[发明专利]一种纳米颗粒玻璃复合材料及其制备与在玻璃中的应用

说明书

本发明属于纳米材料及玻璃制备技术领域，具体公开了一种纳米颗粒玻璃复合材料及其制备与在玻璃中的应用。本发明首先通过高能物理分散方式将纳米颗粒与玻璃粉末在熔盐中进行均匀混合，然后用溶剂将混合均匀块体中的盐溶解掉，过滤、烘干、研磨后得到粉末状的纳米颗粒复合母材；将纳米颗粒复合母材预处理后通过机械搅拌方式加入液体玻璃中，可制备成一种新型玻璃。熔盐可以除掉纳米颗粒表面的氧化层，降低界面能，使得纳米颗粒能够在玻璃中形成均匀分布且稳定的纳米复合材料体系，从而提高玻璃的强度与断裂韧性。

技术领域

本发明涉及纳米材料及玻璃制备技术领域，特别是涉及一种纳米颗粒玻璃复合材料及其制备与在玻璃中的应用。

背景技术

玻璃可以广义地定义为任何无定形固体材料，其在日常生活和工业中的应用具有重要的社会价值。但由于内在的脆性，传统玻璃的断裂韧性很低，因此大大限制了其作为结构材料的应用。近年来，纳米科技的迅速发展使得纳米材料的应用更为广发，纳米材料基于其自身的特性，加入传统材料中能有效改善和提高材料性能。目前，虽然从理论上已经验证了将添加纳米颗粒添加到玻璃中可以形成强度高、断裂韧性高的玻璃，但在传统的加工方法中，将纳米颗粒均匀分散到液态玻璃基体内部是非常困难的。

因此，需要对纳米颗粒进行合适的加工改性，以使提高其在液态玻璃基体中的分散性能，从而使制备得到的玻璃的强度与断裂韧性能得到有效地提升。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种纳米颗粒玻璃复合材料及其制备与在玻璃中的应用，改善纳米材料在液态玻璃基体中的分散性，并将其添加到液态玻璃中，制备得到一种强度高、断裂韧性高的新型玻璃。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种纳米颗粒玻璃复合材料的制备方法，包括：将纳米颗粒和玻璃粉末加入在高温液态熔盐中，通过高能超声分散方式将纳米颗粒与玻璃粉末均匀混合得到熔盐体系，然后将熔盐体系凝固成块体，再用溶剂将块体熔盐体系中的盐溶解，过滤、烘干后得到纳米颗粒玻璃复合材料。

进一步，所述高能超能分散方式为：将盐放入玻璃熔炼容器中，加热熔化得到高温液态熔盐，然后加入纳米颗粒和玻璃粉末，将超声换能器的工具头放入玻璃熔炼容器中，进行超声搅拌分散。

可选地，所述盐选自碱金属或碱土金属的氟化盐、氯化盐、氰化盐及氢化盐中的至少一种；优选地，所述碱金属选自Li、Na、K中的至少一种，所述碱土金属选自Mg、Ca、Ba中的至少一种。

可选地，所述盐的熔点低于所述玻璃粉末的熔点300℃及以上。纳米颗粒的熔点一般高于玻璃粉末，因此，盐的熔点低于玻璃粉末的熔点300℃及以上，以保证高温液态熔盐的温度低于玻璃粉末和纳米颗粒的熔点，从而避免玻璃粉末和纳米颗粒熔化。

可选地，所述溶剂为不与所述纳米颗粒、所述玻璃粉末反应，且能溶解盐的溶剂。

可选地，所述溶剂选自水、乙醇中的至少一种；优选地，所述溶剂为去离子水。

可选地，所述纳米颗粒选自碳化硅(SiC)、三氧化二铝(Al₂O₃)、碳化钨(WC)中的至少一种。

可选地，所述玻璃粉末为硅酸盐矿物粉末，其主要成分为硅酸盐复盐。

可选地，所述超声换能器的振幅不低于60μm。超声功率超过纳米颗粒之间的界面能，从而打散团聚状态的纳米颗粒。

可选地，超声搅拌分散时间不低于30min。

可选地，所述纳米颗粒、玻璃粉末、高温液态熔盐的体积比为0.01～0.5∶1∶5～8。

进一步，将纳米颗粒玻璃复合材料研磨后得到粉末状的纳米颗粒玻璃复合材料。

本发明第二方面提供一种根据第一方面所述的制备方法制备得到的纳米颗粒玻璃复合材料。