利用废玻璃烧结制备可加工氟云母玻璃陶瓷技术的制作方法

专利名称：利用废玻璃烧结制备可加工氟云母玻璃陶瓷技术的制作方法
专利说明利用废玻璃烧结制备可加工氟云母玻璃陶瓷技术 本发明涉及一种利用废玻璃烧结制备可加工氟云母玻璃陶瓷技术，特别是以废玻璃为原料，加入氟云母粉，模压成型后，通过烧结法来制备可加工玻璃陶瓷的生产技术，属于工程陶瓷材料制造领域。可加工玻璃陶瓷是一种由氟云母晶体和玻璃组成的复合材料，上世纪七十年代首先在美国问世。它即有陶瓷材料电绝缘、耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀、抗热震等优点，又克服了陶瓷材料难加工的缺点，可以使用普通刀具通过车、铣、刨、钻加工至精密尺寸，是一种极有发展潜力的新型的高技术精细陶瓷材料，在工业生产中有着广泛的用途。目前国际上仅有美国、日本能够批量生产，我国也有少量生产。生产工艺主要为熔融法，工艺流程为配料→熔化→浇铸成型→二步热处理析晶。美国康宁公司的著名品牌Macor可加工玻璃陶瓷就是使用该工艺生产的。其原料组成为SiO2-MgO-Al2O3-K2O-B2O3-F，在1500℃熔化，浇铸成型冷却后，分别在800℃-1100℃热处理，使氟金云母从玻璃中析出。近年来又发展了烧结法，工艺流程为配料→熔化→水淬→粉碎→模压成型→烧结析晶。如美国专利US5061308(Method of manufacturingreadily machinable high strength glass ceramics)报导，将配料1(11～11.5％K2O，23.5～24.8％Mgo、55～56.8％SiO2、8.4～12.6％F、0.86～0.99％ZrO2)和配料2(5～46％K2O、9.5～11％MgO、46～48％SiO2、21～23％CaO、0.2～0.5％CaF2、5～6.5％MgF、8～8.5％P2O5)分别1400℃～1500℃熔化，冷却后，研磨成粉末，再将30～95％粉末1和5～70％粉末2混合均匀，在200MPa压力下模压成型，模压毛坯在1050℃～1150℃下烧结制成可加工玻璃陶瓷。这两种工艺存在以下缺点1、玻璃熔化温度高(＞1500℃)，能耗大；2、熔融法中的二步热处理晶化工艺复杂；3、为了能在玻璃中析出氟金云母晶体，对玻璃原料成分有严格的限制，无法使用普通的玻璃原料，必须使用化工原料。所有这些都造成可加工玻璃陶瓷成本居高不下，目前市场售价为300～400元/kg。因而尽管该材料以问世多年，但至今仍难以在生产中推广应用。
据有关部门统计，我国每年产生的废玻璃高达1040万吨，充分利用好这笔可观的再生资源，将对我国的经济发展起到不可估量的作用。目前废玻璃的回收利用主要有玻璃回炉和生产建筑材料，如利用废玻璃制造玻璃马赛克、人造大理石、人造花岗岩、地板砖、建筑用装饰板等。这方面已有不少专利报导，如中国专利公告号CN1016312，公告号CN1018526，公告号CN1062714，公告号CN1172089。最近有报导说芬兰英诺拉西公司发明了利用废玻璃生产新型建筑材料“生态玻璃贴面”的专利技术，已经投入了正式投产。但是利用废玻璃生产可加工玻璃陶瓷的技术在国内外未见报导，利用废玻璃生产可加工玻璃陶瓷即可以降低可加工玻璃陶瓷的生产成本，又为废玻璃的回收利用开辟了一条新的途径，具有一箭双雕之功效。本发明的目的是针对现有的可加工玻璃陶瓷生产方法的弊端，从工艺上和原料上对它进行改进，其创新之处在于采用将氟云母晶体粉和废玻璃粉直接混合后，在常压下直接烧结成可加工玻璃陶瓷，大大简化了生产工艺，降低了生产成本，既为这一高技术材料的推广应用创造了条件，也为废玻璃的回收利用开辟了一条新的途径。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的。
