基于金云母籽晶制备翡翠微晶玻璃的方法与流程

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种基于金云母籽晶制备翡翠微晶玻璃的方法。

背景技术：

微晶玻璃是特定组成的基础玻璃，在一定温度下进行晶化热处理，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，它具有玻璃和陶瓷的双重特性，强度高，机械强度好；具有优良的电学性能，介电损耗率低，电绝缘性优良；具有良好的热学性能，热膨胀系数低，热振稳定性能好，变形温度高；具有更加稳定的化学性能，抗水合，抗水化能力，抗阳离子交换能力；加工性能好，可与众多材料匹配等。现已在许多领域获得了广泛应用。微晶玻璃根据基础玻璃的组成进行分类，主要分为硅酸盐类[camgsi2o6和casio3]、铝硅酸盐类[lio2-al2o3-sio2系、al2o3-mgo-sio2系、na2o-al2o3-sio2系、zno-al2o3-sio2系]、磷酸盐类和氟硅酸盐类[kmg3alsi3o10f2]四大类，随着科技的进步和人们对功能材料的要求不断提高，需要组分更复杂、结构更精细、性能更优异的微晶玻璃材料。

翡翠微晶玻璃是na2o-al2o3-sio2系微晶玻璃的一种，其na2o-al2o3-sio2玻璃基体的微晶相是翡翠微晶（naal(sio3)2）。翡翠微晶玻璃制备的主要问题是热处理工艺，其玻璃基体中晶化形成翡翠微晶困难。尚未商业化生产。目前，制备方法是对传统微晶玻璃制备三种方法（熔融法、烧结法、溶胶-凝胶法）的改进。1）烧结法和熔融法改进的固相烧结法，一种是先合成具有硬玉（naalsi2o6）的玻璃，然后在高温高压设备中转化为晶质的硬玉集合体。二是在高温高压装置中同时加入与硬玉相应比例的氧化物作为合成翡翠原料和适量的致色离子作为致色剂，而后通过一次性的高温高压烧结而得到人工合成。2）改进的溶胶-凝胶法，制备工艺是先通过将原料在液相条件下混合均匀，并进行反应而形成湿溶胶体系。湿凝胶经干燥研磨后得到粉料，将粉料锻烧并淬火后得到具有翡翠成分的玻璃料。再在六面顶压机中对其进行高温高压处理。3）粉体再造法，利用天然翡翠的边角料以及杂质较多的低档翡翠为原料，经过粉碎后，通过磁选的方法将翡翠内弱磁性的闪石和含铁矿物分离，并添加天然富铬硬玉作为致色剂以及无铅硼酸盐玻璃作为粘结剂，有学者采用放电等离子烧结(sps)得到粉体再造。使用高温高压设备制备翡翠微晶玻璃的商业价值会更低，并且受高温高压设备限制也影响制备样品尺寸。因此，研究开发低成本制备翡翠微晶玻璃有重要的实用价值和科学研究意义。

技术实现要素：

本发明为了解决制备翡翠微晶玻璃的核心问题，实现翡翠玻璃质到硬玉矿物晶体的转化，开发人工合成翡翠微晶玻璃低成本工艺，提供了一种基于金云母籽晶制备翡翠微晶玻璃的方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于金云母籽晶制备翡翠微晶玻璃的方法，其特征在于具体步骤为：

步骤s1：先驱料的制备

以硅酸铝、硅酸钠为原料，按翡翠naalsi2o6的分子式中各元素的理论摩尔比分别称量，首先把硅酸铝，硅酸钠按等摩尔量取样，加入生成物理论质量1%的氧化铬致色原素，之后将三者进行球磨粉碎、混合，再将混合物置于马弗炉中于150℃保温2h后取出，把块料进行粉碎、研磨、压块，完成先驱料制备；

