[发明专利]一种促进玻璃表面析晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种促进玻璃表面析晶的方法，属于特种玻璃材料技术领域。

背景技术

玻璃由于其内能高于对应的晶态，具有自发析晶趋势，但由于其粘度大，能长期处于介稳状态。通过人为诱导可以使玻璃析晶，控制玻璃析晶可以改善玻璃性能，也可以制得微晶玻璃，拓展玻璃应用领域。有用的微晶玻璃是先制得玻璃再控制析晶后获得的，玻璃的析晶一般包括整体析晶和表面析晶两种形式。整体析晶时，析晶是从玻璃内部各处同时析晶的，通过向玻璃中预先引入晶核剂，增加玻璃的成核位，可促进玻璃的整体析晶；而表面析晶是指析晶从玻璃表面开始，然后晶体向内部生长而成。表面析晶对玻璃的表面积有显著响应，增加玻璃的表面积能显著促进表面析晶，例如传统方法一般是将玻璃粉的粒度尽量减小，以促进玻璃的表面析晶，但是这种方法只能适用于玻璃粉，对块体玻璃并不适用。除此而外，未见其它能促进玻璃表面析晶的方法。

玻璃析晶程度的大小可从两个方面反映出来，一是玻璃的析晶速度，玻璃析晶速度的提高可以减少达到相同析晶厚度所需的时间，有利于提高微晶玻璃的制备效率；二是可以从析晶层中晶体含量的大小来判断析晶程度，由于从玻璃到晶态转变时，一般有部分残余玻璃相，因此，析晶层中总晶体含量越多，表明其析晶程度越高，玻璃性能更符合使用要求。

析晶磷酸铁锂玻璃在锂离子电池的正极材料或磁性材料领域有潜在应用，而磷酸铁锂玻璃本身不具有这些功能，因此促进磷酸铁锂玻璃析晶是实现其应用的前提之一。实验发现，纯的磷酸铁锂玻璃仅发生表面析晶为主，因此如何在不将其磨成粉而设法促进其析晶是实现其应用要解决的问题之一。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种促进玻璃表面析晶的方法，该方法简便易行，能够显著提高玻璃的表面析晶能力，在较短的时间内获得较厚的析晶层或提高析晶层中的晶体含量。

本发明通过向玻璃中引入氧化钛、三氧化二铬，以促进玻璃的表面析晶，具体技术方案如下：

一种促进玻璃表面析晶的方法，其特征是：在制备玻璃时，向玻璃中引入促进析晶剂，以促进所得玻璃的表面析晶，所述促进析晶剂包括氧化钛、三氧化二铬或者这两者的混合物。

本发明在制备普通玻璃的过程中，通过在玻璃的一般配料中引入促进析晶剂的方式提高玻璃表面析晶速度，或增加析晶层中晶相含量。

在上述促进析晶的方法中，促进析晶剂在制备玻璃时与其它一般玻璃原料一起加入。

促进析晶剂本是用来促进玻璃整体析晶的。本发明方法中，促进析晶剂没有导致玻璃整体析晶，而是促进了玻璃的表面析晶，因此可提高微晶玻璃的制作效率。促进析晶剂是在具有表面析晶速率慢的玻璃中加入的。例如，本发明促进玻璃表面析晶所指的玻璃优选为磷酸铁锂玻璃，所述磷酸铁锂玻璃一般是由Li₂O、Fe₂O₃、P₂O₅组成，这三者之和为100%。优选的，所述磷酸铁锂玻璃的组成为：Li₂O 2-17wt%，Fe₂O₃ 18-52wt%，P₂O₅ 46-65wt%。

在促进磷酸铁锂玻璃析晶时，是在磷酸铁锂玻璃的基础上加入促进析晶剂实现的，促进析晶剂的加入量为磷酸铁锂玻璃的0-8wt%，不包括0wt%，也即为磷酸铁锂玻璃组成之和（即Li₂O、Fe₂O₃、P₂O₅三者之和=100%）的0-8wt%，不包括0wt%。其他玻璃促进表面析晶时，促进析晶剂的用量也是这样计算，以为加入促进析晶剂前玻璃的各组成之和为1计，促进析晶剂为玻璃的各组成之和的0-8wt%（不包括0）。

促进析晶剂可以是氧化钛或者三氧化二铬，也可以是这两者的混合物。当促进析晶剂为氧化钛和三氧化二铬的混合物时，氧化钛和三氧化二铬的总用量优选为2-8wt%，其中，氧化钛或三氧化二铬的用量分别为1-5wt%。

具体的，促进表面析晶包括以下步骤：

（1） 称取促进析晶剂及玻璃其他原料，混合均匀；

（2） 将步骤（1）的混合料加热熔融成玻璃液；

（3） 将玻璃液浇铸、退火、冷却，得玻璃试样；

（4） 将玻璃试样切成合适的样品，然后进行热处理，热处理在同一温度下完成或者在两个不同温度下分两段完成。