一种利用废玻璃烧结制备可加工氟云母玻璃陶瓷技术，包括步骤A将废玻璃分选，清洗，粉碎制取破璃粉，本发明的特点是步骤B按重量百分比在玻璃粉中掺入适量的氟云母晶体粉；步骤C在玻璃粉与氟云母晶体粉混合粉中加入适量粘合剂模压成型；步骤D用加热炉将上述玻璃粉与氟云母晶体粉和粘合剂混合物在常压大气中烧结，制成可加工氟云母玻璃陶瓷。
所述的步骤A为首先对废玻璃进行分选，将无色平板玻璃、窗玻璃和有色瓶罐玻璃、窗玻璃分开，去掉金属和非金属等杂物，清洗干净后分类球磨制成100目以下的玻璃粉。由于不同种类玻璃具有不同的性能，所制成的可加玻璃陶瓷性能也不同。所述的步骤B是在废玻璃粉中按重量百分比掺入15～75％氟云母晶体粉，用搅拌机中充分混合均匀。所述的步骤C在玻璃粉与氟云母晶体粉混合粉中，加入占玻璃粉和氟云母晶体粉混合粉重量比为2～10％的粘结剂。在模具中将上述玻璃粉与氟云母晶体粉和粘合剂混合物加压成型，压力为50～350MPa。尺寸大的工件还需在100～200MPa下进一步冷等静压，以使素坯密度更加均匀。所述的步骤D是将成型素坯在加热炉如普通电炉、电热辊道窑中，在500℃～700℃温度下保温1～10小时，烘干去除粘结剂；再将温度升温至800℃～1200℃，烧结时间根据工件尺寸决定，一般保温时间为1～10小时，随炉冷却至室温出炉，烧结制成可加工氟云母玻璃陶瓷成品。
上述氟云母可以选用氟金云母、氟钙云母、氟钡云母、氟硼云母、氟硅云母任意一种，或选用氟金云母、氟钙云母、氟钡云母、氟硼云母、氟硅云母两种或两种以上组分任意组合混合氟云母。
上述粘合剂为PVC粘合剂。
本发明所提供的利用废玻璃制备可加工玻璃陶瓷的生产技术，主要工艺流程为废玻璃分选、清洗；球磨粉碎；掺入氟云母和粘合剂模压成型；烧结。该方法对现行的可加工玻璃陶瓷生产方法——熔融法进行了彻底的改革，在原料上直接采用废玻璃，变废为宝；在工艺上采用烧结法，不必熔化玻璃，节约能源，生产工艺简单，为国内外首创。即为可加工玻璃陶瓷提供了一种新的生产工艺，又为废玻璃的回收利用开辟了一条新途径，大大降低了可加工玻璃陶瓷的生产成本，有着显著的经济效益和社会效益。所制备的可加工玻璃陶瓷使用普通的机加工设备和刀具可以进行钻孔、攻丝、车削，具有良好的可加工性能，是一种新型的高技术精细陶瓷材料，在工业生产中有着广泛的用途。
本发明与现有的可加工玻璃陶瓷生产技术比较，具有生产成本低，生产工艺简单，无需熔化玻璃，也无需烧结析晶，烧结温度低，节约能源等优点。利用本技术生产的可加工玻璃陶瓷颜色洁白，抗压强度200～300MPa，密度2.0～2.6g/cm3，具有优良的可加工性能，可用普通刀具在普通的机械加工设备上进行钻孔和车削。