步骤s2：翡翠玻璃料的制备

将压块后的先驱料放在高温炉中进行烧结处理，烧结条件为：升温速率5℃/min，在1200℃保温300min后冷却至常温，待冷却后取出样品；

步骤s3：金云母诱导翡翠玻璃料的晶化制备微晶玻璃

将烧结所得翡翠玻璃料，经过粉碎，混入样品质量百分比为5%的金云母一起研磨后，压块，再放入高温炉中进行烧结处理，烧结条件为：升温速率5℃/min，在1000℃保温300min后进行降温，当温度降至低于980℃时，以0.2℃/h的速率缓慢降温至920℃，最后使样品随炉冷至室温，完成籽晶引导渗透生长过程，最终完成翡翠微晶玻璃的制备。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明采用由籽晶诱导促使翡翠玻璃料晶化的方法，提供一种在常压下实现翡翠玻璃质到晶体的转化工艺；常压下籽晶诱导制备解决了传统高温高压实现翡翠结晶条件，降低了制备设备条件和成本，并且样品体积不受烧结炉限制。

附图说明

图1是本发明实施例制备样品的光学照片；

图2是本发明实施例制备样品显微镜下40倍的光学照片；

图3是本发明实施例制备样品的xrd谱；

图4是本发明实施例制备样品的sem图；

图5是本发明实施例制备样品的tem图（a）广域图、（b）局域图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

以硅酸铝，硅酸钠为原料，按翡翠(naalsi2o6)的分子式中各元素的理论摩尔比配比进行称量，高温常压固相烧结合成翡翠玻璃料，之后用金云母做籽晶混入玻璃体，样品在籽晶的诱导下凝固晶化，采用如下技术和具体步骤：

(1)先驱料的制备

首先把硅酸铝，硅酸钠按等摩尔量取样，加入生成物理论质量1%的氧化铬致色原素，之后把三者进行球磨粉碎、混合，再把混合物置于马弗炉中于150℃保温2h后取出，将块料进行粉碎、研磨、压块，完成先驱料制备；

(2)翡翠玻璃料的制备

将压块后的先驱料放在高温炉中进行烧结处理，烧结条件为：升温速率5℃/min，在1200℃保温300min后冷却至常温，待冷却后取出样品；

(3)金云母诱导翡翠玻璃料的晶化制备微晶玻璃

将烧结所得翡翠玻璃料，经过粉碎，混入样品质量百分比为5%的金云母一起研磨后，压块，再放入高温炉中进行烧结处理，烧结条件为：升温速率5℃/min，在1000℃保温300min后进行降温，当温度降至低于980℃时，以0.2℃/h的速率缓慢降温至920℃，最后使样品随炉冷至室温,完成籽晶引导渗透生长过程，完成制备。

对制备样品的测试，图1是本发明实施例制备样品的光学照片，可见样品整体均匀，半透明，有玻璃光泽，浅绿色（颜色可能是原料中含有杂质fe、cr、pb等元素引起）。图2是制备样品在40倍显微镜下的光学照片，从样品的显微镜照片可见形成片状结构。图3是本发明实施例制备样品的xrd谱，由制备样品的xrd可知样品中有较少的非晶态，对比烧结所得产物与标准的naalsi2o6的衍射峰可知，制备样品是naalsi2o6晶态衍射峰且含有氧化铝等杂质，但是烧结样品的衍射峰有些偏移，说明在没有压力作用下制备样品晶格与标准样品晶格有一定差别。图4本发明实施例制备样品的sem图，从图4微观上可见制备样品形成片状结构。图5是本发明实施例制备样品的tem图，从（a）广域图可以看到样品呈层状特性，由（b）局域图可以看到样品内有明显的晶化。综合分析结果可知，以云母为籽晶可以诱导翡翠玻璃质晶化，并且诱导生成的样品是明显的层状结构和结晶，而且xrd谱和局域tem图说明样品中晶化严重，玻璃质较少，可能是混入云母较多，不过可通过加入云母含量调节样品中玻璃质和晶粒的比例，利于调控翡翠微晶玻璃的性能。对制备样品的其他物理性能进行测量，测得折射率约为1.63、密度为2.96g/cm³、莫氏硬度约为5.28。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。