻璃粉與占玻璃粉質(zhì)量2.5 %的PVA水溶液混合后干燥，過 80目篩子，再每次裝粉4.5g，單向模壓成型(壓制壓力為lOOMPa，保壓時間為9s，壓巧尺寸為 32 X 15 X 9mm3)，將制備好的壓巧放入舟皿中，用Al203粉末覆蓋壓巧并且填滿舟皿，將舟皿 移入馬弗爐中燒結(jié)，該過程分兩階段進行燒結(jié)(燒結(jié)參數(shù)的確定根據(jù)圖2的熱膨脹曲線確 定），先將溫度Wl5°C/min的升溫速率從室溫升至550°C，保溫化，然后將溫度從550°CW5 °C/min的升溫速率升溫至850°C，保溫化，最后隨爐冷卻，即得到云母基玻璃陶瓷，其力學性 能和物理性能見表1所示。
[0化2]實施例3:
[0053] -種本發(fā)明的云母基玻璃陶瓷的制備方法，其工藝流程如圖1所示，包括W下步 驟：
[0化4] (1)按基體玻璃粉的組份質(zhì)量分數(shù)為30 % CaO、25 % Si〇2、24 % B203、7 %化2〇、7 % Mg0、7%Zn0稱取原料并混合均勻，然后將混合均勻的原料倒入250mL剛玉相蝸中，并置于馬 弗爐中烙融，先W10°C/min的升溫速率升至1000°C，保溫化；
[0055] (2)將步驟（1)烙融的烙體在去離子水中澤火，干燥，然后干法球磨（轉(zhuǎn)速為18化/ min,球料質(zhì)量比為2:1)4小時，球磨后過100目篩子，得到基體玻璃粉；
[0056] (3)將步驟（2)得到的基體玻璃粉與粒度為-300目的氣金云母粉按質(zhì)量比為7: 3 (記為F3P7)的量混合均勻;然后將混合粉裝入250mL剛玉相蝸中，置于馬弗爐中烙融，先W 15 °C/min升溫至1300 °C并保溫化；
[0057] (4)將步驟(3)烙融的玻璃在去離子水中澤火，干燥，然后濕法球磨(球磨介質(zhì)為無 水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為25化/min，球料質(zhì)量比為3:1) 2地，再干燥后過300目篩子，得到玻璃粉； [005引（5)將步驟(4)中得到的玻璃粉與占玻璃粉質(zhì)量2.5 %的PVA水溶液混合后干燥，過 80目篩子，再每次裝粉4.5g，單向模壓成型(壓制壓力為150MPa，保壓時間為7s，壓巧尺寸為 32 X 15 X 8mm3)，將制備好的壓巧放入舟皿中，用Al203粉末覆蓋壓巧并且填滿舟皿，將舟皿 移入馬弗爐中燒結(jié)，該過程分兩階段進行燒結(jié)(燒結(jié)參數(shù)的確定根據(jù)圖2的熱膨脹曲線確 定），先將溫度Wl5°C/min的升溫速率從室溫升至550°C，保溫化，然后將溫度從550°CW5 °C/min的升溫速率升溫至850°C，保溫8h，最后隨爐冷卻，即得到云母基玻璃陶瓷，其力學性 能和物理性能見表1所示。
[0059] 表1實施例1~3制備的云母基玻璃陶瓷的力學性能和物理性能
[0060]
[0061]由表1可知，本發(fā)明制備的云母基玻璃陶瓷的力學性能和物理性能優(yōu)異，尤其是 F3P7的強度達到93MPa，具有應用于牙科材料中的具體潛力。
【主權(quán)項】
1. 一種云母基玻璃陶瓷，其特征在于，其原料包括質(zhì)量含量為25~55 %的氟金云母粉 和質(zhì)量含量為45~75 %的基體玻璃粉，所述基體玻璃粉主要由以下質(zhì)量百分比的組分組 成： CaO 15 ~31 %; SiO2 21 ~35%; B2O3 17 ~29%; Na2O 2~10 % ; MgO 4~11 %和ZnO 6~13%。2. -種云母基玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 按照基體玻璃粉的組份含量稱取原料，混合均勻后，經(jīng)熔融、淬火、球磨得到基體玻 璃粉； (2) 將步驟(1)得到的基體玻璃粉與氟金云母粉混合，經(jīng)熔融、淬火、球磨得到玻璃粉； (3) 將步驟(2)得到的玻璃粉依次經(jīng)模壓成型、燒結(jié)，即得到所述云母基玻璃陶瓷。3. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中，熔融的具體過程為先以 10~15°C/min的升溫速率升至800~1100°C并保溫1~3h;所述淬火是指在去離子水中淬 火;所述球磨采用干法球磨，球磨過程的工藝參數(shù)包括球磨機的轉(zhuǎn)速為150~200r/min，球 料質(zhì)量比為（1:1)~(2:1)，球磨時間為2~4h。4. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，熔融的具體過程為先以 10~15°C/min的升溫速率升至1250~1350°C并保溫1.5~2h;所述淬火是指在去離子水中 淬火;所述球磨采用濕法球磨，球磨過程的工藝參數(shù)包括球磨機的轉(zhuǎn)速為220~300r/min， 球料質(zhì)量比為(3:1)~(4:1)，球磨時間為12~24h。5. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，基體玻璃粉、氟金云母 粉和玻璃粉的粒徑均為350~100目。6. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，模壓成型過程中的壓力 為70~200MPa，保壓時間為5~10s。7. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，燒結(jié)分兩階段進行;所 述第一階段為脫脂階段：以5~15°C/min的升溫速率升至500~550°C，并保溫1~2h;所述第 二階段為晶化階段：以5~8°C/min的升溫速率繼續(xù)升至800~950°C，并保溫5~8h。8. 如權(quán)利要求2~7任一項所述的制備方法，其特征在于，所述基體玻璃粉的組份含量 以各組分的質(zhì)量百分比計，包括15~31%的030、21~35%的5丨0 2、17~29%的出03、2~10% 的 Na20、4~11%的]\%0和6~13%的211〇。9. 如權(quán)利要求2~7任一項所述的制備方法，其特征在于，所述基體玻璃粉的添加量為 45~75wt% ;氟金云母粉的添加量為25~55wt%。
【文檔編號】C03C10/16GK105906212SQ201610252057
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】劉詠, 韋偉, 譚彥妮, 劉伯威
【申請人】中南大學