利用本发明技术生产的可加工玻璃陶瓷是一种优良的耐高温电绝缘材料，它有很高的电绝缘强度，高体积电阻及低介质损耗。同时又是一种能在超低温领域广泛使用的耐腐蚀电绝缘材料。它的使用范围在-270℃～+800℃，在许多电器设备中都可以应用。由于可加工玻璃陶瓷中的云母晶体具有一定的弹性，能制止微裂纹的扩展，因此它又具有较好的抗热冲击性能，从800℃急冷至0℃不破碎，200℃急冷到0℃强度不变化。它的低热膨胀系数保证了工件的尺寸稳定，可进行气密封结。由于可加工玻璃陶瓷具有各种优良综合性能，能满足高精度技术要求，无须模具设计及制作，大大缩短研制周期，可以加速工程进展，节省研制费用，因此深受广大科研、教学和设计部门的欢迎，在航空、航天、电子基片、耐高温绝缘骨架、离子镀膜、真空镀膜、离子显微镜、离子加速器、激光器、医疗设备、精密仪表、低温工程等工业生产领域中有着广泛的用途。采用本技术生产的可加工玻璃陶瓷由于成本低，工艺简单，必将进一步扩大该材料在工业领域中的应用。
实施本发明技术不需要特殊设备，只需普通的工业陶瓷生产设备如粉碎机、球磨机、压力机，烧结炉、普通车床、钻床等就能生产出合格的产品，具有设备投资省，生产过程无污染，产品附加值高等特点，是一项值得大力推广的新技术。实施例一首先对废玻璃进行分选，将无色平板玻璃清洗干净后，球磨制成200目玻璃粉。在上述废玻璃粉按重量百分比掺入50％氟金云母晶体粉，用搅拌机中充分混合均匀。加入占玻璃粉和氟金云母晶体粉混合粉重量比为8％的PVC粘结剂。在模具中将上述玻璃粉与氟云母晶体粉和粘合剂混合物加压成型，压力为300MPa，以使素坯密度更加均匀。将成型素坯放入温度为500℃～700℃普通电炉中，保温5～7小时烘干、去除粘结剂；再将温度升温至800℃～1200℃，保温6～8小时，随炉冷却至室温出炉，烧结制成可加工氟云母玻璃陶瓷成品。
实施例二首先对废玻璃进行分选，将无色平板玻璃、窗玻璃和有色瓶罐玻璃、窗玻璃分开，清洗干净后分类球磨制成100目以下的玻璃粉。在废玻璃粉中按重量百分比掺入35％氟钙云母晶体粉，用搅拌机中充分混合均匀。加入占玻璃粉和氟钙云母晶体粉混合粉重量比为5％的PVC粘结剂，在压力为350MPa模具中加压成型。将成型素坯在普通电炉中在600℃下保温8小时，烘干去除粘结剂，再升温至1000℃保温10小时，随炉冷却至室温出炉，烧结制成可加工氟云母玻璃陶瓷成品。
实施例三将窗玻璃清洗干净后球磨制成150目以下的玻璃粉，在废玻璃粉中按重量百分比加入60％氟钡云母晶体粉，用搅拌机充分混合均匀。再加入占玻璃粉和氟钡云母晶体粉混合粉重量比为3％的PVC粘结剂，在模具中加压成型，压力为100～350MPa。将成型素坯在600℃普通电炉中中保温5小时烘干、去除粘结剂，再升温至800℃，保温5小时，随炉冷却至室温出炉，烧结制成可加工氟云母玻璃陶瓷成品。
实施例四将有色瓶罐玻璃清洗干净后，球磨制成100目以下的玻璃粉，在废玻璃粉中按重量百分比加入30％的任意两种比例随意混合的氟硼云母、氟硅云母晶体粉，用搅拌机中充分混合均匀。加入占玻璃粉和氟硼云母、氟硅云母晶体粉混合粉重量比为7％的PVC粘结剂，在压力为350MPa的模具中加压成型，尺寸大的工件还需在100～200MPa下进一步冷等静压1～3小时，以使素坯密度更加均匀。将成型素坯在电热辊道窑中在550℃～650℃下保温4～7小时烘干、去除粘结剂，再升温至850℃～1100℃，烧结时间根据工件尺寸决定，一般保温5～6小时，随炉冷却至室温出炉，烧结制成可加工氟云母玻璃陶瓷成品。
