[发明专利]一种氧氮微晶玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧氮微晶玻璃，其原料的组分配比为：12.0～15.0mol％的Y₂O₃、21.0～24.0mol％的Al₂O₃、52.0～56.0mol％的SiO₂、7.5～8.5mol％的Si₃N₄和1.5～2.5mol％的ZrO₂。本发明提供的氧氮微晶玻璃，引入ZrO₂作为形核剂，使基础玻璃的熔制温度、核化温度和晶化温度较低，制备得到的氧氮微晶玻璃的晶相含量较高，主晶相为高长径比的莫来石，次晶相为二硅酸钇，莫来石晶体具有较高的抗弯强度、弹性模量和断裂韧性，较低的热膨胀系数和热导率，二硅酸钇具有优良的抗热腐蚀性能和抗摩擦磨损性能，氧氮微晶玻璃中含有一定量的氮，使得微晶玻璃的化学稳定性，抗腐蚀性，机械性能都大大优于普通的微晶玻璃，可作为理想的耐高温、耐磨材料；本发明制备方法简单，生产成本较低，有利于工业化生产。

技术领域

本发明属于微晶玻璃制备技术领域，具体涉及一种氧氮微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

微晶玻璃是指在玻璃中加入成核物质，通过热处理、光照射等手段，在玻璃内均匀地析出大量的微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体。微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一，而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，它的原子排列是有规律的。微晶玻璃具有机械强度高，绝缘性能优良，热稳定性好，介电常数稳定，耐化学腐蚀等优势，已经广泛应用于生物医药、机械、电子、航空航天工程等领域。

氧氮微晶玻璃(Y-Si-Al-O-N体系)是一种重要的结构功能材料，其析晶非常复杂，且析出相常为多相混合物，其主晶相通常为Y₂Si₂O₇、Y₃Al₅O₁₂、Y₂SiO₅、Si₂N₂O等，由氧氮基础玻璃在高温下通过核化、晶化处理形成。一般而言，晶相的形成取决于基础玻璃的成分和热处理工艺，由于氮化硅中Si-N的键能较大，增加了氧氮玻璃的热稳定性，晶相难从基础玻璃中析出。现有的氧氮玻璃的熔化温度、转变温度和析晶温度较高，既增加了生产能耗，而且氧氮微晶玻璃中的晶相含量相对较低，制备的氧氮微晶玻璃的抗弯强度、弹性模量和断裂韧性等力学性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧氮微晶玻璃及其制备方法，所得氧氮微晶玻璃的熔化温度、转变温度和析晶温度较低，主晶相为高长径比的莫来石，次晶相为二硅酸钇，晶相含量较高，制备的氧氮微晶玻璃的抗弯强度、弹性模量和断裂韧性得到了改善。

本发明提供的这种氧氮微晶玻璃，由以下原料制成，其原料按摩尔百分比计为：

优选的，所述氧氮微晶玻璃，由以下原料制成，其原料按摩尔百分比计为：

作为一个总的发明构思，本发明还提供了所述氧氮微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：

(1)基础玻璃的制备：按设定的氧氮微晶玻璃组分配比取各组分混合，在惰性气氛下加热至熔化温度，形成玻璃熔融体，将玻璃熔融体冷却至880～920℃进行退火处理，随炉冷至室温，得到基础玻璃；

(2)核化处理：将步骤(1)所得基础玻璃在惰性气氛下加热至高于玻璃转变温度40～60℃的温度下进行核化处理，得到核化后的基础玻璃；

(3)晶化处理：将步骤(2)所得核化后的基础玻璃在惰性气氛下升温至析晶温度±10℃的温度下进行晶化处理，得到主晶相为莫来石的氧氮微晶玻璃。