[发明专利]β-锂辉石玻璃-陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃陶瓷材料、其制备方法以及包含该玻璃陶瓷材料的制 品。具体来说，本发明涉及包含β-锂辉石固溶体作为主要晶相的玻璃-陶瓷 材料，用来制备该玻璃-陶瓷材料的方法，以及包含该玻璃-陶瓷材料的制 品。本发明可用于例如制造玻璃-陶瓷炉灶面板和烹饪用具。

发明背景

玻璃-陶瓷材料已经被广泛用于各种应用。例如，玻璃陶瓷-炉灶面板 和烹饪用具(例如碗、餐盘等)被广泛地用于现代厨房。透明的玻璃-陶瓷材 料被用来制造电炉和/或火炉窗、光学元件、镜子基材等。玻璃陶瓷材料通 常是使得它们的前体玻璃材料在升高的温度下陶瓷化(ceramming)特定的 时间而制备的。基于SiO₂-Al₂O₃-Li₂O玻璃体系的两种玻璃-陶瓷材料是包 含β-石英固溶体作为主要晶相的玻璃-陶瓷材料以及包含β-锂辉石固溶体 作为主要晶相的玻璃-陶瓷材料。这两种玻璃-陶瓷材料可以由相同的前体 玻璃材料制成。由两种玻璃-陶瓷材料制备的炉灶面板可以在市场上购得。

基于β-锂辉石玻璃-陶瓷材料的炉灶面板的一个例子是购自欧洲科勒 (Eurokera)的Kerawhite。该炉灶面板的优点在于，在室温至大约700℃的 温度下热膨胀系数较低、具有动人、洁净的乳白色。其已经在不同的市场 被大量的消费者所接受。

在Kerawhite获得商业成功之后，发现人们希望有在更低的温度下 也能熔融的更经济的玻璃-陶瓷材料。所述材料可以是半透明的。对于可用 于感应加热烹饪的炉灶面，对不透明的玻璃-陶瓷材料特别感兴趣，该材料 可使得眼睛看不到感应加热元件。

已知在对任意玻璃-陶瓷材料的前体玻璃进行熔融的时候，通常需要 使用澄清剂以减少玻璃中的晶种(seed)数量。常用的澄清剂包括As₂O₃， Sb₂O₃等。这些氧化物以As₂O₅，Sb₂O₅的形式投配，或者先氧化成As₂O₅和Sb₂O₅，然后再将玻璃熔体加热至澄清温度，在此温度下分解释放出O₂。 释放的O₂有助于减少玻璃熔体中的气泡数量。出于环境的原因，非常需要 在进行前体玻璃熔融的时候无需使用这些有毒的澄清剂。

在探寻用于特定玻璃熔融过程中As₂O₃和/或Sb₂O₃澄清剂的替代品的 时候，并非始终是顺利的。不同的澄清剂具有不同的澄清能力，通常需要 不同的澄清温度范围。使用不同的澄清剂可能产生需要升高玻璃熔体的澄 清温度和/或失透温度的风险。升高玻璃的失透温度通常意味着玻璃必须在 更高的温度下进行成形或加工，以免其失透，这是人们非常不希望看到的。

数十年来，玻璃-陶瓷材料一直是研究和产品开发的对象。例如，较新 的包括该材料的产品开发是用于现代投影显示器系统的灯反射器基材，该 系统中使用大功率、高温、高亮度放电灯。优选用于投影显示器的灯包括 设置在反射结构之内、用来产生高亮度光束的高亮度电弧放电灯。特别是 对于数字数据投影仪和数字投影大屏幕电视，这些灯需要高温稳定反射 器。WO2004/094327揭示了一种玻璃-陶瓷灯反射器基材。但是，该文献 揭示的用于该产品玻璃-陶瓷材料需要材料的主要晶相是β-石英，以获得高 的尺寸稳定性和低的热膨胀系数。此外，该文献没有提供在不使用As₂O₃和/或Sb₂O₃的条件下对玻璃-陶瓷材料的前体玻璃进行澄清的具体例子。