实施例五将有色瓶罐玻璃清洗干净后，球磨制成150目以下的玻璃粉，在废玻璃粉中按重量百分比加入25％氟金云母、氟钙云母、氟钡云母、氟硼云母、氟硅云母两种或两种以上组分任意组合混合的氟云母晶体粉，用搅拌机中充分混合均匀。加入占玻璃粉和氟云母晶体粉混合粉重量比为9％的PVC粘结剂，在压力为250MPa的模具中加压成型，尺寸大的工件还需在150～190MPa下进一步冷等静压1～3小时，以使素坯密度更加均匀。将成型素坯在电热辊道窑中在550℃～650℃下保温4～7小时烘干、去除粘结剂，再升温至850℃～1100℃，保温5～6小时，随炉冷却至室温出炉，烧结制成可加工氟云母玻璃陶瓷成品。
权利要求
1.一种利用废玻璃烧结制备可加工氟云母玻璃陶瓷技术，包括步骤A将废玻璃分选，清洗，粉碎制取玻璃粉，本发明的特点是步骤B按重量百分比在玻璃粉中掺入适量的氟云母晶体粉；步骤C在玻璃粉与氟云母晶体粉混合粉中加入适量粘合剂模压成型；步骤D用加热炉将上述玻璃粉与氟云母晶体粉和粘合剂混合物在常压大气中烧结，制成可加工氟云母玻璃陶瓷。
2.根据权利要求1所述的制备可加工玻璃陶瓷技术，其特征在于所说的步骤B是在废玻璃粉中按重量百分比掺入15～75％氟云母晶体粉，用搅拌机中充分混合均匀。
3.根据权利要求1或2所述的制备可加工玻璃陶瓷技术，其特征在于所说的氟云母可以选用氟金云母、氟钙云母、氟钡云母、氟硼云母、氟硅云母任意一种，或选用氟金云母、氟钙云母、氟钡云母、氟硼云母、氟硅云母两种或两种以上组分任意组合氟云母。
4.根据权利要求1或2所述的制备可加工玻璃陶瓷技术，其特征在于所说的步骤C是在玻璃粉与氟云母晶体粉混合粉中，加入占玻璃粉和氟云母晶体粉混合粉重量比为2～10％的粘结剂，混合均匀在50～350MPa以下加压成型。
5.根据权利要求4所述的制备可加工玻璃陶瓷技术，其特征在于加压成型工件还需在100～200MPa下进一步冷等静压。
6.根据权利要求1、2或5所述的制备可加工玻璃陶瓷技术，其特征在于所说的步骤D为模压素坯，在加热炉中在500℃～700℃下保温1～10小时烘干、去除粘结剂，再升温至800℃～1200℃，保温1～10小时，随炉冷却至室温出炉，烧结制成可加工氟云母玻璃陶瓷成品。
7.根据权利要求4所述的制备可加工玻璃陶瓷技术，其特征在于所说的D步骤为模压素坯，在加热炉如普通电炉中在500℃～700℃下保温1～10小时烘干、去除粘结剂，再升温至800℃～1200℃，保温1～10小时，随炉冷却至室温出炉，烧结制成可加工氟云母玻璃陶瓷成品。
8.根据权利要求1所述的制备可加工玻璃陶瓷技术，其特征在于所说的步骤A是将废玻璃分透明平板玻璃和窗玻璃，有色瓶罐玻璃和有色窗玻璃，去掉金属和非金属等杂物，洗去污垢和油渍，晾干后分类送入球磨机中粉碎至100目以下的玻璃粉。
9.根据权利要求1或2所述的制备可加工玻璃陶瓷技术，其特征在于所说的粘合剂为PVC粘合剂。
全文摘要
本发明涉及一种利用废玻璃烧结制备可加工氟云母玻璃陶瓷技术，包括废玻璃分选，清洗，粉碎制取玻璃粉，其特点是在废玻璃粉中按重量百分比加入15～75％的氟云母晶体粉；混均后在玻璃粉与氟云母晶体粉混合粉中加入重量比2～10％的PVC粘合剂模压成型。用普通电炉在常压大气中烧结，制成可加工氟云母玻璃陶瓷。本发明与现有的可加工玻璃陶瓷生产技术比较，具有生产成本低，生产工艺简单，无需熔化玻璃，也无需烧结析晶，烧结温度低，节约能源等优点。利用本技术生产的可加工玻璃陶瓷颜色洁白，抗压强度200～300MPa，密度2.0～2.6g/cm
文档编号C03C10/04GK1609028SQ20031010493
公开日2005年4月27日 申请日期2003年10月22日 优先权日2003年10月22日
发明者高宏, 章为夷 申请人:大连铁道学院